铁碳相图归纳
铁碳合金相图分析
1点以上
1～2点
2～3点
图3-3 共析钢结晶过程示意图
3点～室温
共析钢的室温组织全部为P，呈层片状，其室温下的显微组织如图3-4 所示。
图3-4 共析钢室温下的显微组织
（二）亚共析钢的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅱ为 wC 0.45% 的亚共析钢，其结晶过程如图 3-5 所示。
1点以上
1～2点
A3 线 合金冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的析出线
三、铁碳合金的结晶过程
图3-2 简化后的Fe-Fe3C相图
根据碳的质量分数和室温显微组织不同，铁碳合金可以分为工业纯 铁、钢和白口铸铁三大类，具体如下。
（一）共析钢的结晶过程 在图 3-2 中，合金Ⅰ为 wC 0.77% 的共析钢，其结晶过程如图 3-3 所示。
图3-12 亚共晶白口铸铁室温下的显微组织
（六）过共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅵ为 wC 5.0% 的过共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-13
所示。
1点以上
1～2点
2～3点
图3-13 过共晶白口铸铁的结晶示意图
3点～室温
过共晶白口铸铁室温下的显微组织如图 3-14 所示，图中白色条状为 Fe3CⅠ ， 黑白 相间的 基 体 为 Ld′ 。所 有过共 晶 白口 铸铁 的 室温 组织 均 为 Ld Fe3CⅠ，只是随着碳含量的增加， Fe3CⅠ量增加。
0.09
碳在 δ-Fe 中的最大溶解度
J
1 495
K
727
0.17 6.69
包晶点 LB δH
A 1495℃ J
Fe3C 的成分
符号 N P S Q
温度 T/℃ 1 394 727
727 室温
铁碳相图知识(打印)
铁碳相图知识化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe 中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。
铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2）碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。
具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。
奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。
奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
图4 碳在γ－Fe晶格中的位置图5 渗碳体的晶格渗碳体(Fe3C)渗碳体是铁和碳形成的化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的晶体结构（图5），熔点为1227℃。
铁碳合金的相图的最全详细讲解
A金属
B金属
熔点
高
低
合金1
100%
0%
合金2
90%
10%
合金3
80%
20%
……..
……..
…….
合金9
20%
80%
合金10
10%
90%
合金11
0%
100%
相图的建立
热 分 析 法
B 温度
A
时间
温度
A
温度
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温度
ab : 液相线
01
A
温度
02
L + S
L
03
S
ab : 固相线
Fe - Fe3C 相图的应用
制定热加工工艺方面的应用
一.选择材料方面的应用
分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。
根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。
二.制定热加工工艺方面的应用
本章小结
三种典型的金属晶体结构 晶体缺陷：点、线、面 过冷度、结晶过程 晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 同素异构 合金的相结构、固溶强化 铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
奥氏体
⑵ 奥氏体: 碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。727 ℃时为0.77%
奥氏体组织金相图
Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反应对铸铁有重要意义。 由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。
铁碳相图和铁碳合金(白底+简化)资料
1、 铸锭(件)的三晶区 (结晶不均匀性 )
金属凝固后晶粒较为粗大（宏观可见）
三个晶区：激冷区、柱状晶区、等轴晶区
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1、 铸锭(件)的三晶区 (结晶不均匀性 )
①激冷区：紧邻型壁的一个 外壳层，它由无规则排列的 细小等轴晶组成； ②柱状晶区：它由垂直于型 壁，彼此平行的柱状晶组成； ③等轴晶区：它处于铸锭(件) 的中心区域，由等轴晶粒组 成。
