05讲 铁碳合金的基本组织 Fe—Fe3C相图
05讲铁碳合金的基本组织 Fe—Fe3C相图湖北职业技术学院备课纸
《机械制造技术基础》教案
教学内容：铁碳合金的基本组织 Fe-Fe 3C 相图分析教学方式：结合实际，由浅如深讲解教学目的：
1．了解纯铁的同素异构转变；
2．清楚铁碳合金的基本相及其性能；
3．掌握Fe-Fe 3C 相图的相区、特性点及特性线。
重点、难点：铁碳合金的基本相 Fe-Fe 3C 相图的相区、特性点及特性线教学过程：
1.2 铁碳合金
1.2.4 铁碳合金基本组织及Fe-Fe 3C 相图分析
铁碳相图是研究在平衡状态下铁碳合金成分、组织和性能之间的关系及其变化规律的重要工具，掌握铁碳相图对于制定钢铁材料的加工工艺具有重要的指导意义。
1.2.4.1 铁碳合金的基本组织 1．纯铁的同素异构转变
自然界中大多数金属结晶后晶格类型都不再变化，但少数金属，如铁、锰、钴等，结晶后随着温度或压力的变化，晶格会有所不同，金属这种在固态下晶格类型随温度（或压力）变化的特性为同素异构转变。
如图4-1所示。
纯铁的同素异构转变可概括如下：
1538C 1394912()Fe C C Fe Fe Fe δγα??????→???→???
→---←???←???←???
液态α-Fe 和δ-Fe 都是体心立方晶格，γ-Fe 为面心立方晶格。
纯铁具有同素异构转变的特
征，是钢铁材料能够通过热处理改善性能的重要依
据。
纯铁在发生同素异构转变时，由于晶格结构变化，体积也随之改变，这是加工过程中产生内应力的主要原因。
2．铁碳合金的基本组织
铁碳合金在熔化温度以上可以形成均匀的液体，该液体称为铁碳合金的液相，用符号L 表示。
在固态下碳可以有限地溶于铁的同素异构体中形成间隙固溶体；当含碳量超过它在相应温度固相的溶解度时则会析出具有复杂晶体结构的间隙化合物——渗碳体。
根据铁和碳的相互作用，铁碳合金中可形成五种组织：
1）铁素体（F ）图4-1 纯铁的同素异构转变
铁素体是碳溶解在α-Fe 中形成的间隙固溶体，它仍保持α-Fe 的体心立方晶格结构。
由于α-Fe 晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218%（727℃），所以是几乎不含碳的纯铁。
铁素体由于溶量小，力学性能与纯铁相似，即塑性和冲击韧度较好，而强度、硬度较低。
2
180280MPa HBS=5080 =3050% 128160J/cm
b KU a σδ==
显微镜下观察，铁素体呈灰色并有明显大小不一的颗粒形状。
图4-2 铁素体晶胞示意图图4-3 奥氏体晶胞示意图
2）奥氏体（A ）
奥氏体是碳溶解在γ-Fe 中形成的间隙固溶体。
它保持γ-Fe 的面心立方晶格结构。
因其晶格间隙较大，所以溶碳能力比铁素体强，在727℃时溶碳量为0.77%，1148℃时溶碳量达到2.11%。
奥氏体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性，是绝大多数钢高温进行压力加工的理想组织。
400MPa;HBS=160200;=4050%b σδ≈
由于γ-Fe 一般存在于727～1394℃之间，所以奥氏体也只出现在高温区域内。
显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。
3）渗碳体（Fe 3C ）
渗碳体是铁与碳形成的具有复杂斜方结构的间隙化合物，含碳量为 6.69%，硬度很高（800HBW ），塑性和韧性几乎为零。
主要作为铁碳合金中的强化相存在。
显微镜下观察，渗碳体呈银白色光泽，并在一定条件下可以分解出石墨。
4）珠光体（P ）
珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体（机械混合物）。
珠光体的平均含碳量为0.77%，在727℃以下温度范围内存在。
力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即综合性能良好。
770MPa HBS=180 =2035%b σδ=
显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽，因此得名。
5）莱氏体（Ld ）
莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。
铁碳合金中含碳量为 4.3%的液体冷却到1148℃时发生共晶转变，生成高温莱氏体（Ld ）。
合金继续冷却到727℃时，其中的奥氏体转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱氏体（L ’d ）。
统称莱氏体。
莱氏体中由于大量渗碳体存在，其性能与渗碳体相似，即硬度高，塑性差。
1.2.4.1 Fe —Fe 3C 相图分析
铁碳合金相图是表示在缓慢冷却的条件下，表明铁碳合金成分、温度、组织变化规律的简明图解，它也是选择材料和制定有关热处理工艺时的重要依据。
由于W C >6.69%的铁碳合金脆性很大，在工业生产中没有使用价值，所以我们只研究W C 小于6.69%的部分。
