铁碳合金相图60218
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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
铁碳合金的相图的详细讲解精品PPT课件
S
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
二、铁碳合金状态图
铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢 和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是 制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据.
• 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
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。
铸铁中的石墨
渗碳体组织金相图
珠光体的组织特点是两相 • ⑷珠光体：铁素体与Fe3C的机械混呈合片物层，相用间P表分示布。,性能介
于两相之间。
珠光体
珠光体 ( P )
• ⑸莱氏体： 与Fe3C的机械混合物
过共析钢组织金 相图
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
共晶白口铁组织金 相图
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
亚共晶白口铁组织金 相图
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
过共晶白口铁组织 金相图
Fe - F选e3C择材相料图方的面应的用应用
制定热加工工艺方面的应用
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 纯组元看待。
含碳量大于Fe3C6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
二、铁碳合金状态图
铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢 和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是 制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据.
• 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
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。
铸铁中的石墨
渗碳体组织金相图
珠光体的组织特点是两相 • ⑷珠光体：铁素体与Fe3C的机械混呈合片物层，相用间P表分示布。,性能介
于两相之间。
珠光体
珠光体 ( P )
• ⑸莱氏体： 与Fe3C的机械混合物
过共析钢组织金 相图
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
共晶白口铁组织金 相图
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
亚共晶白口铁组织金 相图
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
过共晶白口铁组织 金相图
Fe - F选e3C择材相料图方的面应的用应用
制定热加工工艺方面的应用
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 纯组元看待。
含碳量大于Fe3C6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。
写在最后
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铁碳合金相图(详解)
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
所谓一次、二次、三次渗碳体仅在于渗碳体来源 和分布有所不同，没有本质区别，其含碳量，晶体 结构和本身的性质均相同。
相图中AHN线和GPQ线的左方分别为δ和α的铁素 体区域；NJESG包围的范畴为奥氏体区域。
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
铁碳合金相图上的各种合金，通常可按其含碳量 和组织的不同，分成下列三类：
合物，
称此共晶混合物为莱氏体，用字母Ld表示； 冷至室温时成为变态莱氏体，用L′d表示。 此反应发生于所有含碳量 > 2.06％ < 6.67％的 铁碳合金范围内。
