铁碳合金的基本晶格、组织介绍
铁碳合金五种基本组织
铁碳合金五种基本组织铁碳合金的世界可真有趣，听说过“铁心”的故事没？铁和碳这对“老搭档”在材料界可是无敌组合。
他们一起搭建了五种基本组织，构成了金属的“家族树”，真是复杂又神秘，宛如一部跌宕起伏的电视剧。
首先说说珠光体，别看名字像个文艺青年，实际上它可是个“硬汉”！由铁素体和渗碳体交替排列，形成一种层状结构。
这种结构就像是铁和碳之间的默契配合，真是天生一对。
珠光体的强度和韧性都不错，像极了那种既能打架又能做饭的“全能型”角色。
比如，想想当年铁器时代的农具、武器，都是依赖它的力量。
人们称它为“金属中的金属”，听着就让人想大喊一声“太牛了”！接下来就是铁素体，嘿，这家伙可是温柔得让人心疼。
铁素体就是单纯的铁，晶体结构简单，像个踏实的老实人。
它在高温下形成，慢慢冷却后就稳定下来了，特别适合用在一些对韧性要求高的地方。
想象一下，铁素体就像个守护者，愿意为大家遮风挡雨，可是面对高温就显得无能为力。
虽然它的强度不如珠光体，但在某些场合，它绝对能靠得住，真是“心中有数”的角色。
说到渗碳体，这小子可不是省油的灯！它是铁和碳结合的产物，主要出现在钢中，硬得像个石头。
渗碳体的出现，给整个铁碳合金的家族增添了一份力量。
它的存在让钢的强度倍增，简直是“锋利无比”。
可是，凡事有利就有弊，渗碳体太多的话，脆得像玻璃，真是得不偿失。
想想，做饭的时候加点盐就好，可一不小心放多了，就得重新做菜了。
再说说奥氏体，这家伙的个性可真独特。
它在高温时形成，冷却后又能保持稳定，像个百变的演员，随时准备变换角色。
奥氏体的韧性和塑性都很好，适合用在一些特殊的场合，比如不锈钢。
你看，奥氏体就像那种神秘又迷人的角色，总是给人带来惊喜，真让人捉摸不透。
不过，要是温度不够，奥氏体就会变成其他结构，变幻莫测，跟电视剧里的反派一样，永远在你意想不到的时候出现。
最后来聊聊贝氏体，听这名字就感觉高大上。
贝氏体的形成是介于珠光体和奥氏体之间的一种相变，既有珠光体的强度，又有奥氏体的韧性，真是个“高端大气上档次”的角色。
铁碳合金的组织结构
一、铁碳合金的组织结构㈠金属的组织与结构在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织，如图2-1所示。
如用电子显微镜，可以观察到金属原子的各种规则排列。
这种排列称为金属的晶体结构，简称结构。
纯铁在不同温度下具有两种不同的晶体结构，即体心立方晶格与面心立方晶格，如图2-2所示。
由于内部的微观组织和结构形式的不同，影响着金属材料的性质。
纯铁在体心立方晶格结构时，塑性比面心立方晶格结构的好，而后者的强度高于前者。
s铸铁是应用广泛的一种铁碳合金材料,一般碳以石墨形式存在，石墨有不同的组织形貌，见图2-3所示。
其中球状石墨的铸铁称球墨铸铁，它的强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。
㈡纯铁的同素异构转变体心立方晶格的纯铁称α-Fe，面心立方晶格的铁称为γ-Fe。
α-Fe经加热可转变为g-Fe，反之高温下的α-Fe冷却可变为α-Fe。
这种在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称"同素异构转变"。
纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下完成的。
这一转变是铁原子在固态下重新排列的过程，实质上也是一种结晶过程。
是钢进行热处理的依据。
㈢碳钢的基本组织铁素体碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中加入少量的碳，强度显著增加。
这是由于碳引起了铁内部组织的变化，从而引起碳钢的力学性能的相应改变。
碳在铁中的存在形式有固溶体（两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体）、化合物和混合物三种。
这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。
碳溶解在a-Fe中形成的固溶体称铁素体。
由于α-Fe原子间隙小，溶碳能力低（在室温下只能溶解0.006％），所以铁素体强度和硬度低，但塑性和韧性很好。
低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。
《金属工艺学》铁碳合金
主要线
二条平行线（ECF、PSK）表示恒温反应： ECF：1148 ℃发生共晶反应 Lc --- AE + Fe3C PSK: 727 ℃发生共析反应 As ----- FP + Fe3C
