第四章 铁碳合金
珠光体（P）
珠光体为铁素体与渗碳体两相 的机械混合物， 珠光体的力学性能介于F和 P的金相显微镜组织 Fe3C之间，强度较高，硬 度适中，有一定的塑性。 可知，铁素体的塑性和韧性最好，硬度最低； 珠光体的强度最高，塑性、韧性和硬度介于渗 碳体和铁素体之间。
一、Fe-Fe3C相图的分析 二、典型铁碳合金的结晶过程 三、含碳量对铁碳合金组织与性能的影响 四、Fe-Fe3C相图的应用
3、按钢的用途分 （1）碳素结构钢 （2）碳素工具钢
1、普通结构钢
① 由 Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号 组成。 它的钢号冠以 “ Q ” ，代表钢材的屈服点，后面 的数字表示屈服点数值，单位是 MPa例如Q235表 示屈服点（ σ s）为235 MPa的碳素结构钢。 ② 必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧 方法的符号。质量等级符号分别为 A、B、C、D。 脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z 表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符 号，即Z和TZ都可不标。例Q235-AF表示A级沸腾钢。 ③ 专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等， 基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后 附加表示用途的字母。
L；
L+A； A；
4点 共析转变A0.77
4~5点
727℃
(FP+Fe3C) ≡ P
P+ Fe3CII
室温下：相组成物F、Fe3C
3~4点 A+ Fe3CII
组织组成物P、Fe3CII
显 微 照 片
1点以上： L； 1~2点：
1点 ： 共晶转变L4.3
727℃
1148℃
(A2.11+Fe3C) ≡ Ld ；
A+ Fe3CII + Fe3C ≡ Ld
二次渗碳体与共晶渗碳体 混成一体；
2点 ； 共析转变A0.77
(FP+Fe3C) ≡ P； 2~3点： (P+ Fe3CII+ Fe3C) ≡ Ld’；
室温下：相组成物 F、Fe3C；
组织组成物 Ld’
渗碳体的基体上分布着树枝状的珠光体
显 微 组 织 照 片
第一节 第二节 第三节
铁碳合金中的相与基本组织 铁碳合金相图 碳素钢
同素异晶转变——是指金属在结晶成固态以后继
续冷却的过程中晶格类型随温度下降而发生变 化的现象，也称同素异构转变。
L-Fe 液相
1538℃
δ-Fe 体心
1394℃
γ-Fe 面心
912℃
α-Fe 体心
1）在固态下进行； 2）同素异构体的晶核优先在原来晶粒的晶 界处形成； 3）同素异构转变有较大的过冷度； 4）同素异构转变往往要产生较大的内应力
名词解释 同素异构、铁素体、渗碳体、珠光体
铁素体为碳在 中的间隙固溶体，具有 在 中的间隙固溶体，具有 结构。
为避免热脆，钢中含 量必须严格控制。
结构；奥氏体为碳
钢中常在杂质有：Si、Mn、S、P和氧、氢、氮等气体。 量必须严格控制；为避免冷脆，钢中的含
根据共析钢的“C”曲线，过冷奥氏体在A1温度以下等温转变的组织 产物可分为三大类，即__________ 类型组织、_________ 类型组 织和_________ 类型组织等。 二元合金常见的相图有__________、__________、__________和 具有共析反应的二元合金相图。 Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类？ 合金工具钢按分别按含碳量、质量、用途可分为？ 写出下列牌号数字及文字的含意，T10A 、45 、 Q235-AF、60Mn 画出 Fe-Fe3C 相图，填出图中各区的相和组织。并分析 含碳量为 0.4％、0.77％、1.5％、4.3％的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结 晶过程和室温组织。
程中均有相的变化，所以钢和铸铁可以进行有相 变的退火、正火、淬火和回火等热处理
A1
一、钢中常存杂 质元素的影响 二、碳素钢的分类、钢号和主要用途
钢中常在杂质有：Si、Mn、S、P和氧、氢、 氮等气体。
Mn 是炼钢时用锰铁给钢液脱氧后而残余在
