铁碳相图原理及应用
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归纳和总结铁碳相图中
归纳和总结铁碳相图中铁碳相图归纳和总结铁碳相图是研究铁和碳合金体系中不同组成下的相变行为的重要工具。
它呈现了铁和碳之间的相互作用，揭示了不同温度和组成条件下的相变规律。
本文将对铁碳相图中的主要组成部分进行归纳和总结，以帮助读者更好地了解铁碳合金的性质和应用。
一、铁碳相图的基本结构铁碳相图由铁为主轴、碳为副轴构成。
在相图的横轴上表示碳的含量，纵轴表示温度范围。
铁碳相图可分为几个重要的组成部分：1. 铁的相态区域：铁的相态区域主要由铁的纯介质相组成，包括α铁、γ铁和δ铁。
其中，α铁为低温下的铁相，具有体心立方晶格结构；γ铁为高温下的铁相，具有面心立方晶格结构；δ铁为高温高压下的铁相，具有体心立方晶格结构。
2. 铁碳共晶区：共晶区是铁碳相图中的一个重要组成部分，通常表示为L+Fe3C。
在共晶区域内，铁和碳以共晶的形式存在，即液态的共晶组织同时凝固为铁和Fe3C两种相。
3. 铁碳共饱和区：共饱和区是铁碳相图中的另一个重要组成部分，通常表示为(α+γ)+L。
在共饱和区域内，铁和碳以共饱和的形式存在，即α铁和γ铁混合存在。
二、铁碳相图的重要相区1. γ铁相区：γ铁相区主要包括γ固溶体和γ+Fe3C共晶组织。
γ固溶体具有面心立方结构，是高温下的铁相。
2. α铁相区：α铁相区主要包括α固溶体和α+Fe3C共晶组织。
α固溶体具有体心立方结构，是低温下的铁相。
3. Fe3C相区：Fe3C相区主要包括Fe3C碳化物相。
Fe3C也被称为水滑石相，具有正交晶格结构。
三、铁碳相图的相变规律1. 铁的熔化：铁的熔化温度随碳含量的增加而降低。
在铁碳相图中，随着碳含量的增加，共晶温度逐渐下降。
2. 碳的溶解性：在γ铁相区，碳的溶解度随温度的升高而增加。
在α铁相区，碳的溶解度随温度的降低而减小。
3. 相变温度：铁碳相图中的共晶温度为1147℃，共饱和温度为727℃。
这些相变温度是铁碳合金的重要参考数据，在工程设计和制造过程中具有重要意义。
第二讲 铁碳相图与应用180326
相图的局限性： 相图是描述体系平衡状态的，不能说明达到平衡过程的动力学，不能 知道转变后的组织，也不能判断体系中可能出现的亚稳相。 由于固态材料往往难达到整体稳定的平衡，实际测得的相图多数都或 多或少地偏离真正平衡，甚至有些相实际上是亚稳相。
2、 铁碳相图简介
铁碳合金相图是研究铁碳合金的 重要工具。它是研究铁碳合金的 化学成分、组织和性能之间关系 的理论基础。
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（Ledeburite—Ld或Ld'）
莱氏体是由奥氏体和渗 碳体组成的处于热力学平衡 状态的机械混合物。系在
1148℃恒温下发生共晶转变
的产物，平均碳含量为4.3%
。
(3) 固溶碳的作用：固溶强化、缩小α、扩大γ、固溶于γ使C曲线右移、提 高淬透性、降低MS点 固溶强化效果与固溶度有关，碳在奥氏体的固溶度远远大于铁素体。
Fe 转变为面心立方晶格的γ-Fe，通常把
δ-Fe→γ-Fe的转变称为 A4 转变，转变的 平衡临界点称为 A4 点。当温度继续冷却至 912℃时，面心立方晶格的 γ-Fe 又转变为 体心立方晶格的 α -Fe，把 γ -Fe→ αFe 的转变称为A3 转变，转变的平衡临界点 称为 A3 点。912℃以下，铁的晶体结构不
钢铁材料属于铁碳合金。碳素钢、工程铸铁是铁碳合金；低合金钢、合
金钢等实际上是有意加入合金元素的铁碳合金。
在铁碳合金中，铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物，随 着碳的质量分数增加，合金的性能逐渐变脆，当碳的质量分数大于5%之 后，合金将失去使用价值。所以，在铁碳合金中，一般只研究碳质量分 数5%左右的合金。
的晶体结构。其硬度很高，塑性
4.3_铁碳合金相图及应用
4．过共析钢（（0.77%～2.11%C） 过共析钢的结晶过程如图所示。 由示意图分析可知，过共析钢结晶过程的基本反应为 [匀晶反应+二次析出反应+共析反应]，室温组织为珠光体+ 二次渗碳体，显微组织如图所示。 过共析钢中Fe3CⅡ的最大相对量为：
2.11 0.77 Fe3CⅡ 100 % 22.6% 6.69 0.7
两者性能与晶粒大小、杂质含量有关