ES线（Acm线）:C在A中的固溶线。 1148 ℃：C在A中最大溶解度2.11% 727 ℃: C在A中最大溶解度0.77%
在钢中与其他组织共存时，可呈片状、网状或粒 状。 Fe3C的形状、大小、分布和数量对钢的性 能有极大的影响。
Fe3C在一定条件下可分解成铁和石墨。
（4）珠光体 P
含碳量为0.77%的A同时析出F和Fe3C的机械 混合物。（共析反应）
P是软的F片和硬的Fe3C片相间的机械混合物。 性能介于两者之间：δ=20～25%，σb =600～800MPa，HBS=170～230
（2）固溶体是单相，它具有与溶剂金属相同的晶 格。其基本性能也同溶剂。
（3）根据溶解的方式不同，固溶体可分为：
① 置换固溶体（下页图）
一部分溶剂晶格结点上的原子被溶质原子所代替。 在溶剂和溶质原子直径差别不大时易形成。晶格会 发生畸变，塑性变形阻力增加，强度和硬度升高， 这种溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象， 叫固溶强化。——提高合金机械性能的一个途径。
目的： ① 细化晶粒（可提高σ、δ、ak） ② 降低硬度（便于切削加工） ③ 消除内应力（以及加工硬化）、（可防变形和
开裂）
1、完全退火
将亚共折钢加热到AC3以上30-50℃，保温 后缓冷。
加热得细晶粒的A，冷却后得细晶粒F＋P。 目的：
①细化晶粒；②降低硬度；③消除内应力。
2、球化退火
重要特性点 P19 B1-4
特性点 A C D E F G
铁碳合金的基本组织
第一节铁碳合金的基本组织一、固溶体：定义：溶质原子进入溶剂中，依然保持晶格类型的金属晶体。
铁素体：碳溶于α-Fe的间隙固溶体；F；体心立方晶格，溶碳量很少，显微组织与纯铁相似，呈明亮的多边形晶粒；性能与纯铁相似，即强度、硬度低，塑性、韧性好。
奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体；A；面心立方晶格，晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直；强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好，钢材多数加热到臭氏体状态进行锻造。
二、金属化合物（中间相）（强化相）渗碳体：铁与碳形成的金属化合物；Fe3C；具有复杂的晶体结构，w C=6.69%；它是钢中的主要强化相，它的形态、大小、数量和分布对钢及铸铁的性能有很大影响，渗碳体硬度很高，塑性、韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。
三、机械混合物：珠光体：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物；P；由铁素体与渗碳体片层状交替排列的共转变组织，碳合量平均为w C=0.77%；性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。
莱氏体：由臭氏体和渗碳体组成的机械混合物；Ld（高温莱氏体），Ld’（变态莱氏体）；变态莱氏体由渗碳体与珠光体相近，硬度很高，塑性很差。
总结：硬度最高的是渗碳体，强度最好的是珠光体，高温下奥氏体塑性最好，常温下铁素体塑性最好，莱氏体硬度较高。
第二节铁碳合金状态图一、铁碳合金状态图的建立（1）配制不同成分的铁碳合金，用热分析法测定各合金的冷却曲线。
（2）从各冷却曲线上找出临界点，并将各临界点分别画到成分－温度坐标中。
（3）将意义相同的临界点连接起来。
二、Fe－Fe3C合金状态图的分析：1.点（特性点）：A 1538℃ 100％Fe的熔点； D 1227℃ 100％Fe3C的熔点；G 912℃ 100％Fe的同素异晶转变点（重结晶温度点）；C 1148℃ 4.3％C 共晶点L→Ld（A＋C）共晶反应；F 1148℃ 6.69％C 虚点； P 727℃ 100％Fe虚点；K 727℃ 6.69％C虚点、E 1148℃ 2.11％C碳在γ－Fe中的最大固溶量；S 727℃ 0.77％C 碳在γ－Fe中的最小固溶量，共析点A→P 共析反应。
铁碳合金的基本组织介绍
铁碳合金的基本组织介绍
铁碳合金在液态时Fe和C 无限互溶。
在固态时其基本组织存在固溶体和金属化合物。
如：
1538 ℃δ-Fe+C —铁素体F
1394 ℃γ-Fe+C—奥氏体A
912 ℃α-Fe+C—铁素体F
1铁素体
碳溶于α-Fe形成的固溶体——铁素体F。
其为体心立方，显微镜下为均匀明亮的多边形晶粒。
铁素体性能韧性很好（因含C少），强度、硬度不高。
δ=45-50%，HBS=σb=250Mpa。
含碳：727℃，0.02% 2奥氏体
