§3—2铁碳合金的基本组织与性能
铁碳合金的基本组织与状态图课件
n 3) 在压力加工成型方面
n 钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较 好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进 行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以 上100℃~200℃范围内。一般始锻温度为 1150℃~1250℃，终锻温度为750℃~ 850℃。
55
n 4) 在热处理工艺方面的应用
n Fe- Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特 别重要的意义。一些热处理工艺如退火、 正火、淬火的加热温度都是依据Fe- Fe3C相 图确定的。这将在热处理中详细阐述。
溶体。由于晶格间的最大空隙比α—Fe大 ， 溶碳能力较大11480C时为2.11%随温度 下降溶碳量逐渐减小7270C时为0.77%。
n 奥氏体存在于727~14950C的温度范围， 强度低，塑性好，伸长率为40%，硬度 (HB) 为170~220，无铁磁性。
6
奥氏体组织金相图
7
(三)渗碳体 (Fe3C) 铁与碳形成的具有复杂结构的金属化合物，含
n
n “二”指二个坐标： C/％、 T ／0C；在画的 时候容易忘记这两坐标标注。
23
n “三”指三个单项：A (奥氏体) 、 P (珠 光体) 、 Ld (莱氏体) 。在铁碳合金相图 中，只有三个区域中是单项组织，其中在 7270C以下含碳量为0.77％时，其成分只有 P (珠光体) ，11480C以下含碳量为4.3％ 时，其成分只有Ld (莱氏体) ，在这些地 方经常容易漏掉。
n 1-5-3 铁碳状态图上合金的分类及其组织 n 根据相变特征和室温组织不同，可将铁碳
状态图上的各种合金分为工业纯铁、钢和 白口铸铁三类： n 1、工业纯铁C＜0.0218%的铁碳合金。
28
n 2、钢C 0.0218~2. 11%的铁碳合金。特点是 高温固态组织为塑性很好的奥氏体，常用 于热压力加工。根据相变特征和室温组织
铁碳合金基本组织
第二章 铁碳合金 第一节 铁碳合金的基本组织*什么叫组织？ 表示晶体的种类、大小、分布状况。
可以由一个相或多个相组成一．纯铁的晶体结构及其结晶1．(简)同素异晶体：同种元素组成的具有不同晶体结构的晶体，如石墨是金刚石的同素异晶体；α-Fe 与γ-Fe2．(简)纯铁的同素异晶转变α-Feγ-Fe3．重结晶固态下的结晶与液态到固态的结晶的异同．．．．．．．．．．．（以铁为例）同：都属于结晶过程，都有“形核——长大”的过程、“过冷”等现象。
异：在固态下结晶时应力不能及时释放，产生应力。
因此把这种结晶称作：重结晶钢铁材料的种类较多，掌握其性能不太容易。
但这些材料的性能是由其组织决定的。
二．铁碳合金的五种基本组织及其性质1．铁素体温（F ） 形成：碳溶入α-Fe特点：塑性、韧性好，强度、硬度低 δ：30~50%σb ：180~280MPa 。
HBS ：50~80，很软。
小刀刻划例：08钢，F 含量90%，估计其塑性、韧性2．奥氏体（A ） 形成：碳溶入γ-Fe特点：常温下：塑性和韧性好，具有一定的强度和硬度。
δ：40~50% σb ： HBS ：170~220高温下（800o C 以上）：塑性极好，强度极低。
应用：锻压。
“趁热打铁” 3．渗碳体（Fe 3C ）形成：铁与碳生成的化合物 特点：硬而脆、塑性极差 作用：？(双重) 4．珠光体（P ）形成：Fe 3C 与F 片状交分布形成的层状结构。
（示意图） 特点：强度、硬度较高。
塑性和韧性不高。
δ：20~30% σb ：770MPaHBS ：1805．莱氏体（Ld ）形成：由A 与Fe 3C 组成 特点：类似于渗碳体根据钢的组织比较性能：10钢（F 多87%+P ）与45钢（F 少42%+P ） 10钢（F 多87%+P ）与20钢（F 中等74%+P ） 45钢（F+P ）与T10A 钢（P+Fe 3C ）第二节 铁碳相图如何才能知道钢中某种组织的含量？一．基本概念 1．相图的作用了解合金的组织指导热加工和选材例：仪表、汽车的外壳 选塑性好的材料 F 含量多的钢。
第二章(3)铁碳相图
匀晶相图 L+A
L
1148℃ C
共晶相图
D
L+ Fe3CⅠ F
G 共析相图
A
E A+ Fe3CⅡ
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ ( P+Fe3C )
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K Ld’+Fe3CⅠ
S A+F F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
网状分布.