钢中的元素。 锰有较强的脱氧能力，锰大部分溶于 F，使 钢强化，锰对钢有益。 锰能降低S对钢的危害。 一般碳素钢中把锰控制在1.0%~1.2%范围内。
1点以上： L； 1~2点： L+A； 2点： 共晶转变L4.3 A0.77 727℃ (FP+Fe3C) ≡ P
1148℃
(A2.11+Fe3C) ≡ Ld Ld Ld’
2~3点： A+ Fe3CII + Ld； 3点 ： 先共晶A共析转变 3~4点 ： P+ Fe3CII + Ld ‘； 室温下：相组成物 F、Fe3C ； 组织组成物 ：P、Fe3CII 、Ld’
2、优质碳素结构钢 主要用途：重要机件。可以通过热处理调整 零件的力学性能。出厂状态可以是热轧后空 冷，也可以是退火、正火等状态。随用户需 要而定。 命名：用两位数字表示，两位数字表示钢中 含碳量的万分之几。 如：45钢 WC=0.45% 常用牌号：08F、15、45、60、60Mn等。
3 、碳素工具钢（ WC=0.65%~1.35% 属高碳钢） 主要用途：制作各种量具、刃具、模具，可 进行淬火、低温回火处理获得高硬度高耐磨 性。分为优质级和高级优质级两大类。 命名：标志符号T+含碳量的，以0.10%为单位。 如：T10 WC=1.0% 高级优质级在钢号尾部加A，如T10A
于α-Fe中，使钢的强度和硬度增高，同时室 温下，塑性和韧性显著降低。当钢中含P量 达0.3%时，钢完全变脆，这种脆性现象在低 温时更为严重。） P还降低钢的焊接性能。所以，P在钢中是 有害杂质，其含量一般要求不大于0.045%。 但是，S能改善钢材的切削性能和耐腐蚀性 能。
1、按钢中含碳量分 （1）低碳钢 WC≦0.25% （2）中碳钢 0.25%<WC≦0.6% （3）高碳钢 WC>0.6% 2、按钢的质量分（S、P） （1）普通碳素钢 WS≦0.05% WP≦0.045% （2）优质碳素钢 WS≦0.040% WP≦0.040% （3）高级优质碳素钢 WS≦0.030% WP≦0.035%
点 A B C D E F G H J K N P S Q
温度 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727 727 室温
碳量 0 0.53 4.3 6.69 2.11 6.69 0 0.09 0.17 6.69 0 0.0218 0.77 0.0008
727℃ (FP+Fe3C) ≡ P
F+ Fe3CIII +P————F+P （Fe3CIII含量很少，可以忽略不计）
室温下：相组成物F、Fe3C ；组织组成物F、P
QFe3CII
Wc 0.77 6.69 0.77
QP
显微组织照片 1点以上
1~2点 2~3点
6.69 Wc 6.69 0.77
相图中的相区
1）单相区5个：L、δ、A、F、Fe3C 2）双相区7个：δ+L、 δ+A、 A+L、 L+ Fe3C、 A+ Fe3C、 A+F、 F+ Fe3C
3）三相区3个：L+δ+A、 L+A+ Fe3C、 A+F+ Fe3C
包晶线 共晶线 共析线
1、工业纯铁 Wc≤0.02% 2、碳素钢 0.02%＜ Wc≤2.11% 1）共析钢 Wc=0.07% 2）亚共析钢 0.02%＜ Wc＜0.77% 3）过共析钢 0.77%＜ Wc≤2.11% 3、白口铸铁 2.11% ＜ Wc ＜6.69% 1）共晶白口铸铁 Wc=4.3% 2）亚共晶白口铸铁 2.11%＜ Wc＜4.3% 3）过共晶白口铸铁4.3%＜ Wc ＜6.69%
2 ）铸铁件的化学成分多选在共晶点附近，此成 分的铁碳合金结晶温度区间较小，流动性好、 分散缩孔小。
在锻压生产上的应用
钢在室温时的组织为两相 混合物，塑性较差，变形困难，只有将其加热 到单相奥氏体状态，才具有较低的强度，较好 的塑性和较小的变形抗力，易于成形。
从铁碳相图可知：铁碳合金在固态加热或冷却过
QF
6.69 0.77 88.5% 6.69 0
0.77 Wc QF 0.77 0
Wc 0 QP 0.77 0
1点以上 L； 2点 包晶转变δ0.09+ L0.53 5点 共析转变A0.77 5~6点
1495℃
A0.17
1~2点 L+δ； 2~3点 A+L； 3~4点 4~5点 A； A+F；
含 义 纯铁熔点 包晶转变时的液相成分 共晶点 LC --------- (AE+Fe3C) ≡ Ld Fe3C熔点 C在γ-Fe中的最大溶解度 共晶Fe3C成分点 γ-Fe-----α-Fe同素异构转变点 C在δ-Fe中的最大溶解度 包晶成分点 LB+δH -------- AJ 共析Fe3C成分点 δ-Fe-----γ-Fe同素异构转变点 C在α-Fe中的最大溶解度 共析点 AS --------- (FP+Fe3C) ≡ P