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
相图中各主要点的涵义：
相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温 反应：
(3)在723℃(PSK水平线)发生共析反应，其反应式为
1147℃，此时可溶解2.06％C，而在723℃时只能溶解 0．80％C。故凡含碳量大于0.80％的铁碳合金自 1147℃冷至723℃时，均会从奥氏体中沿晶界析出渗碳 体，称此渗碳体为二次渗碳体(Fe3CⅡ)，以区别于从液 体中直接结晶的一次渗碳体(Fe3CⅠ)。
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
此外，值得注意的是ES和PQ线：
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析
合金②冷凝后得到A组织，继续冷至GS线(3点温度)时，便会发生A F的转变，同时引起母相A中碳浓度的变化。由于合金继续冷却过程中，A 的含碳量沿GS线逐渐增浓而趋近于S点，即合金冷至723℃时，A的含碳量 增为0.80％，故当合金冷至稍低于723℃时，其组织中剩余的A，便会按 共析反应而转变成为珠光体，最终的显微组织应为F+P。
铁碳合金相图讲解
铁碳合金二元相图
海洋材料科学与工程研究院
刘LO伯G洋O
纯铁
屈服强度(σ0.2)：100~170MPa
抗拉强度(σb)：180~270MPa
伸长率(δ)：30％~50％
纯 铁
断面收缩率(ψ)；70％~80％
的 冷
冲击韧度(αK)；160~200J/cm2
却
硬度HBS：50~80
该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点。其中双相 不锈钢的耐孔蚀性能、耐腐蚀性能优于超低碳合金钢 （316L）
与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶 间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，导热系数高，具 有超塑性等特点。
与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化 物应力腐蚀有明显提高。具有优良的耐孔蚀性能。
含碳量少，铁素体多，塑性好，所以塑性直线下降。 综上所述，T12钢的硬度最高，45钢的硬度最低；T12
的塑性最差，45钢塑性最好；T8钢均居中，而T8钢的 强度最高。
绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却 用钢丝绳（用 60、65、70、75 等钢制成）
绑轧物件的性能要求有很好的韧性，因此选 用低碳钢有很好的塑韧性，镀锌低碳钢丝；
珠光体性能：力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较 高，硬度适中，塑性和韧性较好。
重要固态转变线
GS线：GS线又称A3线，冷却 时，γ析出α的开始线，或加热 时α全部溶入γ的终了线。
ES线：碳在γ中的固溶度曲线 。 常 称 Acm 线 。 当 温 度 低 于 此 线，γ将析出Fe3C、即二次渗 碳体Fe3CⅡ，从液相中经CD线 析出一次渗碳体Fe3CⅠ 。
对于铁碳合金来说，由于包晶反应温度高，碳原子的扩散较 快，所以包晶偏析并不严重。但对于高合金钢来说，合金元 素的扩散较慢，就可能造成严重的包晶偏析。
海洋材料科学与工程研究院
刘LO伯G洋O
纯铁
屈服强度(σ0.2)：100~170MPa
抗拉强度(σb)：180~270MPa
伸长率(δ)：30％~50％
纯 铁
断面收缩率(ψ)；70％~80％
的 冷
冲击韧度(αK)；160~200J/cm2
却
硬度HBS：50~80
该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点。其中双相 不锈钢的耐孔蚀性能、耐腐蚀性能优于超低碳合金钢 （316L）
与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶 间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，导热系数高，具 有超塑性等特点。
与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化 物应力腐蚀有明显提高。具有优良的耐孔蚀性能。
含碳量少，铁素体多，塑性好，所以塑性直线下降。 综上所述，T12钢的硬度最高，45钢的硬度最低；T12
的塑性最差，45钢塑性最好；T8钢均居中，而T8钢的 强度最高。
绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却 用钢丝绳（用 60、65、70、75 等钢制成）