2．奥氏体 奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，用符号“A”表示。高 温奥氏体的显微组织如图所示。 奥氏体的特点： ① 在1148℃时有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶 0.77%C； ② 其力学性能与含碳量及晶粒大小有关，一般170～ 220HBS、δ=40～50%； ③ 形变能力好，形变抗力小。
⑤ 热处理工艺性能和热处理效果。
“铁碳合金相图及应用”部分结束！ 请转入：
“钢的热处理”
3）白口铸铁（2.11～6.67％C），根据室温的不同，分为： ① 亚共晶白口铸铁 ② 共晶白口铸铁（≈4.3 ％C）
③ 过共晶白口铸铁（＞4.3％C）
2．共析钢（≈0.77％C） 共析钢的结晶过程如图a)所示。
由示意图分析可知，共析钢结晶过程的基本反应为[匀晶 反应+共析反应]，室温组织为珠光体显微组织。 P中F和Fe3C的相对量：
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
1．铁碳合金相图上的各种合金，一般分为三类： 1）工业纯铁（＜0.02% C ），室温组织为α固溶体； 2）钢（0.02～2.11％C）， 根据室温组织不同，分为： ① 亚共析钢（＜0.77％C ） ② 共析钢（≈0.77％C） ③ 过共析钢（＞0.77％C）
1．铁碳合金的含碳量对组织的影响 2．含碳量对热轧状态钢的力学性能的影响
第五章 铁碳合金相图及应用
铁碳合金基本相铁碳相图重要点线区分析铁碳合金分类工业纯铁亚共析钢共析钢过共析钢凝固结晶分析合金成分与组织性能关系及应用第一节p72铁碳合金相图是制定热加工热处理冶炼和铸造等工艺依据
第五章 铁碳合金相图及应用4学时
铁碳合金基本相→铁碳相图重要点、线、区分析→铁碳合金 分类→工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢凝固结晶分析→ 合金成分与组织性能关系及应用
3.分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体的异同之处。
答：相同点：都是渗碳体，晶体结构、成分、性能相同。 不同点：一次渗碳体从液相析出，二次渗碳体从奥氏体析出，三次渗碳体从铁素体析出，共晶渗碳体共晶反应
时形成，共析渗碳体共析反应时形成。
7.根据铁碳相图解释下列现象:1)进行热轧和锻造时,通常将钢材加热到1000-1250℃；2)钢铆钉一般用低碳钢制造； 3)绑扎物件铁丝一般为镀锌低碳钢丝,而起重机吊重物时用钢丝绳用含碳0.60%、0.65%、0.70%的钢等制成；4)在 1100℃时，Wc=0.4%的碳钢能进行锻造，而Wc=4%的铸铁不能进行锻造；5)室温下Wc=0.8%的碳钢比Wc=1.2% 的碳钢强度高；6)亚共析钢适于压力加工成形，而铸铁适于铸造成形。
渗碳体Fe3C:含碳6.69%,是硬而脆的间隙相，硬度为950-1050Hv，塑性和韧
性几乎为零。
思考题：什么是铁素体和奥氏体？铁素体和奥氏体分别具有何种晶体结构？
铁碳相图分析 第二节 铁碳合金相图分析 P73 ➢重要点:共析成分点S(0.77%C)；共晶成分点C(4.3%C)。 ➢重要线:A1线(PSK),A3线(GS),Acm线(ES)。 ➢相区:单相区、两相区和三相区。 ➢渗碳体:从液相、奥氏体、铁素体中析出的一次、二次、三次渗碳体。 ➢共析反应和共晶反应:A=F+Fe3C,L=A+Fe3C。 ➢珠光体P和莱氏体Ld:共析反应形成的铁素体和渗碳体的机械混合 物；共晶反应形成的A与Fe3C的机械混合物。
第五章 铁碳合金相图及应用4学时
铁碳合金基本相→铁碳相图重要点、线、区分析→铁碳合金 分类→工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢凝固结晶分析→ 合金成分与组织性能关系及应用
3.分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体的异同之处。
答：相同点：都是渗碳体，晶体结构、成分、性能相同。 不同点：一次渗碳体从液相析出，二次渗碳体从奥氏体析出，三次渗碳体从铁素体析出，共晶渗碳体共晶反应
时形成，共析渗碳体共析反应时形成。
