第04章 铁碳合金
第四节 碳钢
金属材料是最重要的工程材料，工业上将金属及其合 金分为两大类：
黑色金属
金）；
铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁合 包括黑色金属以外的所有金属及其合
有色金属
金。
在铁碳合金中，碳质量分数小于2.11%的合金称为钢。 常用碳钢的碳质量分数一般都小于1.3%，其强度和韧 性均较好，工程性能比较优越。
（到约0 .8wt%c达
到峰值）。塑性
和韧性随含碳 量增加而下降 。
二、 铁碳合金相图的应用
设计选材
铁碳合金的性能是随含碳量而变化的，根据 零件的性能要求，可以确定铁碳合金的成分范围。 塑性、韧性
塑性、韧性、强度
低碳钢 wC%(0.10,0.25) 中碳钢 wC%(0.25,0.60) 高碳钢 wC%(0.60,1.30)
组织组成物
是构成显微组织的独立部分，可以是单相，也可 一是两相或者多相混合物。
铁碳合金中的组织组成物
铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体：F与Fe3C片层相间的两相混合 物 莱氏体：A与Fe3C两相混合物
F
P
高 温 铁 素 体
奥氏体
铁 素 体
渗 碳 体
钢中的基本相
。
二、铁碳相图分析
E
P
S
K
r
Q
室温下有α＋P两种组织
rS 0.77 0.4 w 49.4% PS 0.77 0.0218 Pr 0.4 0.0218 wP 50.6% PS 0.77 0.0218
r ’
K ’
4. 过共析钢[0.77%<w(C) ≤2.11%]平衡结晶过程
T12钢的室温平衡组织
碳质量分数在 2.11%～6.69%之间的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均 发生共晶反应。 水平线PSK为共析反应线 碳质量分数为 0.0218%～6.69%的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均发 生共析反应。PSK线亦称A1线。 GS线 是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线 , 通常称A3线。 ES线 是碳在A中的固溶线, 通常叫做Acm线。
点的符号 A B C D E F G H K P S 温度℃ 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 727 727 727 含碳量% 0.00 0.53 4.30 6.69 2.11 6.69 0.00 0.09 6.69 0.0218 0.77 说明 纯铁的熔点 包晶反应时液态合金的浓度 共晶点，LcA+Fe3C 渗碳体熔点 碳在-Fe 中的最大溶解度 渗碳体 -Fe-Fe 同素异构转变点 碳在-Fe 中的最大溶解度 渗碳体 碳在-Fe 中的最大溶解度 共析点
亚共晶白口铁的高温组织 Ld+γ+Fe3CⅡ
• 亚共晶白口铁的室温组织
L’d+P+Fe3CⅡ
P
L’d
7、过共晶白口铸铁(4.30%-6.69%C)的结晶过程分 析
过共晶白口铁的高温组织 Ｌd＋Fe3CⅠ
• 过共晶白口铁的室温组织
L’d＋ Fe3CⅠ
L’d
Fe3C
I
白口铸铁的相及组织
• 白口铸铁的室温相为
E
P
S
K
r
Q
室温下有P+Fe3CII两种组织
rK 6.69 1.2 wP 93% SK 6.69 0.77 S r 1.2 0.77 wFe3CII 7% SK 6.69 0.77
r ’
K ’
钢的金相组织
钢在室温下有两个相：α＋Fe3C
亚共析钢的金相组织 铁素体+珠光体(α+P)
共析钢的金相组织
珠光体 (P) 过共析钢的金相组织 珠光体+渗碳体(P+Fe3CII)
白口铸铁的结晶过程分析
5、共晶白口铸铁（4.3%C）结晶过程分析
共晶白口铁的高温组织为Ld γ+Ｆe3C(共晶)+Fe3CⅡ 共晶白口铁的室温组织为L’d Ｐ+Ｆe3C(共晶)+Fe3CⅡ
6、亚共晶白口铸铁（2.11%-4.30%C）的结晶过程 分析
第一节
铁碳合金系相图
一、Fe-Fe3C相图的组元和基本相 1.组元
纯铁
同素异构转变
纯铁的组织和性能
性能
纯铁的力学 性能因纯度 及晶粒大小 不同有较大 差别。
σs (MPa)
100~170
σb (MPa)
δ (%) Ψ (%) ak (J/cm2) HB
180~230
30~50 70~80 160~200 50~80