绑轧物件的性能要求有很好的韧性，因此选 用低碳钢有很好的塑韧性，镀锌低碳钢丝；
珠光体性能：力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较 高，硬度适中，塑性和韧性较好。
重要固态转变线
GS线：GS线又称A3线，冷却 时，γ析出α的开始线，或加热 时α全部溶入γ的终了线。
ES线：碳在γ中的固溶度曲线 。 常 称 Acm 线 。 当 温 度 低 于 此 线，γ将析出Fe3C、即二次渗 碳体Fe3CⅡ，从液相中经CD线 析出一次渗碳体Fe3CⅠ 。
对于铁碳合金来说，由于包晶反应温度高，碳原子的扩散较 快，所以包晶偏析并不严重。但对于高合金钢来说，合金元 素的扩散较慢，就可能造成严重的包晶偏析。
铁碳相图和铁碳合金(白底+简化)资料
2018/12/21 53
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
2018/12/21 54
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。
2018/12/21 22
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。
2018/12/21 23
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）
2018/12/21 52
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。
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
2018/12/21 54
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。
2018/12/21 22
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。
2018/12/21 23
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）
2018/12/21 52
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。
第五章铁碳合金相图
2.1.3 δ铁素体：碳溶于δ－Fe中的间隙 固溶体。bcc结构。
第五章铁碳合金相图
2.2渗碳体：它是铁与碳形成的间隙化合 物，含碳量为6.69%,一般用Fe3C或Cm表 示,它的晶体结构较复杂，属正交晶系；
2.2.1渗碳体的性能：硬度很高约为 HB800，但其塑性极差，几乎为0。 •在室温平衡状态下，铁碳合金中的碳基 本上是以Fe3C的形式存在。
第五章铁碳合金相图
2.3、共析转变（水平线PSK）：
E 7 2C 7PF3C e
即在727℃的恒温下，由成分为S点 （ WC=0.77% ）的奥氏体转变为成分为P点 (WC=0.0218% )的铁素体和渗碳体的混合物。 此种转变产物即为珠光体，用P表示。 凡是含碳量大于0.0218%的铁碳合金都会发生 共析转变。 其中，PSK线称为共析线，也叫A1线；
变也叫做A3转变。 （α-Fe 为bcc结 构）
第五章铁碳合金相图
4 、α-Fe在770℃将发生磁性转变，由高 温的顺磁状态转变为低温的铁磁状态， 这种转变叫做A2转变，转变温度称为铁 的居里点，发生磁性转变时，铁的晶格 类型不变。 综上所述： 铁有三种同素异晶状态： δ-Fe、 γ-Fe、 α-Fe
第五章铁碳合金相图
3.3、PQ线：是碳在铁素体中的溶解度曲线。从该 曲线上看，碳在铁素体中的最大溶解度是 0.0218%(在727℃实现的),在室温时仅为0.008%。
当铁素体从727℃冷却下来时，要从铁素体中析出 渗碳体，叫做Fe3CⅢ。
注意： Fe3CⅠ、 Fe3CⅡ、 Fe3CⅢ仅在来源与分布上 有所不同，并无本质区别，其含碳量、晶体结构和 本身的性质均相同。
第五章铁碳合金相图
3、三条重要的特性曲线： 3.1、GS线：又称为A3线，它是在冷却过程中由 奥氏体中析出铁素体的开始线。 •（GS线是由G点（A3点）演变而来的，随着含 碳量的增加，奥氏体向铁素体转变的温度逐渐下 降，从而由A3点演变为A3线）。
第五章铁碳合金相图
2.2渗碳体：它是铁与碳形成的间隙化合 物，含碳量为6.69%,一般用Fe3C或Cm表 示,它的晶体结构较复杂，属正交晶系；
2.2.1渗碳体的性能：硬度很高约为 HB800，但其塑性极差，几乎为0。 •在室温平衡状态下，铁碳合金中的碳基 本上是以Fe3C的形式存在。
第五章铁碳合金相图
2.3、共析转变（水平线PSK）：
E 7 2C 7PF3C e
即在727℃的恒温下，由成分为S点 （ WC=0.77% ）的奥氏体转变为成分为P点 (WC=0.0218% )的铁素体和渗碳体的混合物。 此种转变产物即为珠光体，用P表示。 凡是含碳量大于0.0218%的铁碳合金都会发生 共析转变。 其中，PSK线称为共析线，也叫A1线；