7.根据铁碳相图解释下列现象:1)进行热轧和锻造时,通常将钢材加热到1000-1250℃；2)钢铆钉一般用低碳钢制造； 3)绑扎物件铁丝一般为镀锌低碳钢丝,而起重机吊重物时用钢丝绳用含碳0.60%、0.65%、0.70%的钢等制成；4)在 1100℃时，Wc=0.4%的碳钢能进行锻造，而Wc=4%的铸铁不能进行锻造；5)室温下Wc=0.8%的碳钢比Wc=1.2% 的碳钢强度高；6)亚共析钢适于压力加工成形，而铸铁适于铸造成形。
渗碳体Fe3C:含碳6.69%,是硬而脆的间隙相，硬度为950-1050Hv，塑性和韧
性几乎为零。
思考题：什么是铁素体和奥氏体？铁素体和奥氏体分别具有何种晶体结构？
铁碳相图分析 第二节 铁碳合金相图分析 P73 ➢重要点:共析成分点S(0.77%C)；共晶成分点C(4.3%C)。 ➢重要线:A1线(PSK),A3线(GS),Acm线(ES)。 ➢相区:单相区、两相区和三相区。 ➢渗碳体:从液相、奥氏体、铁素体中析出的一次、二次、三次渗碳体。 ➢共析反应和共晶反应:A=F+Fe3C,L=A+Fe3C。 ➢珠光体P和莱氏体Ld:共析反应形成的铁素体和渗碳体的机械混合 物；共晶反应形成的A与Fe3C的机械混合物。
铁碳合金相图
硬度：铁碳合金在不同温度和压力下的 硬度变化
韧性：铁碳合金在不同温度和压力下的 韧性变化
疲劳强度：铁碳合金在不同温度和压力 下的疲劳强度变化
耐磨性：铁碳合金在不同温度和压力下 的耐磨性变化
耐腐蚀性：铁碳合金在不同温度和压力 下的耐腐蚀性变化
合金设计
确定合金的化学 成分和组织结构
计算合金的性能 参数，如强度、 硬度、耐磨性等
拓展应用领域
航空航天：应用于航空发动机、火箭发动机等高温部件 汽车工业：应用于汽车发动机、排气系统等部件 能源领域：应用于核反应堆、太阳能电池等能源设备 生物医学：应用于生物医学植入材料、生物传感器等医疗器械
THANK YOU
汇报时间：20XX/XX/XX
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渗碳体相区
渗碳体相区是铁碳合金相图中的一个区域，位于铁碳合金相图的右上方。
渗碳体相区由铁素体和渗碳体组成，其中渗碳体是铁碳合金的主要组成相。
渗碳体相区的形成与碳含量有关，随着碳含量的增加，渗碳体相区的范围逐渐扩大。
渗碳体相区的存在使得铁碳合金具有较高的硬度和耐磨性，广泛应用于机械制造、汽车、航空 等领域。
建立更精确的模型
利用计算机模拟技术，建立更精确的铁碳合金相图模型 结合实验数据，对模型进行验证和优化 考虑合金元素对相图的影响，建立多元合金相图模型 研究相图与材料性能之间的关系，为材料设计和应用提供指导
应用新技术
计算机模拟技术：利用计算机模拟铁碳合金相图的形成和变化
实验技术：采用先进的实验设备，提高实验精度和效率 数据分析技术：利用大数据和人工智能技术，对铁碳合金相图数据进行深 入分析 材料设计技术：利用铁碳合金相图，设计新型材料和优化材料性能
材料选择
铁碳合金相图可以帮助选择合适的材料，以满足特定性能要求。 铁碳合金相图可以指导材料热处理工艺，以提高材料的力学性能和耐腐蚀性能。 铁碳合金相图可以帮助预测材料的相变行为，从而优化材料设计和加工工艺。 铁碳合金相图可以指导材料焊接工艺，以提高焊接质量和可靠性。
韧性：铁碳合金在不同温度和压力下的 韧性变化
疲劳强度：铁碳合金在不同温度和压力 下的疲劳强度变化
耐磨性：铁碳合金在不同温度和压力下 的耐磨性变化
耐腐蚀性：铁碳合金在不同温度和压力 下的耐腐蚀性变化
合金设计
确定合金的化学 成分和组织结构
计算合金的性能 参数，如强度、 硬度、耐磨性等
拓展应用领域
航空航天：应用于航空发动机、火箭发动机等高温部件 汽车工业：应用于汽车发动机、排气系统等部件 能源领域：应用于核反应堆、太阳能电池等能源设备 生物医学：应用于生物医学植入材料、生物传感器等医疗器械
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渗碳体相区
渗碳体相区是铁碳合金相图中的一个区域，位于铁碳合金相图的右上方。
渗碳体相区由铁素体和渗碳体组成，其中渗碳体是铁碳合金的主要组成相。
渗碳体相区的形成与碳含量有关，随着碳含量的增加，渗碳体相区的范围逐渐扩大。
渗碳体相区的存在使得铁碳合金具有较高的硬度和耐磨性，广泛应用于机械制造、汽车、航空 等领域。
建立更精确的模型
利用计算机模拟技术，建立更精确的铁碳合金相图模型 结合实验数据，对模型进行验证和优化 考虑合金元素对相图的影响，建立多元合金相图模型 研究相图与材料性能之间的关系，为材料设计和应用提供指导