，而以化合物 FeS 的形式存在，其熔点为 1190℃，而FeS又能于Fe形成共晶体分布于 A晶界上，其熔点仅为985℃。）
S对钢的焊接性能也有不良影响，容易导致
焊缝热裂。所以，S在钢中是有害杂质，其 含量一般要求不大于0.05%。但是，S能改善 钢材的切削性能。
P 会引起钢的“冷脆”。（ P 在钢中全部溶
Ld’、Fe3CI
室温下：相组成物 F、Fe3C； 组织组成物
随着含碳量的增 加，合金的室温 组织中不仅渗碳 体的数量增加， 其形态、分布也 有变化，回此， 合金的力学性能 也相应发生变化。 铁碳合金的成分、 组织、相组成、 组织组成、力学 性能等变化规律 如图 3－13所示。
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第4章铁碳合金
均具有顺磁性。
***提出问题？ 体心立方晶格的致密度小于面心立 方晶格，为什么铁素体的溶碳能力却 远远小于奥氏体？？
§4.2 Fe-Fe3C 相图分析
相图中各特性点的温度、碳含量及其含义见下表：
图中 ABCD 为液相线，AHJECF 为固相线。 整个相图主要由包晶、共晶和共析三个恒温 转变所组成：
§4.6应用Fe-Fe3C 相图应注意的问题 1、相图只能反映相的平衡状态 2、相图只能反映相的组成，不能反映相的形状、大小和分布
11
铁碳合金相图练习题
一、 名词解释
铁素体 奥氏体 珠光体 渗碳体 二、问答题 1、合金结晶有哪些类型？各自的结晶特征？ 2、按铁碳相图，铁碳合金如何分类？其中三种钢室温组织 是什么？ 3、含碳量为0.4％、0.77％、1.2％、三种钢在700℃ 770℃、 900℃时分别各为何组织？ 4、计算一下50钢和T10钢在室温下 HBw、 σb
二、共析钢 合金溶液在 1-2 点温度区间结晶出γ固溶体，在 2 点凝固完毕，合金为单相γ。冷至 3 点（727℃） 时，在恒温下发生共析转变： 转变产物为珠光体，即 P，是α和 Fe3C 的层片 状混合物。P 中的 Fe3C 称为共析渗碳体。因此共析 钢的室温组织为 P。 P 中的α和 Fe3C 的相对量可用杠杆定律求得：
2、渗碳体
渗碳体是铁与碳形成的具有复杂结构的间隙化 合物，分子式为Fe3C；含碳 6.69wt%， 性能:它的硬度很高，脆性大，塑性和韧性几 乎为零。
拉伸强度σb：30N/mm2 延伸率δ：0% 断面收缩率ψ：0% 冲击值：0 布氏硬度 ：800 HBW
3、基本相---铁素体与奥氏体
碳在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体;
常用符号 F 或α表示，其最大溶解度为0.0218wt%C
金属学与热处理 第四章 铁碳合金
共析反应: 727oC, 0.77--------0.0218+ Fe3C (P珠光体) W 0.0218 =(6.69-0.77)/(6.69-0.218)=88% W Fe3C =1-88%=12%
三.亚共析钢(Wc=0.40%)
L---L+--- ---- ------L +(奥氏体)--- --- + (铁素体) -------------+P(珠光体)----- + P+Fe3CIII(三次渗碳体) 省略Fe3CIII, 最终组织: (铁素体) + P (珠光体) 包晶反应: L+ (奥氏体)
六.亚共晶白口铁(Wc=3.0%)
L---L +(初晶奥氏体) ------- -- -- (初晶奥氏体) + Ld(莱氏体) –----- (初晶奥 氏体) + Ld(莱氏体) + Fe3CII (二次渗碳体)-----------------P(珠光体)+ Ld’(低温莱 共析反应 氏体）+Fe3CII (二次渗碳体)
相组成物: L、、、、Fe3C 组织组成物： L、、、、P、 Ld、Ld’ Fe3CI 、Fe3CII 、 Fe3CIII、 成分变化 相变化 组织变化
二.对机械性能的影响 三.对工艺性能的影响
(二)铁素体和奥氏体 •铁素体:碳溶于铁中的间隙固溶体,为BCC结构,表示:F或. •奥氏体:碳溶于铁中的间隙固溶体,为FCC结构,表示:A或. (三)纯铁的性能与应用 塑性和韧性好,强度低. 二.滲碳体 铁和碳的间隙化合物Fe3C, 含碳量6.69%.表示Cm. 正交晶系. 硬度很高, 塑性和差.