变也叫做A3转变。 （α-Fe 为bcc结 构）
第五章铁碳合金相图
4 、α-Fe在770℃将发生磁性转变，由高 温的顺磁状态转变为低温的铁磁状态， 这种转变叫做A2转变，转变温度称为铁 的居里点，发生磁性转变时，铁的晶格 类型不变。 综上所述： 铁有三种同素异晶状态： δ-Fe、 γ-Fe、 α-Fe
第五章铁碳合金相图
3.3、PQ线：是碳在铁素体中的溶解度曲线。从该 曲线上看，碳在铁素体中的最大溶解度是 0.0218%(在727℃实现的),在室温时仅为0.008%。
当铁素体从727℃冷却下来时，要从铁素体中析出 渗碳体，叫做Fe3CⅢ。
注意： Fe3CⅠ、 Fe3CⅡ、 Fe3CⅢ仅在来源与分布上 有所不同，并无本质区别，其含碳量、晶体结构和 本身的性质均相同。
第五章铁碳合金相图
3、三条重要的特性曲线： 3.1、GS线：又称为A3线，它是在冷却过程中由 奥氏体中析出铁素体的开始线。 •（GS线是由G点（A3点）演变而来的，随着含 碳量的增加，奥氏体向铁素体转变的温度逐渐下 降，从而由A3点演变为A3线）。
铁碳合金相图 (2)
钢的可锻性首先与含碳量有关，低碳钢的可锻性较好，随着 含碳量的增加。可锻性逐渐变差。（C%<2.11%）
一般要把钢材加热到始锻温度（固相线以下100~200℃，约 1150~1250℃）下，在奥氏体区进行锻造。
钢液的流动性随含碳量的 提高而提高。
铸铁流动性总是比钢好。
共晶成分的铸铁因其结晶 温度最低，同时又是在恒 温下凝固，结晶的温度间 隔为零，所以流动性最好。
随着含碳量增加时，渗碳体不仅数量增加，形态和分布也发生 了很大变化。（渗碳体分布在P内——网状分布在γ晶界上—— 形成莱氏体时，渗碳体则成了基体 。）
含碳量对（普碳钢）力学性能的影响
硬度 WC增加，硬度增加；
强度 WC<1% 时 ， WC 增 加 ， 强 度 提 高 ， 在晶界上析出的二次渗碳体 一般还未形成连续网状。 WC>1% 时 ， WC 增 加 ， 强 度 降 低 ；
过共析钢：先共析 Fe3C＋珠光体 Fe3C沿γ晶界呈网状分布，先共析二次渗碳体量：
Fe3C
c 0.77 100% 6.69 0.77
莱氏体Ld : ( 2.11 Fe3C )共晶
Fe3C Fe3C
室温莱氏体Ld : (P Fe3C Fe3C )
适合铸造：2.11%～4.3%， 流动性好。
适 合 热 处 理 ： 0.02182.11%，有固态相变。
铁碳相图的应用
塑性、韧性高的材料，选用铁素体低碳钢 （Wc<0.25%）
强度、塑性和韧性等均好的材料，应选用组织为铁 素体和珠光体的中碳钢（0.25%<Wc<0.6%）
硬度、耐磨性好的材料，应选用组织为珠光体或珠 光体和二次渗碳体的高碳钢（ 1.3%>Wc>0.6%）
一般要把钢材加热到始锻温度（固相线以下100~200℃，约 1150~1250℃）下，在奥氏体区进行锻造。
钢液的流动性随含碳量的 提高而提高。
铸铁流动性总是比钢好。
共晶成分的铸铁因其结晶 温度最低，同时又是在恒 温下凝固，结晶的温度间 隔为零，所以流动性最好。
随着含碳量增加时，渗碳体不仅数量增加，形态和分布也发生 了很大变化。（渗碳体分布在P内——网状分布在γ晶界上—— 形成莱氏体时，渗碳体则成了基体 。）
含碳量对（普碳钢）力学性能的影响
硬度 WC增加，硬度增加；
强度 WC<1% 时 ， WC 增 加 ， 强 度 提 高 ， 在晶界上析出的二次渗碳体 一般还未形成连续网状。 WC>1% 时 ， WC 增 加 ， 强 度 降 低 ；
过共析钢：先共析 Fe3C＋珠光体 Fe3C沿γ晶界呈网状分布，先共析二次渗碳体量：
Fe3C
c 0.77 100% 6.69 0.77
莱氏体Ld : ( 2.11 Fe3C )共晶
Fe3C Fe3C
室温莱氏体Ld : (P Fe3C Fe3C )
适合铸造：2.11%～4.3%， 流动性好。
适 合 热 处 理 ： 0.02182.11%，有固态相变。
铁碳相图的应用
塑性、韧性高的材料，选用铁素体低碳钢 （Wc<0.25%）
强度、塑性和韧性等均好的材料，应选用组织为铁 素体和珠光体的中碳钢（0.25%<Wc<0.6%）
硬度、耐磨性好的材料，应选用组织为珠光体或珠 光体和二次渗碳体的高碳钢（ 1.3%>Wc>0.6%）
2第四节 铁碳合金相图
常温组织
AC
名称 亚共析钢
(C<0.77%)
转变过程 L L+A
AE
F+P P P + Fe3C
A
A3
A+F
A1
P+F
共析钢
(C=0.77%)
过共析钢
(0.77%< C<2.11%)
2
Fe-C合金状态图
状态图的分析
组织分析
常温组织
AC
名称 亚共析钢
(C<0.77%)
转变过程 L L L
AC
F+P P P + Fe3C
2
Fe-C合金状态图