应用新技术
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实验技术：采用先进的实验设备，提高实验精度和效率 数据分析技术：利用大数据和人工智能技术，对铁碳合金相图数据进行深 入分析 材料设计技术：利用铁碳合金相图，设计新型材料和优化材料性能
材料选择
铁碳合金相图可以帮助选择合适的材料，以满足特定性能要求。 铁碳合金相图可以指导材料热处理工艺，以提高材料的力学性能和耐腐蚀性能。 铁碳合金相图可以帮助预测材料的相变行为，从而优化材料设计和加工工艺。 铁碳合金相图可以指导材料焊接工艺，以提高焊接质量和可靠性。
铁碳合金相图及应用
相图的应用——热锻、热轧工艺方面的 应用
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 下100℃～200℃范围内。 一般始锻温度为1150℃～ 1250℃, 终锻温度为 750℃～850℃。
相图的应用——在热处理工艺方面的应用
硬度 50HB～80HB
2．共析钢 C%=0.77%
2．共析钢 C%=0.77%
相组成物：F和Fe3C 相相对量：F%= 组织组成物 ：P
Fe3C%=
3．亚共析钢 0.0218%＜C%＜0.77%
3．亚共析钢 0.0218%＜C%＜0.77%
L → L+A → A → A+F → A+P+F → P+F
相相对量：F%=
Fe3C%=
组织组成物：F பைடு நூலகம் Fe3CIII
工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、 塑性好。主要机械性能如下：
抗拉强度极限 σb 180MPa～230MPa
抗拉屈服极限 σ0.2 100MPa～170MPa 延伸率 δ 30%～50% 断面收缩率 ψ 70%～80% 冲击韧性 ak 1.6×106J/m2～2×106 J/m2
三、渗碳体 Fe3C相，由Fe与C组成一种复杂结构的间隙化合 物,渗碳体的熔点高，性能：硬而脆，塑性、韧性几乎为 零。按不同生成条件形状有：条状、网状、片状、粒状等 形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。
第二节 Fe-Fe3C相图分析
一、相图中的点、线、面：三条水平线和三个重要点 （1）包晶转变线HJB，J为包晶点。
本章结束
3．亚共析钢 0.0218%＜C%＜0.77%
铁碳相图及其应用
铁碳相图及其应用一、铁碳相图的发展史：早在 1868 年，俄国学者切尔诺夫就注意到只有把钢加热到某一温度”T”以上再快冷,才能使钢淬硬,从而有了临界点的概念。
至1887～1892年奥斯蒙等利用热分析法和金相法发现铁的加热和冷却曲线上出现两个驻点，即临界点。
奥斯蒙认为这表明铁有同素异形体，即α铁、β铁和γ铁。
1895年，他又进一步证明，如铁中含有少量碳,则在690或710℃左右出现临界点,标志在此温度以上碳溶解在铁中,而在低于这一温度时,碳以渗碳体形式由固溶体中分解出来。
1904年又发现了δ铁。
1899年罗伯茨－奥斯汀制定了第一张铁碳相图；而洛兹本更首先在合金系统中应用吉布斯相律,于1990年制定出较完整的铁碳平衡图。
随着科学技术的发展，铁碳平衡图不断得到修改。
目前采用的铁碳平衡相图如图1所示：图1—铁碳平衡相图二、铁碳平衡图释义：纯铁有两种同素异构体,在912℃以下为体心立方的α－Fe；在912～1394℃为面心立方的γ-Fe;在1394～1538℃(熔点)又呈体心立方结构,即δ－Fe。
当碳溶于α－Fe时形成的固溶体称铁素体(F)、溶于γ-Fe时形成的固溶体称奥氏体(A)，碳含量超过铁的溶解度后，剩余的碳可能以稳定态石墨形式存在，也可能以亚稳态渗碳体(Fe3C)形式存在。
Fe3C有可能分解成铁和石墨稳定相。
但这过程在室温下是极其缓慢的；即使加热到700℃，Fe3C分解成稳定相也需几年(合金中含有硅等促进石墨化元素时,Fe3C稳定性减弱)，石墨虽然在铸铁(2～4％C)中大量存在,但在一般钢(0.03～1.5％C)中却较难形成这种稳定相。
Fe－Fe3C平衡图有重要的意义并得到广泛的应用。
图1中的实线绘出亚稳的 Fe-Fe3C 系；虚线和相应的一部分实线表示稳定的Fe-C（石墨）系；平衡图中绝大多数线是根据实验测得的数据绘制的；有些线，如Fe3C的液相线，石墨在奥氏体中溶解度等是由热力学计算得出的。
Fe-Fe3C平衡图由包晶、共晶、共析三个基本反应组成。