室温组织：P+Fe3CⅡ
含1.4%C钢的组织
过共析钢室温组织为P+ Fe3CⅡ
Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含 碳量为2.11%时, Fe3CⅡ量最大：
含1.4%C钢的组织
QFe C
3
II
2.11 0.77 100% 22.6% 6.69 0.77
室温下两相的相对重量 百分比：
含碳量对碳钢力学性能的影响
白口铸铁的力学性能特点
1600 温 1500 度 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 1538℃ 1394℃
δ - Fe
γ - Fe
912℃
α - Fe
δ- Fe
bcc
1394 ℃
γ- Fe
912 ℃
fcc
α- Fe
bcc
同素异构转变：金属在固态下由于温度的改变而发生晶 格类型转变的现象。 纯铁的居里温度：770℃ ＜ 770℃呈铁磁性，＞ 770℃磁性消失。 纯铁的力学性能： 塑性和韧性很好，但其强度很低，很少用作结构材料 。 纯铁的主要用途是利用它的铁磁性，例如各种仪器仪表 的
第三章 铁碳合金
把以铁及铁碳为主的合金（钢铁）称为 黑色金属，而把其他金属及其合金称为 有色金属。
§3-1 合金及其组织
一、合金的基本概念
1、合金
所谓合金，是以一种金属为基础，加入其他 金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属 特性的材料，即合金是两种或两种以上的元 素所组成的金属材料。
合金具有比纯金属高得多的强度、硬度、耐磨性等机械性能， 是工程上使用得最多的金属材料，如机器中常用的黄铜是铜 和锌的合金；钢是铁和碳的合金；焊锡是锡和铅的合金。
3、在锻造工艺上的应用
对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈 单相奥氏体状态时，塑性好，强度的，便于塑性变 形，所以一般锻造都在奥氏体状态下进行，锻造时 必须根据铁碳合金相图确定合适的温度，始轧和始 锻温度不能过高，以免产生过烧；始轧和始锻温度 不能过低，以免产生裂纹。
§3-4 碳素钢
碳素钢（简称碳钢）是含碳量大于
主要应用在钢材料的选用和加热工工艺的制度两方面。
1、作为选用钢材料的依据
制造要求塑性、韧性好，而强度不太高的构件，选 用含碳量较低的钢；
要求强度、塑性和韧性等综合性能较好的构件，选 用含碳量适中的钢； 各种工具要求硬度高及耐磨性好，选用含碳量较高 的钢。
2、在铸造生产中的应用
对于铸造性能来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸 造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低， 流动性好，更具有良好的铸造性能。
二、合金的组织
根据合金中各组元之间结合方式的不同， 合金组织可分为固溶体、金属化合物和混合 物三类。
1、固溶体
固溶体是一种组元的原子溶于另一组元 的晶格中所形成的均匀固相。溶入的元素称 为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶体保持 溶剂的晶格类型。固溶体一般用α、β、 γ……来表示。
3-2铁碳合金的基本组织
明朝国家栋梁
谢 谢
谢谢观看！ 请多指导！
渗碳体 Fe C 3
珠光体 莱氏体
P
Ld
L
4.3
硬度很高，塑性、韧性 极差
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
1、铁碳合金的基本组织的符号。
2、铁碳合金的基本组织的含碳量。 3、铁碳合金的基本组织的性能。
一、填空题：
1、铁碳合金的基本组织有五种， 它们是 铁素体、 奥氏体、
渗碳体、 珠光体、 莱氏体。
国
家
重
点
全国中等职业技术学校机械类通用教材
中国劳动社会保障出版社
金属材料与热处理
张春英
第五版
第三章
§3 －2
铁碳合金
铁碳合金的基本组织与性能
1、什么是合金？ 2、什么是合金中的组元和相？ 3、什么是合金的组织？
4、合金的组织有哪几种类型？
1、什么是合金？
合金是由两种或两种 以上的元素所组成的金属 材料。
奥 氏 体
1、符号： 用“A ”表示
2、溶碳能力： 较强。在1148℃时可溶碳 为2.11%，在727℃时，可 溶碳为0.77%。
3、性能特点：
强度、硬度不高，具有良好 的塑性，是绝大多数钢在高温 进行锻造和轧制时所要求的组 织。
三、渗碳体 渗碳体是含碳
量为6.69％的铁
与碳的金属化合 物，其化学式为
由于奥氏体在727℃时转变为珠 光体，所以在室温下的莱氏体由 珠光体和渗碳体组成的混合物。
2、溶碳能力：C=4.3% 3、性能特点：硬度很高，塑 性、韧性极差。
.