室温时，含碳量低于0．0218％的合金全部为铁 素体（忽略三次渗碳体）、随着合碳量的增加，铁 素体的含量呈线性减少，到6．69％C时降为零。与 此同时，渗碳体的含量则由零直线增加至100％。 含碳量的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的 变化，而且由于引起不同性质的结晶过程，使其出 现不同的组织形态，发生不同的相互结合，因此造 成不同的组织变化。
2
Fe-C合金状态图
（2）组织形态的变化：同一种组织组成物或组 成相，由于生成条件的不同，虽然本质相同，但 形态差别却很大，对性能的影响也大不一样。 1）铁素体。 固溶体转变生成的单相铁素体为块状（等轴晶 粒状）；共折体中的铁素体则由于同渗碳体相互 制约，主要呈交替片状。
2
Fe-C合金状态图
2）渗碳体。 它的形态最复杂，钢铁组织的复杂化主要是它所造成 的。 一次渗碳体是从液体中直接析出，呈长条状； 二次渗碳体是从奥氏体中析出的，沿晶界呈网状； 三次渗碳体是从铁素体中析出的，沿晶界呈小片或粒 状； 共晶渗碳体是同奥氏体相关形成的，在莱氏体中为连 续的基体； 共析渗碳体是同铁素体交互形成的，呈交替片状。
AC
名称 亚共析钢
(C<0.77%)
转变过程 L L+A
AE
F+P P P + Fe3C
A
A3
A+F
A1
P+F
共析钢
(C=0.77%)
过共析钢
(0.77%< C<2.11%)
2
Fe-C合金状态图
状态图的分析
组织分析
常温组织
AC
名称 亚共析钢
(C<0.77%)
转变过程 L L L
AC
F+P P P + Fe3C
2
Fe-C合金状态图
室温时，含碳量低于0．0218％的合金全部为铁 素体（忽略三次渗碳体）、随着合碳量的增加，铁 素体的含量呈线性减少，到6．69％C时降为零。与 此同时，渗碳体的含量则由零直线增加至100％。 含碳量的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的 变化，而且由于引起不同性质的结晶过程，使其出 现不同的组织形态，发生不同的相互结合，因此造 成不同的组织变化。
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Fe-C合金状态图
（2）组织形态的变化：同一种组织组成物或组 成相，由于生成条件的不同，虽然本质相同，但 形态差别却很大，对性能的影响也大不一样。 1）铁素体。 固溶体转变生成的单相铁素体为块状（等轴晶 粒状）；共折体中的铁素体则由于同渗碳体相互 制约，主要呈交替片状。
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Fe-C合金状态图
2）渗碳体。 它的形态最复杂，钢铁组织的复杂化主要是它所造成 的。 一次渗碳体是从液体中直接析出，呈长条状； 二次渗碳体是从奥氏体中析出的，沿晶界呈网状； 三次渗碳体是从铁素体中析出的，沿晶界呈小片或粒 状； 共晶渗碳体是同奥氏体相关形成的，在莱氏体中为连 续的基体； 共析渗碳体是同铁素体交互形成的，呈交替片状。
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铁碳合金 (按成分可
⑵钢(高温组织为单相 A，易于
变形)
分为三类)
① 亚共析钢 (0.0218 ～ 0.77%C) ② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢 (0.77 ～ 2.11%C)
(3)白口铸铁(在液态下结晶时，全部
或部分液相会发生共晶变，获得全部或
① 亚共晶白口铸铁 (2.11 ～ 4.3%C) ② 共晶白口铸铁 (4.3%C)
按含碳量的不同，铁 碳合金的室温组织可 分为工业纯钛、钢和 白口铸铁。其中，把 含碳量小雨 0.0218%的铁碳合 金称为纯铁；把含碳 量大于0.0218%而 小于2.11%的铁碳合 金称为钢；把含碳量 大于2.11%的铁碳合 金称为铸铁。 17
纯铁、钢和铸铁的含碳量：
⑴ 工业纯铁(组织为单相铁素体) (<0.0218% C)
围内，温度不宜太高，以免钢材严重氧
化或发生奥氏体晶界熔化（过烧）。终
锻（或终轧）温度，一般亚共析钢控制
在稍高于GS线，过共析钢控制在稍高
于PSK线。温度不能太低，以免钢材因
塑性变差，导致产生裂纹。
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4、在热处理方面的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
2、过共晶白口铸铁的室温组织是（一次渗碳）体加 （ 低温莱）氏体。
3、共晶白口铸铁的含碳量为（ 4.3）%
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一、 填空题
1、常见的金属晶体类型有（ ）晶格、（ ）晶格和（ ）晶格三种。
2、金属的整个结晶过程包括（ ）、（ ）两个基本过程组成。
3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为（ ）和