铁碳相图简画及口决
铁碳相图是制定热处理工艺的基础，通过分析合金的成分和组织转变温度，可以制定合 理的加热、保温和冷却工艺参数。
控制热处理过程中的组织转变
铁碳相图有助于控制热处理过程中合金的相变和组织转变，以获得所需的组织和性能。
预测和控制热处理过程中可能出现的缺陷
通过铁碳相图，可以预测和控制热处理过程中可能出现的缺陷，如开裂、变形等，以提 高产品质量。
铁碳相图的应用
铁碳相图广泛应用于钢铁工业、 铸造、焊接等领域，为材料科学、 工程热物理等领域提供了重要的 理论支持。
铁碳相图的未来展望
新型材料的研究
随着新材料技术的不断发展，铁碳相图将进一步应用于新 型材料的研发和制备过程中，为新材料的性能优化提供理 论指导。
计算机模拟技术的发展
随着计算机模拟技术的不断进步，铁碳相图的模拟精度和 可靠性将进一步提高，为实验研究和实际应用提供更加精 确的数据支持。
预测和优化钢铁材料的性能
通过铁碳相图，可以预测和优化钢铁材料的力学性能、物理性能和化学性能，如强度、韧 性、硬度、耐腐蚀性等。
指导钢铁材料的热处理工艺
铁碳相图是制定钢铁材料热处理工艺的基础，如退火、正火、淬火和回火等，以获得所需 的组织和性能。
在铸造工业中的应用
指导合金成分设计
01
铁碳相图为铸造工业提供了选择和设计铸造合金成分的依据，
THANKS
感谢观看
N区域特性
总结词
纯铁的液态区与固态区
详细描述
N区域是铁碳相图中的纯铁的液态区与固态区，位于恒温点N的左侧区域。在该 区域内，碳含量接近于零，纯铁以液态或固态形式存在。
04
铁碳相图的应用
在钢铁工业中的应用
确定不同成分铁碳合金的结晶过程和组织转变
控制热处理过程中的组织转变
铁碳相图有助于控制热处理过程中合金的相变和组织转变，以获得所需的组织和性能。
预测和控制热处理过程中可能出现的缺陷
通过铁碳相图，可以预测和控制热处理过程中可能出现的缺陷，如开裂、变形等，以提 高产品质量。
铁碳相图的应用
铁碳相图广泛应用于钢铁工业、 铸造、焊接等领域，为材料科学、 工程热物理等领域提供了重要的 理论支持。
铁碳相图的未来展望
新型材料的研究
随着新材料技术的不断发展，铁碳相图将进一步应用于新 型材料的研发和制备过程中，为新材料的性能优化提供理 论指导。
计算机模拟技术的发展
随着计算机模拟技术的不断进步，铁碳相图的模拟精度和 可靠性将进一步提高，为实验研究和实际应用提供更加精 确的数据支持。
预测和优化钢铁材料的性能
通过铁碳相图，可以预测和优化钢铁材料的力学性能、物理性能和化学性能，如强度、韧 性、硬度、耐腐蚀性等。
指导钢铁材料的热处理工艺
铁碳相图是制定钢铁材料热处理工艺的基础，如退火、正火、淬火和回火等，以获得所需 的组织和性能。
在铸造工业中的应用
指导合金成分设计
01
铁碳相图为铸造工业提供了选择和设计铸造合金成分的依据，
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N区域特性
总结词
纯铁的液态区与固态区
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N区域是铁碳相图中的纯铁的液态区与固态区，位于恒温点N的左侧区域。在该 区域内，碳含量接近于零，纯铁以液态或固态形式存在。
04
铁碳相图的应用
在钢铁工业中的应用
确定不同成分铁碳合金的结晶过程和组织转变
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铁碳相图及金相组织
概述
碳钢和铸铁都是铁碳合金，是应用最广 泛的金属材料。铁碳合金相图是研究铁 碳合金的重要工具，它是清楚地表明了 铁碳合金成分、温度、组织三者之间关 系的一个“地图”，同一种成分不同温 度，同一种温度不同成分，它们组织不 同，以及室温组织随含碳量的变化，最 终导致钢材力学性能的变化，了解与掌 握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究 和使用、各种热加工工艺的制订以及工 艺废品原因的分析都有很重要的指导意 义
1.2.2相图中的点、线、区及其意义
Fe-Fe3C相图中各点的成分、温度及其特性综合
符号 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 727 727 600
含碳量×100
3、同素异构转变
金属在固态下发生晶格形式的转变称为同素异 构转变.