α+Fe3C
• 亚共晶白口铁的金相组织
P + Fe3CⅡ + L’d 共晶白口铁的金相组织 L’d =P + Fe3CⅡ + Fe3C(共晶）
• 过共晶白口铁的金相组织
Fe3CI + L’d
白口铁的金相组织
第三节 铁碳合金的成分—组织—性能关 系
一、含碳量与铁碳合金机械性能的关系
硬度随含碳量 增加而增加。 强度度随含碳 量增加而增加
一、碳钢的成分和分类 1、碳钢的成分
实际使用的碳钢，除铁、碳两个主要元素之外，还含有 少量Mn、Si、S、P、H、O、N等非特意加入的杂质元素。 它们对钢材性能和质量影响很大，必须严格控制在牌号规 定的范围之内。
2、碳钢的分类
碳钢中的杂质存在形式 1．锰：锰是有益元素。
① 锰原子溶于α-Fe中形成置换固溶体。
② 锰原子溶于渗碳体中形成合金渗碳体。 ③ 锰作为常存元素时，一般Mn＜0.8%。
2．硅 硅作为脱氧剂加入钢中。如： FeO+Si→Fe+SiO2 ① 硅溶于α-Fe中有一定强化作用。 ② 作为常存元素时，Si＜0.5%。
3．硫： 硫是有害元素。 ① 硫在钢中以FeS形式存在，使钢变 脆。 ② FeS和Fe能形成低熔点的共晶体， 当钢进行轧制时，共晶体融化，钢材变脆，
1.根据Fe—Fe3C平衡状态图，确定下列钢在给 定温度时的组织：
温度 含碳量 ℃ 0.2％ 0.77％ 1.2％ 770 680 700 组织 温度℃ 组织 900 770 740 温度℃ 20 20 20 组织
2．分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过 程和室温组织。 3．试求碳含量为1.2％的钢，室温下的相组成物和组 织组成物的相对重量，并画出其在室温下的显微组织 示意图。 4．什么是共晶转变和共析转变？计算珠光体在共析 温度和莱氏体在共晶温度时的相组分的相对量。
１、 重要的点 C点为共晶点
共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混 和物, 称莱氏体, 以符号 Le表示。 共晶转变线ECF：1148摄氏度，C%=4.3%。
L4.3 体），
A2.11+Fe3C（共晶渗碳
Le4.3 高温莱氏体 Le，Ld
S点为共析点 共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共 析混合物, 称珠光体, 以符号P表示。
硬度、耐磨性
制定热加工工艺
铸造工艺：确定浇注温度 锻造工艺：确定锻造温度
焊接工艺：分析组织和性 能 热处理工艺：是制订热处理 工艺的基础。
运用Fe-Fe3C相图时应注意以下两点： ① Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平 衡状态, 如含有其它元素, 相图将发生变化。 ② Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金 中相的状态, 若冷却或加热速度较快时, 其组织 转变就不能只用相图来分析了。
2. 共析钢 [w(C) = 0.77%]平衡结晶过程
其中铁素体和渗碳体的含量可以用杠杆定律进行计 算：727℃ WFe3C = PS/PK = (0.77-0.0218)/(6.69-0.0218) = 11.3% WF = 1- WFe3C = 88.7%。 室温下 WFe3C = PS/PK = (0.77- 0)/(6.69-0) = 11.5% WF = 1- WFe3C = 88.5%。
第四章 铁碳合金
工程材料中又以钢铁（铁碳合金）材料应用最广。钢铁中 含碳量其室温平衡组织和性能有巨大影响。 由于铁碳合金是应用最广的工程材料，下面将学习Fe-C 相图。Fe-C相图很复杂，但实用的部分只0～6.69%C(重量百分 比)的部分，如图所示。其中右端（6.69%C）是属化合物Fe3C。 这段相图称为Fe-Fe3C相图，由三个基本类型的相图组成 ： 1.包晶相图部分 （区域很小，且无实际意义，通常忽略其作 用）； 2.共晶相图部分 ； 3.共析相图部分
共析转变线PSK：727摄氏度，C%=0.77%。
A0.77
F0.0218+Fe 3C， P（珠光体）
珠光体的强度较高, 塑性、韧性和和硬度介于渗碳体和铁素 体之间, 其机械性能如下： 抗拉强度极限 σb 770 Mpa 延伸率δ 20%～35% 硬度 180 HB
２、 Fe-Fe3C相图中重要的线
纯铁塑性、韧性好，但强度、硬度低。