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三、判断题
1、金属化合物晶格类型完全不同于任一组的晶格类型。（ ） 2、碳在奥氏体中的溶解度随温度的提高而减小。（ ） 3、亚共析钢的平衡组织为珠光体。 （ ） 4、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的 中心。（ ） 5、洛氏硬度值无单位。（ ） 6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（ ） 7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。（ ） 8、所有金属在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。（ ） 9、固溶体的晶格类型与溶剂的晶格类型相同。（ ） 10.体心立方晶格的塑性和面心立方晶格一样好。（ ）
8）P点 碳在α-Fe中的最大溶解度, 温度727℃， Wc=0.0218%
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二、相图中的特性线
1)ACD线(结晶温度开始线) 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。
2）AECF线(结晶温度终止 线) 固相线，由各成分合金结晶 结束温度点所组成的线。在 此线以下，合金完成结晶， 全部变为固体状态。
亚共晶铸铁
共晶铸铁
2.11~4.3
2.11~6.69 4.3
P+Fe3CⅡ+L'
L'd
d
过共晶铸铁
4.3~6.69 L'd+Fe3CⅠ
组织 说明
单相铁 素体
白色相为铁 素体，黑色 为珠光体
珠光体 （F白+Fe3C黑）
珠光体+网状 二次渗碳体
珠光体+二 次渗碳体+ 低温莱氏体
低温莱氏体 (P黑+Fe3C白)
• 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。
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二、相图中点的含义
1）A点 纯铁的熔点，温度 1538℃,Wc=0
2）G点 纯铁的同素异晶转变点， 冷却到912℃时,发生γF→α-Fe
3）Q点 600℃时,碳在α-Fe中的 溶度,Wc=0.0057%
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5、在焊接方面的应用（补充） 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。
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课堂练习：
1、共析钢冷却到S点时，会发生共析转变，从奥氏 体中同时析出（铁素体）和（ 渗碳）体的混合物，称为 （ 珠）光体。
体合金，在一定温度下， 同时结晶出成分和晶格 均不相同的两种晶体。
共析：由特定成分的单
相固态合金，在恒定的温 度下，分解成两个新的， 具有一定晶体结构的固相
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三、相图中的相区：
1）单相区
有F、A、L和Fe3C四个单相
区2）两相区
五个两相区：L＋A两相区、
L+Fe3CⅠ两相区、A+Fe3CⅡ两
相区、A＋F两相区、F+Fe3C两
3、铁碳合金相图上的共析线是（ ）。
A、ACD
B、ECF
C、PSK
4、组成合金的最基本的独立物质称为（ ）。
A、相 B、组元 C、组织
5、单晶体的滑移变形是在（ ）的作用下发生的。
A、切应力 B、拉应力 C、压力
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6、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（ ）。 A、再结晶 B、同素异构转变 C、共晶转变 7、冷加工是指金属发生塑性变形的温度为（ ）。 A、常温不加热 B、500°C以下 C、再结晶温度以下 8、拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大应力称为材料的（ ）。 A、屈服强度 B、抗拉强度 C、弹性极限 9、金属的强度越低、塑性越好，其（ ）越好。 A、铸造性 B、压力加工性 C、焊接性 10、测定半成品、毛坯、铸件的硬度，一般选用（ ）。 A、洛氏硬度计 B、维氏硬度计 C、布氏硬度计
一次渗碳体+ 低温莱氏体
性能特 强度、 C↑,强度、硬度逐 强度较高,硬度 硬度较高,塑性差,
点(平衡 硬度低、渐提高,有较好的 适中,具有一定 随着网状二次渗碳 硬度高，脆性大，几乎没有塑性
状态) 塑性好 塑性和韧性
的塑性和韧性 体增加,强度降低