W C =6.69%对应的正好全部是渗碳体，把它看作一个组元，实际上我们研究的铁碳相图是Fe-Fe 3C 相图。
为了便于研究分析将其简化，便得到了简化的Fe-Fe 3C 相图，如图所示。
图简化的Fe-Fe 3C 相图
简化的Fe-Fe 3C 相图可视为有两个简单的典型二元相图组合而成。
图中的右上半部分为共晶转变类型的相图，左下半部分为共析转变类型的相图。
简化的Fe-Fe 3C 相图纵坐标为温度，横坐标为碳的质量百分数，其中包括共晶和共析二种典型反应。
1． Fe-Fe 3C 相图中典型点的含义见表3-1
表3-1 Fe-Fe 3C 相图中几个特性点
符号温度/℃含碳量（%）
说明 A 1538 0 纯铁的熔点
C 1148 4.3 共晶点，3A+Fe C
L C
D 1227 6.69 渗碳体的熔点
E 1148 2.11 碳在γ-Fe 中的最大溶解度
G 912 0 纯铁的同素异构转变点Fe Fe α
γ--
P 727 0.0218 碳在Fe α-中的最大溶解度 S
727
0.77
共析点，3s
A F Fe C +
2． Fe-Fe 3C 相图中特性线的意义见表3-2
Fe 3C
W C (%)
图3-4 简化Fe-Fe 3C 相图
F
0.0218
K
F 0 2.110.77
4.3
D
表3-2 简化的Fe-Fe 3C 相图中的特性线
特性线含义 ACD 液相线 AECF 固相线
GS A 3线，冷却时不同含量的A 中结晶F 的开始线 ES A cm 线，碳在A 中的固溶线，Fe3C Ⅱ析出线
ECF 共晶线 3A+Fe C
L C
PSK 共析线，A 1线。
3s
A F Fe C
AC 线奥氏体结晶开始线 AE 线奥氏体结晶终了线 GP 线铁素体析出终了线 PQ 线 Fe3C Ⅲ析出线 CD 线
一次渗碳体结晶开始线
3． Fe-Fe 3C 相图相区分析
依据特性点和线的分析，简化Fe-Fe 3C 相图（见图所示）主要：四单相区： L ——液相区； A ——奥氏体区； F ——铁素体区； Fe 3C ——渗碳体区。
五个双相区：
L+A ——液相+奥氏体； A+F ——奥氏体+铁素体； L+ Fe 3C ——液相+渗碳体； A+ Fe 3C ——奥氏体+渗碳体； F+ Fe 3C ——铁素体+渗碳体。
小结：略
作业： 1.14 1.15 1.33 1.34 1.35。
Fe-Fe3C相图
•铁碳合金在不同温度和含碳量下的平衡组织结构；•钢在热处理时，确定加热温度的一个重要依据。
1.组元2.相区3.重要线段4.重要的点5.组织结构转变1.纯铁2.Fe3C（渗碳体）渗碳体1.复杂正交晶格的金属化合物2.硬而脆液相L奥氏体 或AFe 3CA+Fe 3CF +Fe 3CA+LL+ Fe 3C高温铁素体液相L高温铁素体δ液相L奥氏体γ或A高温铁素体δ铁素体α或F液相L奥氏体γ或AFe 3C高温铁素体δ铁素体α或FLAFe 3CA+Fe 3CF +Fe 3CA+LL+ Fe 3Cα+γL+δδ+ γLAFe 3CA+Fe 3CF +Fe 3CA+LL+ Fe 3Ca bo合金状态处于o 点位置时，包含A+L 两相；A 相成分为a 点对应的成分，液相成分对应于b 点对应的成分；A 相所占比例为ob/ab ，液相比例为oa/ab 。
δF液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QKNJHδF液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3C A B C D FEGSP QKNJH HJB,1495 ℃,包晶反应C含量范围:0.09-0.53%δ0.09% + L 0.53% → A 0.17%δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QK NJH ECF,1148 ℃,共晶反应C含量范围:2.11-6.69%L 4.3% → A 2.11% + Fe 3CδF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe3C A B CD FEGSP QKNJH PSK,727 ℃,共析反应C含量范围:0.02-6.69%A 0.77% → F 0.02% + Fe 3C (A 1线)δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QKNJH 液相线ABCDδα液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEG SP QKNJH 固相线 AHJECFδα液相L 奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3C A B CD FEG SP QKNJH ES线,奥氏体的溶解度曲线E点2.11%C (A cm )δα液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3C α+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3C A B C D FEG SP