晶粒度级别
晶粒度级别越高，晶粒越细。我国将细晶粒度分为8级 k s o d
2. 基本相 （除液相外） 铁素体 ：碳固溶于体心立方晶格的α-Fe中形成
的间隙固溶体，用α或者F表示。 碳在其中的固溶度很小，最大溶解度是727℃时的 0.0218%，因此α相区在相图中区域很小。
wFe3C III
0.01 0 100% 0.15% 6.69 0
工业纯铁的室温组织
Ｆ+Fe3CⅢ
Ｆ e3CIII 含量随 wC 增加而增加，当 wC=0.0218% 时,Ｆe3CIII含量达最大值
wFe3CIII
0.0218 0 |Max 0.3% 6.69 0
3. 亚共析钢 [0.0218%<w(C) <0.77%]平衡结晶过 程
铁素体+珠光体
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
第04章铁碳合金
第04章铁碳合金
1.根据Fe—Fe3C平衡状态图，确定下列钢在给 定温度时的组织：
温度 组织 含碳量 ℃ 0.2％ 770
0.77％ 680
1.2％ 700
温度℃ 组织
900 770 740
温度℃ 组织
20 20 20
第04章铁碳合金
珠光体的强度较高, 塑性、韧性和和硬度介于渗碳体和铁素体 之间, 其机械性能如下：
抗拉强度极限 σb 770 Mpa 延伸率δ 20%～35%
硬度 180 HB
第04章铁碳合金
２、 Fe-Fe3C相图中重要的线
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, 在平衡结晶过程中均 发生共晶反应。
说明 纯铁的熔点 包晶反应时液态合金的浓度 共晶点，LcA+Fe3C 渗碳体熔点 碳在-Fe 中的最大溶解度 渗碳体 -Fe-Fe 同素异构转变点 碳在-Fe 中的最大溶解度 渗碳体 碳在-Fe 中的最大溶解度 共析点
第04章铁碳合金
１、 重要的点
C点为共晶点
共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和 物, 称莱氏体, 以符号 Le表示。
过共晶白口铁的金相组织
Fe3CI
+
L’d 第04章铁碳合金
白口铁的金相组织
第04章铁碳合金
第04章铁碳合金
第04章铁碳合金
第三节 铁碳合金的成分—组织—性能关 系
一、含碳量与铁碳合金机械性能的关系
第04章铁碳合金
第04章铁碳合金
第04章铁碳合金
第04章铁碳合金
硬度随含碳量 增加而增加。 强度度随含碳 量增加而增加
工程材料04铁碳合金相图2
钢铁是现代工业中应用最为广泛的的金属材料，其基本组元是铁和碳元素，因此称为铁碳合金。
为了掌握钢铁材料的成分、组织和性能之间的关系，为以后的生产应用做好准备，就必须学习和研究铁碳合金相图。
铁和碳元素可以形成固溶体以及一系列化合物（Fe3C、Fe3C、FeC 等），但由于含碳量较大的铁碳合金脆性很大，无实际应用价值，所以在铁碳合金相图中，只需研究Fe-Fe3C部分（含碳量≦6.69%）。
第一节铁碳合金的基本相在铁碳合金中，铁和碳元素的相互作用方式有两种：（1）碳原子溶解到纯铁的晶格中，形成固溶体，如铁素体和奥氏体；（2）铁和碳原子相互作用形成金属化合物，如渗碳体。
一、铁素体：α 、F碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，它仍保持α-Fe的体心立方结构。
由于铁素体的含碳量较低（室温下w=0.0008%），其性能与纯铁相近。
c铁素体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性和韧性。
抗拉强度σb：180~280MPa屈服强度σs：100~170MPa硬度HB：50~80HBW伸长率δ：30~50%冲击韧性A k：160~200J二、奥氏体：γ、A碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，它仍保持γ-Fe的面心立方结构。
奥氏体溶解碳原子的能力与温度有关，1148℃时w c=2.11%，727℃时w c=0.77%。
一般奥氏体的硬度约为170~220HBW，伸长率δ约为30~50%。
因此，奥氏体的硬度较低而塑性较好，易于锻压成型。
三、渗碳体：FeC3渗碳体是一种具有复杂晶格结构的金属间化合物，其性能特点是硬度很高（约1000HV），且脆性很大（δ，αk≈0）。
渗碳体在碳钢中不能作为基体相，而是作为强化相存在，它的存在形态（网、片、条、粒状等），对碳钢的性能有很大的影响。