纯铁从液态结晶为固态后，继续冷却至一定温 度时，将先后发生两次同素异构转变。
金属的同素异构转变对于加工及热处理都有重 要的意义
二、 铁碳合金基本组成相和组织
相：系统中均匀的、与其他部分有界面分开的 部分，如：α相,β相 。
① 由一片铁素体,一片渗碳体相间呈片层 状形成
② 其性能介于 Fe 和 Fe3C之间 ③ 由成分为0.77%的A缓冷至727℃分解
得到
5.莱氏体(ld)
莱氏体(ld):奥氏体和渗碳体的机械混合物( A+ Fe3C )
① 由成分为 4.3% 的铁碳合金,在1148℃时从液 相结晶得到
② 727℃ 以上的莱氏体称高温莱氏体,用ld表示 727℃ 以下的莱氏体称低温莱氏体,用 ld´表示 ③ 性能接近于渗碳体,硬度 ＞700HB,塑性很差.
特性说明
0
纯碳的熔点
0.53 包晶反应时的液相浓度
4.30
共晶反应点
6.69
渗碳体的熔点
2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度
6.69
Fe3C
0 α-FeDγ-Fe的异晶转变点
0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度
0.17
包晶反应点
6.69
Fe3C
0 γ-FeDδ-Fe的异晶转变点
1.1相图与杠杆定律
1.1.1合金相图:是表示合金系中合金 状态（组织）、温度和成分之间的关 系的图象，又称为状态图。因为相图 上所表示的组织是在极其缓慢冷却下， 即所谓平衡状态获得的，因而还称平 衡图合金相图；利用相图可以知道各 种成分的合金在不同温度下存在哪些 相、各个相的成分及其相对含量。
c. 共析体中渗碳体一般呈薄片状
实际热处理状态下的渗碳体还有球状、粒状、棒状
⑤ 一般性质
硬而脆,硬度高约HB=800,而塑性很差,延伸率几乎
为0,耐磨性好。 分解,形成石墨
Fe3C是一种亚稳定化合物,一定条件下
4. 珠光体( P )
珠光体( P ):铁素体和渗碳体的机械混合 物(F+Fe3C)
1.1.4杠杆定律
1.1.4杠杆定律
设K成分的Cu—Ni合金，在t温度时处于L+α两 相区。作t温度的水平线，交固相线于b点，交 液相线于a,固相相对量Qα ，液相相对量 QL
则
注：杠杆定理只适用于两相区 因为对单相区无 此必要,在三相恒温线上,三个相可以任何比例 相平衡
1.2铁碳相图
钢和铸铁的基本组成是铁和碳； 5%以下的铁碳合金才有应用价值，通常 铁碳合金按Fe-Fe3C(渗碳体)形式存在， 但一定条件下Fe3C分解为铁的固溶体和 石墨,故铁碳相图是双重相图。
⑤ 表示方法:一般用 A ,也用γ、γ—Fe等
3. 渗碳体（ Fe3C）
渗碳体:是Fe和C的化合物,以Fe3C表示 ① 其含C量为6.69%, 固定成分。
② 熔点很高1227℃，固定熔点。
③ 晶体结构相当复杂
④ 组织形态
a. 从液相中直接结晶出来的一次渗碳体,一般呈粗 大片状
b. 从固相中析出的次生或三次渗碳体,一般呈网状 分布
1.1相图与杠杆定律
1.1.2合金相图的建立 最常用的方法是热分析法实验获得相图。
以 二元合金系为例来介绍其建立的步骤。
以下图为例:
1.1.2合金相图的Байду номын сангаас立
铜---镍合金的冷却曲线和相图 (a)不同成分合金冷却曲线 （b）铜镍合金相图
1.1.3基本的恒温转变
1.1.4杠杆定律