组织名称
符号
含碳量 %
性能特点
铁素体
F A
奥氏体
第三章 铁碳合金(二、三)
§3-2铁碳合金的基本组织和性能钢和铁是工业上应用最广泛的金属材料，它们都是铁碳合金。
不同成分的钢和铸铁的组织都不相同，因此，它们的性能和应用也不一样。
铁碳合金中碳原子和铁原子可以有几种不同的结合方式：一种是碳溶于铁中形成固溶体；另一种是碳和铁化合形成化合物；此外，还可以形成由固溶体和化合物组成的混合物。
一、铁素体(F)它是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体(简称α固溶体)。
通常用符号F表示。
晶体结构呈体心立方晶格，碳在α铁中的溶解度极小，随温度的升高略有增加，在室温时的溶解度仅有0.008%，在727℃时最大溶解度为0.0218%。
铁素体的性能几乎与纯铁相同，它的强度和硬度较低，σb=250MPa，HBS=80，塑性和韧性则很高，δ= 50%。
二、奥氏体(A)碳溶解于γ-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体(简称γ固溶体)，通常用符号A表示。
晶体结构呈面心立方晶格。
由于γ铁晶格中间隙较大，因此在727℃时能溶解0.77%碳，在1148℃时的最大溶解度达到2.11%，奥氏体存在于727℃以上的高温区间，具有一定的强度和硬度，以及很好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造或轧制时所要求的组织。
三、渗碳体(Fe3C)它是铁与碳形成的金属化合物Fe3C，含碳量为6.69%，其晶胞是八面体，晶格构造十分复杂。
渗碳体的性能很硬很脆，HBW≈800，δ≈0。
渗碳体在钢中主要起强化作用，随着钢中含碳量的增加，渗碳体的数量增多，钢的强度和硬度提高，而塑性下降。
四、珠光体(P)珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示，它是由硬的渗碳体片和软的铁素体片层片相间，交错排列而成的组织。
所以其性能介于它们二者之间，强度较高,σb=750MPa ，HBS=180，同时保持着良好的塑性和韧性δ=（20～25）%。
五、莱氏体(L d)奥氏体与渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。
它是C=4.3%的铁碳合金液体在1148℃发生共晶转变的产物。
铁碳合金相图
200×
(６)过共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程
室温组织:
Le′+ Fe3CI
500×
标注了组织组成物的相图
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↓
图4-13
6.亚共晶白口铁结晶过程
图4-14 亚共晶白口铁结晶过程示意图
亚共晶白口铁组织金相图
图4-15
7.过共晶白口铁结晶过相图
图4-17
二、碳对铁碳合金平衡组织和性 能的影响
含碳量对平衡组织的影响 含碳量对铁碳合金机械性能的影响
Ⅲ 3 Ⅱ
3
Ⅰ
含碳量对平衡组织的影响
图4-18 含碳量对平衡组织的影响示意图
含碳量对铁碳合金机械性能的影响
图4-19含碳量对铁碳合金机械性能的影响
§4铁碳合金的成分—组织—性能
关系
一、含碳量与平衡组织间的关系
一、含碳量与平衡组织间的关系
1、含碳量——相相对量 C%↑→F%↓，Fe3C%↑ 2、含碳量——组织 F--->F+P--->P--->P+Fe3CII-->P+Fe3CII+Le’--->Le’-->Le’+Fe3CII--->Fe3C
第四章 铁碳合金相图
§1铁碳合金的基本相 §2 铁碳相图 §3典型铁碳合金的结晶过程及其组织 §4铁碳合金的成分—组织—性能关系
§1铁碳合金的基本相
• 一、铁碳合金相图中组元的性质和相的类
§3-2 铁碳合金的基本组织与性能
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
一、铁素体（F）
二、奥氏体（A）
三、渗碳体（Fe3C或Cm） 四、珠光体（P） 五、莱氏体（Ld）
一、铁素体（F）
碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。
铁素体的晶胞示意图
铁素体的显微组织
铁素体（F）
（1）概念：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称
有奥氏体和渗碳体； L΄d(低温莱氏体，温度＜7270C) 有珠光体和渗碳体组成。 （3）溶碳能力：C=4.3% （4）性能特点：硬度很高，塑性很差。
小结
1.铁碳合金有五种组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、 莱氏体 2.铁碳合金三种基本组织：铁素体、渗碳体、奥氏体