五.共晶白口铁(Wc=4.3%)
共晶反应
《金属材料与热处理》第四章铁碳合金
34
学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
31
学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
29
学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
30
学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
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学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
第4章 铁碳合金相图
F
Ld A+ S Ld+ Fe3CⅠ A+F K Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Ld F P 727 P F+ Fe3C Ld P+ Q P+F Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+L′d L′d+ Fe3CⅠ Fe3C Fe F+ Fe C C%
3 Ⅲ
PSK线-共析线。奥氏体冷却到共析温度（727℃）时，将发生共 析转变生成珠光体。
1.工业纯铁： • wC ≤ 0.0218 %，室温组织为铁素体。 2.钢 • 0.0218 % ＜ wC ≤ 2.11 %，高温固态组织为塑性很好 的奥氏体，适于热压成形。
Fe3C——渗碳体 具有复杂晶格的间隙化合物，C%=6.69%
第四章 铁碳合金相图
一、上半部分图形
912˚C 以上的部分，由液态变
为固态的第一次结晶。 组元：γ-Fe与Fe3C 1、图中各点分析 A点：纯铁的熔点 D点：渗碳体的熔点 E点：在1148˚C 时碳在
γ-Fe中最大溶解度（2.11%）
A G F A+F P
H J
L+ B L+A
L D C
E A+ Fe3C
A+ S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Ld P Ld
L+ Fe3C
F
Ld+ Fe3CⅠ Ld L′d+ Fe3CⅠ
K
Q P+F
Fe
P+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+L′d
F+ Fe3C
F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
三、 Fe-Fe3C相图中各点、线含义的小结
第四章 铁碳合金
铁碳合金基本组织比较
名称 符号
结构
铁素体 F或α
间隙固溶体
奥氏体 A或γ
间隙固溶体
渗碳体 Fe3C
珠光体
P
金属化合物 机械混合物
莱氏体
Ld
机械混合物
性能
强度、硬度低，塑性、 韧性好。
强度、硬度比铁素体高， 塑性韧性也好。
硬度很高、塑性、韧 性很差
强度较高、硬度适中介 于铁素体和渗碳体之间
硬度很高，塑性很差 与渗碳体接近
奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，用符 号“A”（或γ）表示，面心立方晶格；
虽然FCC的间隙总体积较小，但单个间隙体 积较大，所以它的溶碳量较大，最多有 2.11%(1148℃时)，727℃时为0.77%。
在一般情况下， 奥氏体是一种高温组织，稳定存 在的温度范围为727~1394℃，故奥氏体的硬度低、 塑性较高，通常在对钢铁材料进行热变形加工， 如锻造、热轧等时，都应将其加热成奥氏体状态， 所谓“趁热打铁”正是这个意思。Rm=400MPa， 170~220HBW，A=40%~50%。
质硬而脆，耐腐蚀。用4%硝酸酒精溶液浸 蚀后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味 酸溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色。
渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不 同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形 态，它们的大小、数量、分布对铁碳合金
性能有很大影响。
总结：
在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥 氏体和渗碳体。但奥氏体一般仅存在于高温 下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个 相，就是铁素体和渗碳体。由于铁素体中的 含碳量非常少，所以可以认为铁碳合金中的 碳绝大部分存在于渗碳体中。这一点是十分 重要的。
➢水平线ECF为共晶反应线。 碳质量分数在2.11%～6.69%之间的铁碳合金,
金属工艺学 第四章--铁碳合金
如:Q235DTZ,表示屈服强度为235MPa质量等级为D级 的特殊镇静钢
Q196Bb
１
表示屈服强度为196MPa的B级半镇静钢
Q265DF
表示屈服强度为265MPa的D级沸腾钢
普通碳素结构钢的应用
Q185 Q225 Q235
Q255
Q275
应 用
一般桥梁、建筑结构， 普通机械零件，如螺 钉、螺母等。
杂质元素总结 Mn
Si
P
S
总结
元素有益与有害是相对的：硅锰虽有 益，但也不是多多益善；硫磷虽有害， 但炼铁过程中又不可避免其存在，因 此应严格控制其含量
二、碳素钢的分类
按质量 按含碳 量 低碳钢 中碳钢 高碳钢 按用途 按脱氧 程度 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢
普通碳钢
优质碳钢
高级优质碳钢
结构钢
工具钢
1) 奥氏体是： a. 碳在γ - Fe 中的间隙固溶体 中的间隙固溶体 c. 碳在α - Fe 中的有限固溶体
b. 碳在α - Fe
2) 珠光体是一种： a. 单相固溶体 b. 两相混合物 c. Fe 与 C 的化合物 3) T10 钢的碳的质量分数为： a. 0.1 % b. 1.0 % c. 10 % 4) 铁素体的机械性能特点是： a. 强度高、塑性好、硬度低 性差、硬度低 c. 强度低、塑性好、硬度低 b. 强度低、塑
.