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Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
（ 3 ） GP 线：碳在 铁 素 体 (α) 中 的 固 溶度线 在 α+γ 两相区，温 度变化时，铁素体 中的含碳量沿这条 线变化。
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Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
（ 4 ） PQ 线 ： 碳 在 铁 素 体 (α) 中的固溶度线 ( 共析 温度以下) 在 727℃时，铁素体含碳 量为 0.0218 ％，在 600℃ 时仅为 0.008 ％，因此温 度下降时铁素体中将析 出渗碳体，称为三次渗 碳体记作Fe3CIII。 图中 (770℃) 线表示铁素 体的磁性转变温度 ( 居里 温度)，常称A2温度。 230℃水平虚线表示渗碳 体的磁性转变温度 24
由于凝固过程中所发生的包括液-固相变的一 系列物理化学变化，造成了铸件(铸锭)在宏观 范围内的不均匀。（不均匀性分为三类）
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三、 合金铸件的组织与缺陷
不均匀性分为三类（根据形态）： 物理不均匀性，包括缩孔、疏松、气泡、 裂纹等； 结晶不均匀性，指初生树枝状晶的大小、 形状、位向和分布； 化学不均匀性，包括树枝状偏析(晶内偏 析)和区域偏析。
铁碳相图详解
铁碳相图详解今天⼩编整理汇总了关于铁碳相图的知识点，⽅便⼤家对铁碳相图的复习~~~相图中的点线区的意义平衡结晶过程及组织分类: (按有⽆共晶转变)碳钢 (Wc<>铸铁 (Wc>2.11%)⼯业纯铁 (Wc<>七种类型: (根据组织, 按含碳量分类)1. ⼯业纯铁 (Wc<>2. 共析钢 (Wc=0.77%)3. 亚共析钢 (Wc=0.0218-0.77%)4. 过共析钢 (Wc=0.77-2.11%)5. 共晶⽩⼝铁 (Wc=4.3%)6. 亚共晶⽩⼝铁(Wc=2.11-4.3%)7. 过共晶⽩⼝铁(Wc= 4.3-6.69%)Wc=0.01%的⼯业纯铁L→ L+δ→δ→δ+γ(奥⽒体)→γ→γ +a (铁素体) → a→ a+Fe3CⅢ(三次渗碳体区)共析钢L→ L+γ(奥⽒体)→γ→（共析反应）→α(铁素体)+Fe3C(共析渗碳体)→α+Fe3C+Fe3CⅢ(三次渗碳体区)省略Fe3CⅢ, 最终组织: α+Fe3C (既: P (珠光体))P (珠光体): 铁素体(a)+渗碳体(Fe3C)共析反应: 727℃γ0.77→α0.0218+ Fe3C (P珠光体)W α 0.0218 =(6.69-0.77)/(6.69-0.218)=88%W Fe3C =1-88%=12%亚共析钢(Wc=0.40%)L→ L+δ→包晶反应→ L +γ(奥⽒体)→γ→γ +α(铁素体)→共析反应→α+P(珠光体)→α+P+Fe3CⅢ(三次渗碳体)省略Fe3CⅢ, 最终组织: α(铁素体)+ P (珠光体)包晶反应: L+ δ→γ(奥⽒体)共析反应后的α与P含量：WP=5P/SPW α=S5/SP过共析钢(Wc=1.2%)L→ L+γ(奥⽒体)→γ→γ +Fe3CⅡ(⼆次渗碳体)→ P(珠光体)+Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)共析反应后的Fe3CⅡ与P含量：WP=4V/SVW Fe3CⅡ =4S/SV共晶⽩⼝铁(Wc=4.3%)L→共晶反应→γ(奥⽒体)+Fe3C(共晶渗碳体)→共析反应→ P(珠光体)+Fe3C(共晶渗碳体)+ Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)L→ Ld(莱⽒体)→ Ld’(低温莱⽒体或变态莱⽒体)共晶反应： L→γ(奥⽒体)+Fe3C(共晶渗碳体)共析反应：γ(奥⽒体) → P(珠光体)P(珠光体)：α(铁素体)+ Fe3C(渗碳体)Ld(莱⽒体)：γ(共晶奥⽒体)+Fe3C(共晶渗碳体)Ld’(低温莱⽒体或变态莱⽒体): P(珠光体)+Fe3C(共晶渗碳体)+ Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)亚共晶⽩⼝铁(Wc=3.0%)L→ L+γ(初晶奥⽒体)→共晶反应→γ(初晶奥⽒体) + Ld(莱⽒体) →γ (初晶奥⽒体) + Ld(莱⽒体) + Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)→共析反应→ P(珠光体)+Ld’(低温莱⽒体）+Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)共晶反应后,该铸铁中组织组成物中，初晶奥⽒体含量：W γ =（4.3-3.0)/(4.3-2.11)=59.4%莱⽒体含量: W Ld=(3.0-2.11)/(4.3-2.11)=40.6%过共晶⽩⼝铁(Wc=5.0%)L→ L+Fe3CⅠ(⼀次渗碳体)→共晶反应→ Ld(莱⽒体) + Fe3CⅠ(⼀次渗碳体)→共析反应→ Ld’(低温莱⽒体）+ Fe3CⅠ(⼀次渗碳体)易混淆的概念重结晶：在固态下的相变结晶过程。
铁碳合金相图知识汇总