例如，渗碳体以细小的颗粒状形态，均匀分布在固溶体基体相上，则碳钢的力学性能较好；但是，渗碳体呈较粗大形态或网状分布时，则碳钢的脆性会增大。
第二节铁碳合金相图分析分析相图：注意相图中的恒温反应！钢铁的分类：（1）工业纯铁w c＜0.0218%（2）钢0.0218%＜w c＜2.11%（3）白口铸铁2.11%＜w c＜6.69%简化的铁碳相图及各点说明：一、液相线：ACD固相线：AECF二、ECF 共晶反应线L C→ A E+ Fe3C共晶产物（A + Fe3C）称为莱氏体，用符号Ld 或Le表示。
铁碳合金
第四章铁碳合金第一节铁碳合金的组元和基本相一、铁碳合金中的组元和基本相1、铁碳合金相图中的组元（合金中最基本、最独立的物质，一般来说组元是元素或稳定化合物）：铁和渗碳体2、铁碳合金相图中的基本相（分为固溶体和化合物）：铁素体、奥氏体、δ铁素体、渗碳体。
3、钢经过一定的结晶过程都要变成奥氏体，所以通常不研究δ铁素体。
二、铁的同素异晶转变1、固态下的相变结晶过程称为重结晶。
2、A0转变渗碳体在230℃时发生磁性转变，由高温顺磁性转变为低温铁磁性。
3、A2转变α—Fe在770℃时发生磁性转变，由高温顺磁性转变为低温铁磁性。
晶格类型没有发生转变，不属于相变。
4、A3转变γ—Fe和α—Fe相互转变5、A 4转变δ—Fe和γ—Fe相互转变第二节铁碳合金相图分析详见课本1、相图是由包晶转变、共晶转变和共析转变拼接而成，是液态结晶与固态重结晶的综合结果。
2、NH线是δ—Fe转化成γ—Fe开始线。
NJ线是δ—Fe转化成γ—Fe终止线线。
是由铁的同素异构转变图中的A4演化来的。
3、PSK线是共析反应线。
又称A1线。
4、ECF线是共晶转变线。
产物莱氏体是奥氏体和渗碳体的机械混合物。
基体是渗碳体，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体上，由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。
5、GS线是γ—Fe开始转变成α—Fe的线，也是α—Fe转化成γ—Fe的终止线。
由铁的同素异构转变图中的A3演化来的。
又称A3线。
6、GP线是α—Fe转化成γ—Fe的开始线，γ—Fe转变成α—Fe的终止线。
7、SE线是碳在奥氏体中溶解度的曲线。
又称ACm线。
从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体。
8、PQ线是碳在铁素体中溶解度的曲线。
从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。
9、同一种组成相由于生成条件不同，虽然相的本质未变，但形态可以有很大差异。
10、从奥氏体中析出的铁素体－般且在块状，共析反应生成的珠光体中的铁素体，由于同渗碳体相互制约，呈交替层片状，同时共析渗碳体也呈交替层片状。
第04章 铁碳合金相图
铁和碳的合金称为铁碳合金， 如钢和铸铁都是铁碳合金。要掌握各种钢和铸铁的 组织、性能及加工方法等，必须首先了解铁碳合金中的
化学成分、组织和性能之间的关系。
铁碳合金相图是研究铁碳合金组织与成分、温度关 系的重要图形，了解和掌握它对制定钢铁的各种加工工 艺都有着重要的作用。
4.1
铁碳合金的基本组织 在铁碳合金系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，它们
γ -Fe的最大空隙半径 4-3所示。由于 γ -Fe是面心立方晶格，而
略小于碳原子的半径，其晶格的间隙较大，故奥氏体的溶碳能
力较强，溶解度比铁素体高得多。在1 148℃时溶碳量可达 2.11%的最大溶解度，随着温度的下降，溶解度逐渐减小，在 727℃时溶碳量为0.77%。
4.1
铁碳合金的基本组织
应该指出的是：稳定的奥氏体属于铁碳合金的高温组织，当铁
碳合金缓冷到 727℃时，奥氏体将发生转变，转变为其他类型 的组织。
4.1
铁碳合金的基本组织
图4-4
奥氏体的显微组织
4.1
铁碳合金的基本组织
4.1.3
渗碳体
渗碳体(Fe3C)是指晶体点阵为正交系、分子式为Fe3C的一 种金属化合物。渗碳体碳的质量分数是6.69%。渗碳体具有复 杂的斜方晶格结构，如图4-5所示，与铁和碳的晶格结构完全
在不同温度下的平衡组织是各不相同的，但它们总是由几个基 本相所组成。 在液态，铁和碳可以无限互溶。在固态，碳可溶于铁中，
形成两种间隙固溶体——铁素体和奥氏体。