3．铁碳合金的 成分-组织-性能关系
含碳量与相的相对量关系： C %↑→F %↓，Fe3C %↑ 含碳量与组织关系： 图（a）和（b） 含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%↑而↓
复习提问
1、恨“铁”不成“钢”
第四章_铁碳合金
渗碳体一旦形成，在较低温度下，它的分解速率是很慢的，因此， 在大多数情况下，我们只考虑铁碳亚稳定系相图，即Fe-Fe3C相图。但 应注意，渗碳体分解的快慢与钢中是否含有其它元素有密切的关系。
精品资料
4.2 Fe-Fe3C相图(xiānɡ tú)分析
符号(fúhào) 温度℃ 碳量％
1、 相图中的点、线、区
奥氏体
碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，为fcc晶格，用γ或A表示。奥氏体的最大
溶碳量在1148℃，为2.11%。
fcc晶格比bcc晶格具有较大的致密度，为什么A比F具有较大的溶碳能 力呢？
晶体结构的间隙尺寸有关：γ-Fe的a=0.3656nm (950℃) ，八面体间隙 半径为0.0535nm，和碳原子0.077nm较接近，所以碳在A中的溶解度较大。
fcc 的 γ - Fe；冷却到912℃时，fcc 的 γ- Fe又转变为bcc 的 α - Fe；912℃以下， 铁的结构(jiégòu)不再发生变化。
通常，把 δ - Fe ←→ γ - Fe 的转变(zhuǎnbiàn)称为A4转变(zhuǎnbiàn)， 转变(zhuǎnbiàn)的平衡临界点称为A4点。把 γ- Fe ←→ α - Fe 的转变 (zhuǎnbiàn)称为A3转变(zhuǎnbiàn)，转变(zhuǎnbiàn)的平衡临界点称为 A3点。
渗碳体具有很高的硬度，约 800HB，但塑性很差，延伸率接近于 零。根据理论(lǐlùn)计算，渗碳体的 熔点为1227℃。230℃以上铁磁性消 失，此温度为滲碳体的磁性转变温 度，称为A0转变。
精品资料
渗碳体是一个亚稳相，如在高温长时间加热，就要(jiù yào)分解为 铁(实际上是以铁为基的固溶体)和石墨。在钢中，当碳从铁基固溶体 （奥氏体或铁素体）中排出时，常以渗碳体的形式析出而不是石墨。是 由于形成渗碳体时需要碳原子的扩散距离比形成石墨时所需的扩散距离 短得多。
精品资料
4.2 Fe-Fe3C相图(xiānɡ tú)分析
符号(fúhào) 温度℃ 碳量％
1、 相图中的点、线、区
奥氏体
碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，为fcc晶格，用γ或A表示。奥氏体的最大
溶碳量在1148℃，为2.11%。
fcc晶格比bcc晶格具有较大的致密度，为什么A比F具有较大的溶碳能 力呢？
晶体结构的间隙尺寸有关：γ-Fe的a=0.3656nm (950℃) ，八面体间隙 半径为0.0535nm，和碳原子0.077nm较接近，所以碳在A中的溶解度较大。
fcc 的 γ - Fe；冷却到912℃时，fcc 的 γ- Fe又转变为bcc 的 α - Fe；912℃以下， 铁的结构(jiégòu)不再发生变化。
通常，把 δ - Fe ←→ γ - Fe 的转变(zhuǎnbiàn)称为A4转变(zhuǎnbiàn)， 转变(zhuǎnbiàn)的平衡临界点称为A4点。把 γ- Fe ←→ α - Fe 的转变 (zhuǎnbiàn)称为A3转变(zhuǎnbiàn)，转变(zhuǎnbiàn)的平衡临界点称为 A3点。
渗碳体具有很高的硬度，约 800HB，但塑性很差，延伸率接近于 零。根据理论(lǐlùn)计算，渗碳体的 熔点为1227℃。230℃以上铁磁性消 失，此温度为滲碳体的磁性转变温 度，称为A0转变。