退火可以使组织均匀化，减少偏 析，为后续的热处理工艺做好准 备。
正火处理对性能影响
提高强度和硬度
正火可以细化晶粒，提高材料的强度和硬度，同时保持一 定的塑性和韧性。
01
改善切削加工性
正火后的组织比退火更细，硬度更高， 因此切削加工性相对较差，但可以通过 调整正火工艺参数来改善。
02
03
提高耐磨性
正火可以提高材料的耐磨性，延长工 件的使用寿命。
区域含义
相图中的区域代表不同的相区，如单相区、双相区等。每个区域都有其特定的组织结构和性能特点。通过了解相 图中各区域的含义，可以预测合金在不同成分和温度下的组织结构和性能表现。
03
铁碳合金相图分析
共析点与共晶点解析
共析点
在铁碳合金相图中，共析点表示的是铁碳合金在特定温度和成分下，奥氏体和渗碳体同 时从铁素体中析出的现象。共析点的温度和成分对于铁碳合金的力学性能和加工性能有
重要影响。
共晶点
共晶点表示的是铁碳合金在特定温度和成分下，液相同时结晶出奥氏体和渗碳体的现象 。共晶点的存在对于铸造和焊接等工艺有重要意义，因为它决定了合金的凝固方式和组
织形态。
各区域组织结构特征描述
铁素体区
铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立 方晶格结构。在铁碳合金相图中，铁素体区位于 共析点左侧，其组织由铁素体和少量珠光体组成 ，具有良好的塑性和韧性。
物理性能指标评价
导热性
铁碳合金的导热性能与其碳含量 和组织结构有关。低碳钢具有较 好的导热性，适用于需要散热的 场合。
导电性
铁碳合金的导电性能通常不如纯 铁，但随着碳含量的降低，其导 电性能会有所提高。
耐腐蚀性
铁碳合金的耐腐蚀性较差，容易 在潮湿环境中生锈。为了提高其 耐腐蚀性，可以采用镀锌、镀铬 等表面处理方法。
铁碳相图详解
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：⑴工业纯铁（<0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。
⑵碳钢（0.0218%~2.11%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%~2.11%C）。
⑶白口铸铁（2.11%~6.69%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C）下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。
图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置㈠工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。
继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。
温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。
在4~5点之间，不发生组织转变。
冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。
在6-7点之间冷却，不发生组织转变。
温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe3CIII。
7点以下，随温度下降，Fe3CIII量不断增加，室温下Fe3CIII的最大量为：%31.0%1000008.069.60008.00218.03=⨯--=ⅢCFeQ。
图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。
工业纯铁的室温组织为α+Fe3CIII，如图3-28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe3CIII。
图3-27 工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图 图3-28 工业纯铁的显微组织 400× ㈡ 共析钢（图3-26中合金②）的结晶过程共析钢的含碳量为0.77%，超过了包晶线上最大的含碳量0.53%，因此冷却时不发生包晶转变，其结晶过程及组织转变示于图3 - 29。
热处理中最重要的铁碳合金相图的知识总结
铁碳合金相图1、纯铁的同素异构转变许多金属在固态下只有一种晶体结构，如铝、铜、银等金属在固态时无论温度高低，均为面心立方晶格（金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心，如图a）。
钨、钼、钒等金属则为体心立方晶格（八个原子分布在立方体的八个角上，一个原子处于立方体的中心，如图b所示）。
但有些金属在固态下存在两种或两种以上的晶格形式，如铁、钴、钛等，这类金属在冷却或加热过程中，其晶格形式会发生变化。
金属在固态下随着温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。
图a 面心立方晶体 图b 体心立方晶体图1是纯铁的冷却曲线。
液态纯钛在1538℃进行结晶，得到体心立方晶格的δ-Fe 。
继续冷却到1394℃发生同素异构转变，成为面心立方晶格γ-Fe。
在冷却到912℃又发生一次同素异构转变，成为体心立方晶格α-Fe。
正因为纯铁的这种同素异构转变，才使钢和铸铁通过热处理来改变其组织和性能成为可能。