固溶体的平衡结晶过程中，液、固两相 相对量的变化关系，不仅取决于结晶的 温度，而且还取决于平衡两相的成分， 符合杠杆定律。在合金的结晶过程中,合 金中各个相的成分以及它们的相对含量 都在不断地发生变化。为了了解相的成 分及其相对含量，这就需要杠杆定律。
1.2.1铁碳合金的基本组成相和组织
一、纯铁的晶体结构及同素异构转变
铁具有多晶型性，从铁的冷却曲线中可 以看出，如下图
1. 三种晶体结构
1538℃--1394℃ δ—Fe (体心立方)
1394℃--912℃ γ—Fe (面心立方)
912℃--
α—Fe (体心立方)
2、纯铁的冷却曲线及晶体结构的变化
奥氏体（A）： C 溶在 γ—Fe中的间隙固溶体 （是一种高温相）
① 晶体结构：面心立方晶格
② 溶碳能力：比 α—Fe稍大，在727℃可溶C 0.77% ，随温度升高，其溶解度增加，在 1148℃时达最大溶C 量 2.11%。
③ 组织形态:多边形等轴晶粒
④ 机械性能:具有高温塑性,变形抗力小,易于锻 造成型。
组织：在结晶的各个阶段中形成的、有清晰轮 廓的独立组成部分。
如：初生 α、β 为单相组织 （α+β）共一种组 织由两相构成
铁碳合金的基本组成相有铁素体，奥氏体和渗 碳体；这些相都是以铁为基的固溶体或铁的化 合物，组织组成物有珠光体和莱氏体。
1、铁素体（α-Fe）
铁素体（ F ）：C 溶在 α—Fe中的一种间隙固 溶体
① 晶体结构：体心立方晶格
② 溶碳能力：较小，常温下0.008%以下，在 727℃时溶碳能力达到最大0.0218%。
③ 组织形态：多边形等轴晶粒
④ 机械性能：与纯 Fe 性能相似，属软韧相， 强度和 硬度不高，塑性、韧性好。
⑤ 表示方法：一般用 F 表示，也有用α—Fe、 α 、φ等
2、奥氏体 （γ-Fe ）
概述
碳钢和铸铁都是铁碳合金，是应用最广 泛的金属材料。铁碳合金相图是研究铁 碳合金的重要工具，它是清楚地表明了 铁碳合金成分、温度、组织三者之间关 系的一个“地图”，同一种成分不同温 度，同一种温度不同成分，它们组织不 同，以及室温组织随含碳量的变化，最 终导致钢材力学性能的变化，了解与掌 握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究 和使用、各种热加工工艺的制订以及工 艺废品原因的分析都有很重要的指导意 义
1.2.2相图中的点、线、区及其意义
Fe-Fe3C相图中各点的成分、温度及其特性综合
符号 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 727 727 600
含碳量×100
3、同素异构转变
金属在固态下发生晶格形式的转变称为同素异 构转变.
纯铁从液态结晶为固态后，继续冷却至一定温 度时，将先后发生两次同素异构转变。
金属的同素异构转变对于加工及热处理都有重 要的意义
二、 铁碳合金基本组成相和组织
相：系统中均匀的、与其他部分有界面分开的 部分，如：α相,β相 。
① 由一片铁素体,一片渗碳体相间呈片层 状形成
② 其性能介于 Fe 和 Fe3C之间 ③ 由成分为0.77%的A缓冷至727℃分解
得到
5.莱氏体(ld)
莱氏体(ld):奥氏体和渗碳体的机械混合物( A+ Fe3C )
① 由成分为 4.3% 的铁碳合金,在1148℃时从液 相结晶得到
② 727℃ 以上的莱氏体称高温莱氏体,用ld表示 727℃ 以下的莱氏体称低温莱氏体,用 ld´表示 ③ 性能接近于渗碳体,硬度 ＞700HB,塑性很差.