碳溶于γ-Fe中形成的固溶体—奥氏体A。
其为面心立方,显微镜下多边形晶粒,晶界较F平直。
奥氏体性能塑性好,是压力加工所需要组织。
含碳最高，1147℃,2.11% HB S=170-220。
3 渗碳体
金属化合物 Fe3C 复杂晶格,含碳:6.69%.。
其性能硬度高HB(sw)>800,较脆，可作强化相。
在一定条件下会分解成铁和石墨,这对铸造很有意义。
4珠光体
F+Fe3C—机械混合物,含碳0.77%。
其组织为两种物质相间组成，机械性能介于两者之间。
强度较高，硬度HBS=250。
5莱氏体
大于727℃ 时：A+Fe3C—Ld 高温莱氏体。
小于<727℃时： P+Fe3C—Ld’低温莱氏体。
莱氏体性能: 与Fe3C相似，HBS>700，塑性极差。
铁碳合金的基本组织
铁碳合金的基本组织1、铁素体（F或α）铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。
碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室温时为0.0008%,几乎为零。
其强度和硬度很低，塑性、韧性好。
显微组织是明亮的多边形晶粒。
2、奥氏体（A或γ）奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。
碳在γ-Fe中的溶碳量较高，1148℃时2.11%；1148℃时为0.77%。
其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。
其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。
3、碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，碳含量是6.69％，具有复杂的晶体结构。
其硬度很高，塑性和韧性很差，δ、A k接近于零，脆性很大。
4、珠光体（P）奥珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
是奥氏体冷却时，在727℃恒温下发生共析转变的产物。
显微组织是铁素体与渗碳体片层状交替排列。
性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性5、莱氏体（Ld或Ld'）莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
是在1148℃恒温下发生共晶转变的产物，平均碳含量4.3%。
铁碳合金状态图分析铁碳合金状态图分析 1、主要特性点 1）A 点纯铁的熔点，温度1538℃,Wc=02）G 点纯铁的同素异晶转变点，冷却到912℃时,发生γ-F →α-Fe3）Q 点600℃时,碳在α-Fe 中的溶解度,Wc=0.0057%4）D 点渗碳体熔点,温度1227℃,Wc=6.69%5）C 点共晶点，温度1148℃，Wc=4.3%成分为C 的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应：Lc →Ld （AE+Fe3C ）6）E 点目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的铁碳合金部分（即Fe －Fe3C 部分），因为含碳量大于6.69％的铁碳合金在工业上无使用价值。
右图为简化后的Fe －Fe3C 状态图。
碳在γ-Fe中的最大溶解度,温度1148℃，Wc=2.11%7）S点共析点，温度727℃，Wc=0.77%成分为S点的奥氏体，冷却到此温度时，发生共析反应：As→P （Fp+Fe3C）8）P点碳在α-Fe中的最大溶解度,温度727℃，Wc=0.0218% 2、特性线1）ACD线液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，铁碳合金在此线以上处于液相。
第二章铁碳合金
ES 线：
C在A中最大 溶解度线
3.区域组织
单相区：
L、A、F、 Fe3C
两相区
铁碳合金的分类
工业纯铁
C＜0.0218%
亚共析钢 0.0218～0.77%
钢
共析钢
C＝0.77%
过共析钢 0.77～2.11% 高温固态有单一A组织
亚共晶白口铸铁 2.11～4.3%
白口铸铁 共晶白口铸铁
C＝4.3%
第二章 铁碳合金
纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 铁碳合金的基本知识 铁碳合金状态图
第一节：纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 一、晶体与非晶体 二、金属的晶体结构 三、实际晶体结构 四、晶体与机械性能的关系