图1 纯铁的冷却曲线纯铁的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，遵循结晶的一般规律：有一定的平衡转变温度（相变点）；转变时需要过冷度；转变过程也是由晶核的形成和晶核的长大来完成。
但是这种转变是在固态下进行的，原子扩散比液态下困难，因此比液态金属结晶具有较大的过冷度。
另外，由于转变时晶格致密度的改变，将引起晶体体积的变化。
如：γ-Fe转变为α-Fe时，他可能引起钢淬火时产生应力，严重时会导致工件变形或开裂。
纯铁的磁性转变温度为770℃。
磁性转变不是相变，晶格不发生转变。
770℃以上无铁磁性，770℃以下有铁磁性。
2、铁碳合金的基本组织在铁碳合金中，铁和碳是两个基本组元。
在固态下，铁和碳有两种结合方式：一是碳溶于铁中形成固溶体，二是铁与碳形成渗碳体，它们构成了铁碳合金的基本组成相。
（1）液相 用”L”表示。
是铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀液体。
（2）铁素体用符号"F"（或“α”、“δ”）表示。
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第四章
纯铁：α-Fe 在770℃（居里温度）发生由铁磁性转变为顺磁性，即铁磁性消失。
工业纯铁的力学性能特点是：强度、硬度低，塑性、韧性好
C在钢铁中存在的三种形式：
溶入Fe的晶格形成固溶体（间隙固溶体）－钢
以游离石墨存在于钢铁中－铸铁。
与铁成金属间化合物如Fe3C, Fe2C, FeC）－金属间化合物
石墨性能：耐高温，可导电，润滑性好，强度、硬度、塑性和韧性低。
实线为 Fe－Fe3C 相图虚线为 Fe－C 相图
α相 C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由α相形成的组织称为铁素体，记为 F(Ferrite)。
α= F
γ相 C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由γ相形成的组织称为奥氏体，记为 A(Austenite)。
γ= A
δ相 C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，δ相出现的温度较高，组织形貌一般不易观察，也有称高温铁素体。
Fe3C相铁与碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂正交晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为 Cm(Cementite)。
石墨在铁碳合金中的游离状态下存在的碳为石墨，组织记G(Graphite)。
L相碳在高温下熔入液体，相图中标记 L(Liquid)。
的冷却过程中组织还会发生变化。
Ld(Ledeburite)
的共析体组织,称为珠光体，记为P(Pearlite)
（1） ABCD ―液相线（2） AHJECF ―固相线
（3） HJB ―包晶反应线 (1495 C) L B+δH←→A J
（4） ECF ―共晶反应线 (1148 C) L C←→ A E+Fe3C I (称为莱氏体)
（5） PSK ―共析反应线 (727 C)As←→Fp+Fe3C (称为珠光体)
（6） A CM线（ES线）―从奥氏体析出Fe3CⅡ的临界温度线
（7） A3线（GS线）―从奥氏体转变为铁素体线
五个单相区：液相区 L 高温固溶体δ；γ相（奥氏体，A) ；α相（铁素体，F) Fe3C相（渗碳体，Cm）
七个双相区：L＋δ， L＋γ， L＋ Fe3C，δ＋γ，γ＋ Fe3C，α＋γ；α＋Fe3C
三个三相区：HJB线 L＋δ＋γ；ECK线 L ＋γ＋ Fe3C；PSK线γ＋α＋Fe3C
工业纯铁 (C%<0.02%)
碳钢 ( C%= 0.02% 2.11 wt %）
依据C含量不同，又分为：
亚共析钢：C<0.77 wt% 共析钢： C=0.77 wt% 过共析钢：C>0.77 wt%
白口铸铁 (生铁）（C%= 2.11 6.69 wt %）
依据C含量不同，又分为：
亚共晶白口铸铁 C<4.3 wt% 共晶白口铸铁 C=4.3 wt% 过共晶白口铸铁 C>4.3 wt% 灰口铸铁（C%= 2.11 6.69 wt %）
亚共晶、共晶、过共晶灰口铸铁
工业纯铁(C%<0.02%)：组织：F
相：α (F)
共析钢(C%≈0.77%)：组织：P 相：α(F)＋Fe3C
亚共析钢(C%=0.02 0.77%)：组织：F＋P 相：α (F)＋Fe3C
组织转变： L→L+A→A→F+A→F+P
过共析钢(C%=0.77 2.11%)：组织：P＋Fe3C II相；α (F) ＋Fe3C
组织转变：L→L＋A →A→A＋Fe3C II→P＋Fe3C II
共晶白口铁(C%≈4.3%)：组织：L’d 相：α (F) ＋Fe3C
组织转变 L → Ld（A+Fe3C I)→A+Fe3C II+Fe3C I → (P + Fe3C I（Fe3CⅡ)）
亚共晶白口铁(C%=2.11~4.3%)：组织：P＋Fe3C II＋L’d 相：α (F) ＋Fe3C
组织转变L→L＋A→A＋Ld→A＋Fe3C II＋Ld→P＋Fe3C II＋L’d
过共晶白口铁(C%=4.3 ~ 6.69%)：组织：Fe3C I＋L’d 相：α (F) ＋Fe3C
组织转变 L→L+Fe3C I→Fe3C I+Ld→Fe3C I+L’d。