特性说明
0
纯碳的熔点
0.53 包晶反应时的液相浓度
4.30
共晶反应点
6.69
渗碳体的熔点
2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度
6.69
Fe3C
0 α-FeDγ-Fe的异晶转变点
0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度
0.17
包晶反应点
6.69
Fe3C
0 γ-FeDδ-Fe的异晶转变点
1.1相图与杠杆定律
1.1.1合金相图:是表示合金系中合金 状态（组织）、温度和成分之间的关 系的图象，又称为状态图。因为相图 上所表示的组织是在极其缓慢冷却下， 即所谓平衡状态获得的，因而还称平 衡图合金相图；利用相图可以知道各 种成分的合金在不同温度下存在哪些 相、各个相的成分及其相对含量。
c. 共析体中渗碳体一般呈薄片状
实际热处理状态下的渗碳体还有球状、粒状、棒状
⑤ 一般性质
硬而脆,硬度高约HB=800,而塑性很差,延伸率几乎
为0,耐磨性好。 分解,形成石墨
Fe3C是一种亚稳定化合物,一定条件下
4. 珠光体( P )
珠光体( P ):铁素体和渗碳体的机械混合 物(F+Fe3C)
1.1.4杠杆定律
1.1.4杠杆定律
设K成分的Cu—Ni合金，在t温度时处于L+α两 相区。作t温度的水平线，交固相线于b点，交 液相线于a,固相相对量Qα ，液相相对量 QL
则
注：杠杆定理只适用于两相区 因为对单相区无 此必要,在三相恒温线上,三个相可以任何比例 相平衡
1.2铁碳相图
钢和铸铁的基本组成是铁和碳； 5%以下的铁碳合金才有应用价值，通常 铁碳合金按Fe-Fe3C(渗碳体)形式存在， 但一定条件下Fe3C分解为铁的固溶体和 石墨,故铁碳相图是双重相图。
⑤ 表示方法:一般用 A ,也用γ、γ—Fe等
3. 渗碳体（ Fe3C）
渗碳体:是Fe和C的化合物,以Fe3C表示 ① 其含C量为6.69%, 固定成分。
② 熔点很高1227℃，固定熔点。
③ 晶体结构相当复杂
④ 组织形态
a. 从液相中直接结晶出来的一次渗碳体,一般呈粗 大片状
b. 从固相中析出的次生或三次渗碳体,一般呈网状 分布
1.1相图与杠杆定律
1.1.2合金相图的建立 最常用的方法是热分析法实验获得相图。
以 二元合金系为例来介绍其建立的步骤。
以下图为例:
1.1.2合金相图的Байду номын сангаас立
铜---镍合金的冷却曲线和相图 (a)不同成分合金冷却曲线 （b）铜镍合金相图
1.1.3基本的恒温转变
1.1.4杠杆定律
固溶体的平衡结晶过程中，液、固两相 相对量的变化关系，不仅取决于结晶的 温度，而且还取决于平衡两相的成分， 符合杠杆定律。在合金的结晶过程中,合 金中各个相的成分以及它们的相对含量 都在不断地发生变化。为了了解相的成 分及其相对含量，这就需要杠杆定律。
1.2.1铁碳合金的基本组成相和组织
一、纯铁的晶体结构及同素异构转变
铁具有多晶型性，从铁的冷却曲线中可 以看出，如下图
1. 三种晶体结构
1538℃--1394℃ δ—Fe (体心立方)
1394℃--912℃ γ—Fe (面心立方)
912℃--
α—Fe (体心立方)
2、纯铁的冷却曲线及晶体结构的变化
奥氏体（A）： C 溶在 γ—Fe中的间隙固溶体 （是一种高温相）
① 晶体结构：面心立方晶格
② 溶碳能力：比 α—Fe稍大，在727℃可溶C 0.77% ，随温度升高，其溶解度增加，在 1148℃时达最大溶C 量 2.11%。
③ 组织形态:多边形等轴晶粒
④ 机械性能:具有高温塑性,变形抗力小,易于锻 造成型。
组织：在结晶的各个阶段中形成的、有清晰轮 廓的独立组成部分。
如：初生 α、β 为单相组织 （α+β）共一种组 织由两相构成
铁碳合金的基本组成相有铁素体，奥氏体和渗 碳体；这些相都是以铁为基的固溶体或铁的化 合物，组织组成物有珠光体和莱氏体。
1、铁素体（α-Fe）
铁素体（ F ）：C 溶在 α—Fe中的一种间隙固 溶体
① 晶体结构：体心立方晶格
② 溶碳能力：较小，常温下0.008%以下，在 727℃时溶碳能力达到最大0.0218%。
③ 组织形态：多边形等轴晶粒
④ 机械性能：与纯 Fe 性能相似，属软韧相， 强度和 硬度不高，塑性、韧性好。
⑤ 表示方法：一般用 F 表示，也有用α—Fe、 α 、φ等
2、奥氏体 （γ-Fe ）