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1.亚共析钢的组织的变化顺序：
亚共析钢的室温组 织由珠光体和铁素体 组成合金的组织按下 列顺序变化：
共晶成分的铁碳合金熔点最低,结晶温度范围最小,具有良好的铸造性能。
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3、在锻造方面的应用
碳钢在室温下塑性较差，变形较困难，
只有将其加热到单一奥氏体状态，才具
有较高的塑性和较低的强度，容易产生
塑性变形。所以，锻、轧温度通常选在
单相奥氏体区内。一般始锻（或始轧）
温度控制在固相线以下100～200℃范
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2.共析钢的组织的变化顺序： 共析钢在室温时的组 织是珠光体，合金的 组织按下列顺序变化：
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3.过共析钢的组织的变化顺序：
室温下为珠光体和 网状二次渗碳体组织。 钢中含碳量越多，二 次渗碳体也越多。
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4.亚共晶白口铸铁的组织的变化顺序：
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5.共晶白口铸铁的组织的变化顺序：
L--->L+Ld--->Ld (A+Fe3C共晶)--->Ld (A+Fe3C共晶+Fe3CII)-->L'd(P+Fe3CII+Fe3C)
部分莱氏体组织)
③ 过共晶白口铸铁 (4.3 ～ 6.69%C)
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铁碳合金的室温组织及分类：
合金类别 纯铁
亚共析钢
钢 共析钢
含碳量 (%)
<0.0218 0.0218~0.77
室温组织 F
F+P
0.0218~2.11 0.77
P
过共析钢
0.77~2.1 P1+Fe3CⅡ
典型的 显微组 织相片
白口铸铁
• 二个重要温度: 1148 ℃ 、 727 ℃ 。
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四.Fe - Fe3C 相图的知识点：
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课题练习检测：
1、铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或加热条件下， 不同（成分）的铁碳合金的（ 状态或）组随织（ ） 温变度化 的图形。
2、从奥氏体中析出的渗碳体称为（二次渗碳）体，从液体 中结晶出的渗碳体称为（ 一）次。渗碳体
相3）区三相区
ECF共晶线是液相、奥氏体、
渗碳体的三相共存线（L、A、
Fe3C）。
PSK共析线是奥氏体、铁素
体、渗碳体的三相共存线
（A、F、Fe3C）。
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四.Fe - Fe3C 相图的知识点
• 五个重要的成份点: P、S、 E、C、K。
• 四条重要的线: EF、ES、 GS、FK。
• 二个重要转变: 共晶转变、 共析转变。
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二、相图中的特性线
5）GS线 奥氏体冷却时开始向铁素 体转变的温度线，通常称 为A3线。
6）PSK水平线 共析线，通常称为A1线。 奥氏体冷却到共析线温度 （727℃）时，将发生共 析转变生成珠光体（P），
wC＞0.0218%的铁碳合
金均会发生共析转变。 9
共晶和共析的概念：
共晶：指一定成分的液
Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，由组织可 以判断出钢铁材料的力学性能，以便合理选用钢铁材料。
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2、在铸造生产上的应用
根据Fe－Fe3C相图的液相线，可 以找出不同成分的铁碳合金的熔点， 从而确定合金的熔化浇注温度（一 般在液相线以上50～100℃）。从 Fe－Fe3C相图中还可以看出，靠 近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低， 而且结晶温度区间也较小，故具有 良好的铸造性能。因此生产上总是 将铸铁的成分选在共晶成分附近。
第三章 铁碳合金
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学习目标：
一、铁碳合金相图的组成 二、Fe－Fe3C相图中特性点的含义 三、铁碳合金相图中特征线的含义及各区域内