QKNJH PQ线,铁素体的溶解度曲线P点0.02%CQ点0.01%Cδα液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEG SP QKNJH GS线,奥氏体析出铁素体线A 3线δα液相LAFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEG SP QKNJH A 1A 3A cmδF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QKNJHδF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3C γ+LL+ Fe 3CA B DFEGQKNJH E 点:2.11%C,碳钢和铸铁的分界点δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B DFGPQKNJH P点:0.02%C,碳钢和工业纯铁的分界点δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFGQK NJH C点:4.3%C,共晶点δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B DFGSQKNJH S点:0.77%C,共析点δα液相L奥氏体γ或A Fe 3Cγ+Fe 3C α+Fe 3Cγ+L L+ Fe 3C A BC DF EGSP QKNJ H工业纯铁:C<0.02%）亚共析钢:0.02%<C<0.77% 共析钢:C=0.77% 过共析钢:0.77%<C<2.11%亚共晶白口生铁:2.11%<C<4.3% 共晶白口生铁:C=4.3% 过共晶白口生铁:C>4.3%。
Fe-Fe3C相图分析
上一级
（1）固溶度线 ） ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线 ： PQ：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线 ： （2）同素异构转变线 NH 和 NJ，GS 和 GP ，
3、相图中的相区 、
单相区： 、 单相区： L、α、γ、δ、 Fe3 C 两相区：L + δ, L + Fe3C，L + γ , δ + γ , γ + α 两相区： ， γ + Fe3C ,α + Fe3 C 注意：根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个 注意：根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个 两相区，两相区的两个相就由这两个单相区的相组 两相区，两相区的两个相就由这两个单相区的相组 成。
二、恒温转变产物
共晶转变产物： 与 的机械混合物（ 共晶转变产物 ： γ与 Fe3C的机械混合物 （ γ+Fe3C） 称为 的机械混合物 ） 莱氏体（ ） 莱氏体（Ld） 共析转变产物：铁素体(F)与渗碳体 与渗碳体(Fe 的机械混合物 共析转变产物：铁素体 与渗碳体 3C)的机械混合物 称为珠光体（ ） 称为珠光体（P） 包晶转变产物：单相奥氏体（ 包晶转变产物：单相奥氏体（ γJ ）
上一级
上一级
（2）同素异构转变 ） δ −Fe (b.c.c)→ γ−Fe (f.c.c) → γ −Fe(f.c.c) → α−Fe (b.c.c) ( （3）析出转变：从一个固相中析出另一个固相的转变 ）析出转变： γ ⇒Fe3CII ； α⇒ Fe3CIII （3）恒温转变 ） a）共晶转变（ECF线）：由一定成分的液相在恒温下 由一定成分的液相 ）共晶转变（ 线 由一定成分的液相在恒温下 同时转变成两个一定成分的固相的转变。 同时转变成两个一定成分的固相的转变。 两个一定成分 的转变 Lc ⇒ γ Ε＋ Fe3C b）共析转变（PSK线）：在恒温下由一个固定成分的 ）共析转变（ 线）：在恒温下由一个固定成分的 在恒温下由 固相同时生成两个固定成分的新固相的转变 同时生成两个固定成分的新固相的转变。 固相同时生成两个固定成分的新固相的转变。 γs ⇒ αP ＋Fe3C
铁碳合金相图
Foundation of mechanical manufacturing
铁碳合金相图
铁碳合金基本相
3
Fe-Fe3C相图
Fe-Fe3C相图是表示在缓慢冷却（加热）条件下（即平衡状态）不同成分的钢和铸铁在不 同温度下所具有的组织或状态的一种图形。
铁碳合金基本相
4
图2.20 Fe-Fe3C相图
E
碳在γ-Fe中的最大溶解度。温度为1148℃，Wc为2.11%。
F
Fe3C的成分。温度为1148℃，Wc为6.69%。
G
α—Feγ—Fe同素异晶转变点。温度为912℃，Wc为0。
铁碳合金基本相
9
1、Fe-Fe3C相图分析
①铁碳合金状态图中的各特性点的意义
K
Fe3C的成分。温度为727℃，Wc为6.69%。
铁碳合金基本相
5
01
Fe-Fe3C相图的分析
02
Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类