精品资料
渗碳体是一个亚稳相，如在高温长时间加热，就要(jiù yào)分解为 铁(实际上是以铁为基的固溶体)和石墨。在钢中，当碳从铁基固溶体 （奥氏体或铁素体）中排出时，常以渗碳体的形式析出而不是石墨。是 由于形成渗碳体时需要碳原子的扩散距离比形成石墨时所需的扩散距离 短得多。
4.铁碳合金
第四章 铁碳合金
纯铁的冷却曲线及 晶体结构变化
第四章 铁碳合金
碳在γ－Fe晶格中的位置
第四章 铁碳合金
奥氏体的显微组织
第四章 铁碳合金
铁素体的显微组织
第四章 铁碳合金
铁的固溶体
晶格类型 最大含碳量
性质
铁素体 （F）
体心立方 0.0218%
室温下铁素体的性 能与纯铁相似。
奥氏体 （A）
面心立方 2.11%
高温铁素 体 （δ）
体心立方 0.09%
奥氏体具有良好的 塑性、韧性和一定 的强度、硬度。
第四章 铁碳合金
二、渗碳体(铁碳化合物)
渗碳体（cementite）是Fe—C合金中碳以化合物(Fe3C) 形式出现的。它具有复杂的晶格(正交晶系)。Fe3C是 由C原子构成的一个斜方晶格， 原子周围有六个Fe原 子，构成一个八面体，而每个Fe原子属于两个八面体 共有，Fe:C=3:1。
片状石墨＋铁素体和珠光体的混合组织。
灰铸
石
铁的
墨 片
的
显微
三 维
形
铁 素 体 灰 铸 铁
组织
貌
铁
素
珠 光 体 灰 铸 铁
体 加 珠 光 体 灰 铸
铁
球墨铸铁的显微组织
铁
素 体 球 墨 铸 铁
珠 光 体 球 墨 铸
铁
铁
素
体
球加墨Fra bibliotek珠铸
光
铁
体
中
球
的
墨
石
铸
墨
铁
球
第四章 铁碳合金
石墨晶体长大时，沿层面的长大速度较快，即层面 的扩大快而层的加厚慢，导致其结晶形态通常发展成片 状。
金属材料与热处理第4章铁碳合金
a)置换固溶体 b)间隙固溶体 固溶体结构示意图
固溶体。如图b所示。
晶格畸变
固溶体中，溶质原子的溶入溶剂晶格后，将 使溶剂晶格常数增大，导致晶格发生畸变。 如图：
a)间隙固溶体 b)置换固溶体 溶质原子对晶格畸变影响示意图
4.1.3 金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质 称为金属化合物。
图4-3 Cu-Ni合金相图
4.2.2 二元合金匀晶相图分析
右图为Cu-Ni合金相图 及20%Ni合金的平衡结晶 过程。
相图上面一条曲线为液 相线，下面一条曲线为固 相线。两条曲线将相图分 成三个相区，即液相区L、 固相区α以及两相区L+α。
Cu-Ni合金相图及20%Ni合金 的平衡结晶过程
4.2.3 二元合金共晶相图分析
4.珠光体
珠光体是铁素体和渗碳体的 混合物，用符号P表示。奥氏 体从高温缓慢冷却时发生共 析转变，形成渗碳体和铁素 体片层相间、交替排列形成 的混合物，其平均含碳量为 0.77%，如图所示。
第4章 铁碳合金
4.1 合金的基本组织
4.2 二元合金相图
4.3 铁碳合金相图 4.4 铁碳合金相图的应用
4.1 合金的基本组织
4.1.1 合金概述 4.1.2 固溶体 4.1.3 金属化合物 4.1.4 混合物
4.1.1 合金概述
合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属 元素经一定方法合成的具有金属特性的物质称为合金。
金属化合物可用化学分子式来表示。金属化合物的晶格类 型不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构，其性能具有 “三高一稳定”的特点，即高熔点、高硬度、高脆性和良好 的化学稳定性。
合金中出现化合物时，通常能显著地提高合金的强度、硬 度和耐磨性，但塑性和韧性也会明显的降低。金属化合物是 各种合金钢、硬质合金和许二元合金相图的表示方法