当碳的质量分数超过其固态溶解度时，则会出现化合物—
—渗碳体(Fe3C)。因此，在铁碳合金中，碳可以与铁组成化合
物，也可以形成固溶体，还可以形成混合物。铁碳合金在固态 下的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体等，
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
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。
第四章铁碳合金第一节铁碳合金系相图
第四章铁碳合金第一节铁碳合金系相图一、铁碳合金系组元的特性1、纯铁纯铁的同素异构转变金属在固态下，晶格类型随温度变化的现象。
重结晶δ－Ｆｅ。
α－Ｆｅ，γ－Ｆｅ2、碳石墨：六棱柱体0.142纳米0.34纳米耐高温导电润滑强度、硬度、塑性、韧性极低金刚石:正四面体共价键巴基球:60个碳原子12个五边形和20个六边形球面结构三维超导体非线性光学材料二、铁碳双重相图碳在铁碳合金中的存在形式固溶体渗碳体石墨Fe3C Fe2C FeCFe－Fe3C与Fe－G三、Ｆｅ－Fｅ３C相图的特征1、图中的基本相（1）铁素体：碳溶于α－Ｆｅ中形成的间隙固溶体。
Fα强度、硬度低，塑性、韧性高2、奥氏体：碳溶于γ－Ｆｅ中形成的固溶体。
Aγ强度、硬度不高，塑性很好3、渗碳体：铁和碳形成的金属化合物。
Fｅ３C4、δ固溶体：碳溶于δ －Ｆｅ中形成的间隙固溶体。
5、液相L第二节铁碳合金平衡结晶过程分析一、铁碳合金的分类（一）工业纯铁：C＜０．０２１８％（二）钢共析钢：C＝０．７７％亚共析钢：０．０２１８％＜C＜０．７７％过共析钢：０．７７％＜C＜２．１１％（三）白口铸铁共晶白口铸铁：C＝４．３％亚晶白口铸铁：２．１１％＜C＜４．３％过共晶白口铸铁：４．３％＜C＜６．６９％第四节碳钢一、钢铁材料的生产过程1、碳钢中的常存元素碳钢中的常存元素是指除Fe、C外，因冶金必然带来的、且对性能有一定影响其它元素，在碳钢中一般指：Si、Mn 冶金时自然存在对性能无不利影响而保留S、P 冶金时难以彻底清除而存在于钢中一般钢中大致含量：Si 0.25~0.30%Mn 0.25~0.50%S <0.05% P <=0.045 三、碳钢的分类、牌号及应用第四节碳钢1、碳钢的分类：按含碳量分：低碳钢WC 0.25％中碳钢0.25％< WC 0.6％高碳钢WC>0.6％按质量分：普通碳素钢WP 0.045％WS 0.055％优质碳素钢WP 0.040％WS 0.040％高级优质碳素钢WP 0.035％WS 0.030％2、碳钢的牌号及应用（1）普通碳素结构钢：五类２０种。
第四章 铁碳合金(李)
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。
工程材料学第4章 Fe-C合金
K
=160-200 J/cm2 , 硬度50-80HB
第一节 Fe - C相图的基础知识
1.铁与碳可以形成 Fe3C、Fe2C、 FeC 等一系列化合物。 2.稳定的化合物可以作为一个独的组 元。 3.Fe – C 二元相图。
Fe – C 二元相图
温 度
Fe
Fe3C Fe2C (6.69%C)
1394℃
δ - Fe γ - Fe
912℃
α - Fe
时间
α
– Fe在700度（居里温度）发生磁 性转变，即在该温度以上磁性消失， 不属相变 工业纯铁力学性能特点：强度、硬 度低，塑性、韧性好
抗拉强度σ b =180-230MPa, 伸长率δ ≈ 30-50%，断面收缩率Ψ=70-90%，
一.选择材料方面的应用
1. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。 2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。
二.制定热加工工艺方面的应用
第六节 铁碳合金的生产及分类
钢碳素钢的分类、编号及用途。
Fe
第一节 Fe - C相图的基础知识
金属的同素异构转变 纯铁的同素异构(
allomorph )转变反应
912 °C
式:
δ - Fe
bcc
1394 °C
γ - Fe
fcc
α - Fe
bcc
纯铁的冷却曲线
1600 温 1500 度 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 1534℃
二)钢锭的组织及其宏观缺陷
镇静钢
半镇静钢