03
典型合金的结晶过程
04
铁碳合金的成分、组织与性能的关系
05
Fe-Fe3C相图的应用
铁碳合金基本同时结晶出两种成分一定的固 相的转变。
共析 转变
一定成分的液相在一定的温度下同时析出出两种成分一定的固 相的转变。
铁碳合金基本相
11
1、Fe-Fe3C相图分析
②铁碳合金状态图中各特性线的意义
PSK 线
ES线
共析线，常称A1线，奥氏体在此线上发生共析转变 碳在奥氏体中的溶解度曲线，常称Acm
GS线
奥氏体转变为铁素体的开始线，常称A3
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P
碳在α—Fe中的最大溶解度。温度为727℃，Wc为0.0218%。
铁碳合金的结构及其相图.pptx
2 F 3K
4 Fe3C
第36页/共44页
➢2点以下, Fe3CⅠ成分重量不再发生变化, Le变化同
共晶合金,其室温组织为Fe3CⅠ+Le’。
第37页/共44页
渗碳体分类： Fe3CⅠ（块状） Fe3C共晶（鱼骨状） Fe3CⅡ（网状） Fe3C共析（层状） Fe3CⅢ（短杆状或粒状）
第38页/共44页
温度下降, Fe3CⅡ量增加。
到4点， 成分
沿ES线变化到
S点，余下的
转变为P。
在共析温度下Fe3CⅡ的相对量？
第25页/共44页
过共析钢的结晶过程
第26页/共44页
➢过共析钢室温组织为P+ Fe3C Ⅱ。
➢Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含碳量为2.11%时,
Fe3CⅡ量最大：
QFe C 3 II
Fe3C
第29页/共44页
➢共 晶 转 变 结 束 时 ， 两 相 的 相 对 重 量 百 分 比 为 :
Q
6.69 4.3 6.69 2.11
100%
52.2%，QFe3C
47.8%
C点以下, 成分沿ES线变化，共晶 将析出Fe3CⅡ。 Fe3CⅡ与共晶Fe3C 结合，不易 分辨。
第30页/共44页
度升高，塑性、韧性下降。
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续 网状，强度下降, 但硬度仍上 升。
＞2.11%C，组织中有以Fe3C 为基的Le’,合金太脆。
第42页/共44页
⒊ 含碳量对工艺性能的影响
• ① 机加工性能: 中碳钢好
车
铣 钻
S点以下，共析 中析出Fe3CⅢ， 与共析Fe3C结合不易分辨。室 温组织为P。
FeFe3C相图课件
iron-carbon diagram
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1
主要的内容
1.铁碳合金状态图 2.铁碳合金的结晶过程和组织变化 3.铁碳合金的成分、组织与性能间的关系
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2
Fe—C合金概述
• 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是现代机械制造工业中
应用最广的金属材料，虽然种类很多，成分不一，其基本 组 成 都 是 铁 ( Fe) 和 碳 ( C) 两 种 元 素 ， 故 统 称 为 铁 碳 合 金 （alloys of the iron－carbon system）。
Fe与C在高温下形成的液体溶液。(ABCD线 以上) （2）δ相[高温铁素体（high temperature ferrite）]
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13
Fe—C合金中的基本相
（3） 奥氏体（austenite）
奥氏体(γ或A)是C溶解于γ—Fe形成的间隙固
溶体称为奥氏体（austenite）。
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• Fe3C在230℃以下具有铁磁性，常用A0表示这 个临界点。
• Fe3C在钢和铸铁中呈现片状，粒状，网状和板 条状。
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12
2. Fe—C合金中的基本相
在Fe—Fe3C相图中，Fe—C合金在不同条件 (成分，温度)下，可有五（六）个基本相： L相、 δ相、γ相、α相、Fe3C相、（石墨G）。 （1）液相(L)
• 铁碳相图(iron-carbon diagram)描述了钢铁材料的成 分、温度与组织（相）之间的关系，是了解钢铁材料的基 础。
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3
Fe—C合金概述
• 在铁碳合金中，Fe与C可以形成一系列化合物：Fe3C、 FFee23CC、-FeFe2CC,。F所e2C以-F，eCF和e-FCe相C-图C四可个以部划分分。成由F于e化-F合e3物C, 是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业 上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所 说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。