第四章 铁碳合金(李)
Fe+S →FeS，（Fe+FeS）→低熔点共晶体
1193℃ 989℃
分布于晶界处（[S] ＞0.020%）
“热脆”
其他作用：降低焊接性能，引起高温龟裂，恶化钢的耐蚀性，偏析最为 严重的元素；
P——有害元素（炼钢原料和燃料）
以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在于晶界
引起钢的塑性和韧性急剧 下降，尤其在低温时脆性 更大，这种现象称为冷脆。
珠光体（P）
定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%） 性能：σb≈750MPa HBS=180 δ≈20%～25% ak=30～40J/cm 2 综合性能
莱氏体（Ld、
或 Le 、
）
定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量： 4.3%） 性能：硬而脆
应
用
T10、
用于需要较高 耐磨性和一定 韧性的工具， 如手工锯条、 剪金属用剪刀。
T7、T8、
承受振动、 冲击的工 具，如冲 头、大锤、 木工工具。
T12、T13A
不受振动和冲 击的耐磨工具， 如丝锥、锉刀、 乔刀、板牙、 量具等。
第四节 铸 铁
铸铁的概念：含碳量大于2.11%(一般为2.5%~4.0%) 铁碳合金含Si、Mn、S、P等元素） 铸铁的特点： 历史上使用较早 最便宜的金属材料之一 铸造性能极好，且只能用铸造成形 生产成本低，工艺简单，减震性耐磨性好，切削 加工性好 主要用于制造各种 机器零件
应
用
08F、
冷冲压件， 如汽车和 仪表外壳、 容器、罩 子等。
20、
45、
65
弹性件和 耐磨件： 小尺寸弹 簧、低速 车轮等
冷冲压件、 调质件：机 焊接件和 床齿轮、机 标准件、 床主轴、曲 渗碳件等 轴、连杆等 零件。 重要零件。
1193℃ 989℃
分布于晶界处（[S] ＞0.020%）
“热脆”
其他作用：降低焊接性能，引起高温龟裂，恶化钢的耐蚀性，偏析最为 严重的元素；
P——有害元素（炼钢原料和燃料）
以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在于晶界
引起钢的塑性和韧性急剧 下降，尤其在低温时脆性 更大，这种现象称为冷脆。
珠光体（P）
定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%） 性能：σb≈750MPa HBS=180 δ≈20%～25% ak=30～40J/cm 2 综合性能
莱氏体（Ld、
或 Le 、
）
定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量： 4.3%） 性能：硬而脆
应
用
T10、
用于需要较高 耐磨性和一定 韧性的工具， 如手工锯条、 剪金属用剪刀。
T7、T8、
承受振动、 冲击的工 具，如冲 头、大锤、 木工工具。
T12、T13A
不受振动和冲 击的耐磨工具， 如丝锥、锉刀、 乔刀、板牙、 量具等。
第四节 铸 铁
铸铁的概念：含碳量大于2.11%(一般为2.5%~4.0%) 铁碳合金含Si、Mn、S、P等元素） 铸铁的特点： 历史上使用较早 最便宜的金属材料之一 铸造性能极好，且只能用铸造成形 生产成本低，工艺简单，减震性耐磨性好，切削 加工性好 主要用于制造各种 机器零件
应
用
08F、
冷冲压件， 如汽车和 仪表外壳、 容器、罩 子等。
20、
45、
65
弹性件和 耐磨件： 小尺寸弹 簧、低速 车轮等
冷冲压件、 调质件：机 焊接件和 床齿轮、机 标准件、 床主轴、曲 渗碳件等 轴、连杆等 零件。 重要零件。