3.室温下铁碳合金由铁素体和渗碳体组成
珠光体（P）
（1）概念：是铁素体与碳光体的混合物
（2）符号： P ，是铁素体和渗碳体片层相间,交
替排列。 （3）溶碳能力：在7270C时，C=0.77% （4）性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能， 强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。
五、莱氏体（分为高温莱氏体和低温莱氏体）
（一)、高温莱氏体 1.定义： 液态铁碳合金发生共晶转变所形成奥氏体 和渗碳体组成的混合物 2.表示符号： Ld 3.存在温度区间： 727℃ ——1148℃ 4.含碳量： 4.3% 5.特点：硬度高，塑性很差。
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
渗碳体是含碳量为 6.69％的铁与碳的金属
化合物，其化学式为
Fe3C。
渗碳体的晶胞示意图
渗碳体（Fe3C或Cm）
（ 1 ）概念：含碳量为 6.69% 的铁与碳的金属化合
物。
（2）符号：Fe3C （3）溶碳能力： 复杂的斜方晶体 C=6.69%
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§3—2铁碳合金的基本组织与性能
1、铁碳合金的定义：钢铁是现代工业中应用最为广泛的合金，他们均是以铁和碳为基本组元的合金，故又称为铁碳合金。
2、铁碳合金的分类：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体五种。
教师组织
教师指导
教师强调
板书
教学重点
教师示范
教学重点
边讲解边演示
河源市高级技工学校理论课教案
河源市高级技工学校理论课教案
教学过程
教பைடு நூலகம்设计
【小结】
通过对铁碳合金组织种类的的简单小结，突出铁碳合金各种组织性能不同的重点内容。
【作业布置】
课后P324.5.6
【板书设计】
投影幕
插图
课题
一、
二、
．
．
．
．
．
．
．
小结
作业
【教学后记】
审查
日期
2、说明本课题的教学目的和要求
3、稳定学生的情绪，集中学生精力进行上课
【复习旧课】
1、金属材料的损坏形式；
2、影响金属变形的因素；
3、金属的力学性能。
【导入新课】
在生产和生活中，纯金属虽然得到一定的应用，但强度和硬度一般都较低，冶炼困难，因而价格较高，在使用上受到限制。在工业上，应采取什么样的材料可以弥补这个不足呢？这节课就让我们一起来学习一下。
五、莱氏体（Ld）
1、定义：莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物。
2、性能：由于莱氏体的基体是渗碳体，所以它的性能接近于渗碳体，硬度很高，塑性很差。
结论：以上五种组织中，铁素体、奥氏体、渗碳体都是单相组织，称为铁碳合金的基本相；珠光体和莱氏体是由基本相组成的多相组织。
河源市高级技工学校理论课教案
教学过程
教法设计
河源市高级技工学校理论课教案
教师
李晓红
13模具数控班
授课日期
8周星期2第56节
科目
金属材料与热处理
课题
§3—2铁碳合金的基本组织与性能
教学
目的
1、掌握合金的有关概念及组织；
2、理解铁碳合金的基本组织；
3、了解铁碳合金的组织性能
重点
难点
铁碳合金的基本组织
教具
多媒体
教学过程
教法设计
【组织教学】
1、检查学生的考勤
教学过程
教法设计
1、铁素体（F）
1、定义：碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体。
2、性能：铁素体是钢在五种组织中含碳量最低的组织，其室温性能接近于纯铁，即具有良好的塑性、韧性，较低的强度、硬度。
二、奥氏体（A）
1、定义：碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。
2、性能：奥氏体的含碳量虽比铁素体高，但其呈面心立方晶格，强度、硬度虽不高，却具有良好的塑性，尤其是具有良好的锻压性能。
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
1、定义：渗碳体是含碳量为6.69%的铁与碳的金属化合物，其化学式为Fe3C。
2、性能：熔点高、高硬度，塑性和韧性几乎为零，脆性极大。
四、珠光体（P）
1、定义：珠光体是铁素体与渗碳体的混合物，用符号P表示。
2、性能：由于珠光体是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的混合物，因此其力学性能是两者的结合，强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。