第一节：纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 一、晶体与非晶体
1.材料分类
晶 体 ：原子按一定规律重复排列 非晶体：原子排列无规律
过共晶白口铸铁 4.3～6.69% 高温液态下有共晶反应
典型合金的结晶过程
1.共析钢
L → L+A → A → P（F+Fe3C)
2.亚共析钢
C↑F↓P↑ 强度硬度↑ 塑性韧性↓
L → L+A → A → A+F → F+P
3.过共析钢 C↑P↓ Fe3CⅡ↑ 强度硬度↑
塑性韧性↓
当C≥0.9%时， Fe3CⅡ连续分布 强度↓↓
1538℃ 1394℃
912℃
L δ-Fe
γ-Fe
α-Fe
体心
面心
体心
立方
立方
立方
161℃
纯锡
β白锡
斜方 晶系
体心 立方
13℃
α灰锡
金刚石型 （松散）
2.同素异构转变的特点： ① 遵循结晶规律 ② 过冷度△T大， 转变时间短 ③ 晶格类型变化， 导致性能变化
铁碳合金的基本组织
铁碳合金是一种常见的金属材料，由碳和铁组成，具有良好的力学性能和耐磨性能，广泛用于工程机械和航空航天等行业。
其基本组织可以分为三类：
一、铁碳合金的晶粒组织
晶粒组织是铁碳合金的基本组织，其晶粒主要由铁组成，其中碳以合金钢中的碳化物形式存在。
这种组织结构经过热处理后可以改善铁碳合金的力学性能。
例如，合金钢中的碳化物可以改善钢的强度、韧性以及耐磨性等特性，使钢具有更好的抗拉强度和抗压强度。
二、铁碳合金的析出相组织
析出相组织是铁碳合金中的另一种基本组织，其中析出相是由另一种金属元素（如铬、钛、锰等）和碳组成的合金组分，它们可以改变铁碳合金的物理性能，如硬度、耐磨性等。
例如，加入适量的铬可以提高铁碳合金的硬度，提高耐腐蚀性，而加入钛可以提高铁碳合金的抗拉强度和抗压强度。
三、铁碳合金的纤维组织
纤维组织是铁碳合金最常见的组织形式之一，其中碳纤维可以改变铁碳合金的力学特性，如抗拉强度、抗压强度和耐磨性等。
例如，现代航空航天航空钢中的碳纤维可以提高钢的抗拉强度，耐磨性和抗压强度，从而提高航空器的安全性。
总之，铁碳合金的基本组织有晶粒组织、析出相组织和纤维组织等，它们均可以改善铁碳合金的力学特性，广泛应用于工程机械和航空航天行业。
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Fe3C
硬度高（约800HBW），塑性、韧性差，δ、AK接近于零，脆性很大
渗碳体是钢与碳组成的金属化合物，碳含量wc＝6.69%，熔点为1227℃，具有复杂的晶体结构，是铁碳合金的重要的强化相。渗碳体在铁碳合金中的形态可呈片状、粒状、网状、板条状。它的数量和形态对铁碳合金的力学性能有很大影响。渗碳体越细小，并均匀地分布在固溶体基体中，合金的力学性能越好；反之，越粗大或呈网状分布则脆性越大。
莱氏体
Ld
(Ld´)
硬度高（约700HBW）、塑性很差
莱氏体是由奥氏体和滲碳体组成的机械混合物，是铁碳合金在1148℃时发生共晶转变的产物。存于1148～727℃的莱氏体称高温莱氏体（Ld），存于727℃以下的莱氏体称低温莱氏体(Ld´)。其硬度很高，塑性很差。
铁碳合金的基本组织
名称
晶格、组织
符号
性能
或α
σb：180～280MPa
HBS：50～80
δ：30％～50％
AK：128～160J
铁素体是碳溶入α-Fe中的间隙固溶体,体心立方晶格,碳在α-Fe中溶解度很小，在727℃时溶解度最大，为0.0218%，室温时为0.0008%，几乎为零。铁素体的力学性能与工业纯铁接近，其强度和硬度较低，塑性、韧性良好。其显微组织呈明亮白色等轴多边形晶粒。
奥
氏
体
A或γ
σb：400MPa
HBS：160～220
δ：40％～50％
奥氏体是碳溶入γ-Fe中的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶解度相对较高，在1148℃时其溶解度最大，达2.11％，在727℃时为0.77％。奥氏体的强度和硬度比铁素体高，具有良好的塑性和低的变形能力，生产中常将钢材加热到奥氏体状态进行压力加工。其显微组织为明亮的多边形晶粒，晶界较铁素体平直。
珠
光
体
P
σb：750～900MPa
HBS：180～280
δ：20％～25％
珠光体是由铁素体和滲碳体组成的机械混合物。它是奥氏体冷却时，在727℃恒温下发生共析转变的产物，平均碳含量wc＝0.77％，性能介于铁素体和滲碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。显微组织为铁素体和滲碳体片层状交替排列。