Fe-Fe3C相图分析
Fe-Fe3C相图分析单相区——5个相图中有5个基本的相，相应的有5个相区：液相区(L)——ABCD以上区域δ固溶体区——AHNA奥氏体区(γ)——NJESGN铁素体区(α)——GPQ以左渗碳体区(Fe3C)——DFK直线图5.6-6 Fe-Fe3C相图两相区——7个7个两相区分别存在于两个相应的单相区之间：L+δ——AHJBAL+γ——BJECBL+ Fe3C——DCFDδ+γ——HNJHγ+α——GPSGγ+Fe3C——ESKFCEα+ Fe3C——PQLKSP三相区——3个包晶线——水平线HJB(L+δ+γ)共晶线——水平线ECF(L+γ+Fe3C)共析线——水平线PSK(γ+α+Fe3C)相图中一些主要特性点的温度、成分及其意义列于表5.6-1。
表5.6-1 Fe-Fe3C相图中的特性点符号T /℃ C %说明A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液相成分C1148 4.30共晶点D1227 6.67渗碳体的熔点E1148 2.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F1148 6.67渗碳体的成分G9120纯铁α↔γ转变温度H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶点K727 6.67渗碳体的成分N13940纯铁γ↔δ转变温度P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点Q6000.0057600˚C碳在α-F e中的溶解度2007×10-7200˚C碳在α-F e中的溶解度Fe-Fe3C相图包含三个恒温转变：包晶、共晶、共析。
1包晶转变发生在1495℃（水平线HJB），反应式为：式中L0.53——含碳量为0.53%的液相；δ0.09——含碳量为0.09%的δ固溶体；γ0.17——含碳量为0.17%的γ固溶体，即奥氏体，是包晶转变的产物。
含碳量在0.09%~0.53%之间的合金冷却到1495℃时，均要发生包晶反应，形成奥氏体。
共晶转变发生在1148℃（水平线ECF），反应式为：共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用符号L d表示。
第五章铁碳相图
种溶质元素构成的固溶体。都是体心
立方间隙固溶体。用F或α表示。 （2）晶体结构：体心立方。最大溶 碳量为0.0218%，（室温 0.008%C，
727℃ 0.0218%C）。
（3）组织为多边形晶粒，性能与 纯铁相近
2、奥氏体（ A )
（1）奥氏体：γ铁中溶入碳或其它元素形成的固溶体，用A 或 γ相表示。 γ-Fe（C）固溶体 （2）晶体结构：面心立方。组织为 不规则多面体晶粒，晶界较直。最 大溶碳量 2.11% 。（溶解度： 727℃ 0.77%C，1148℃ 2.11%C）
⒉ 含碳量对力学性能的影响 <0.77%C时,随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬 度升高，塑性、韧性下降。 这是由于随着含碳量的 增加，钢中渗碳体量增多， 铁素体量减小所造成
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，随着含碳量的增加，钢的强度开始明显 下降，但硬度仍在增高，塑性和韧性继续下降。 因为二次渗碳体沿晶界已 形成较完整的网，因此钢 的强度开始明显下降，但 硬度仍在增高，塑性和韧 性继续下降。 为了保证工业用钢的强度和 塑性，钢的含碳量一般不超 过1.3%。 ＞2.11%C，组织中有以 Fe3C为基的Le’,合金太脆.
奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。 高温莱氏体为Ld ，由 (A2.11+Fe3C) 组成 室温平衡组织为Ld′，
由黑色条状或粒状P和
白色Fe3C基体组成， 而组成相还是F和Fe3C。
二、铁碳合金相图的分析
二、铁碳合金相图的分析
1. Fe-Fe3 C相图的组元
● Fe —— α –Fe、δ -Fe (bcc) 和γ -Fe (fcc) 强度、硬度低，韧性、塑性好。 ● Fe3 C —— 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 分Fe3 CⅠ 、 Fe3 CⅡ 、 Fe3 CⅢ 。
铁碳合金相图
碳钢，自液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织。
第四节 铁碳合金的成分、组织、性能间的关系
一、含碳量与平衡组织间的关系
运用杠杆定律求得含碳量与铁碳合金缓冷后的组织组分及相组分间 的定量关系（如图4-16所示）
图4-16 铁碳合金中含碳量与组织组分及相组分间的关系
二、含碳量与力学性能间的关系
由图4-17可知，当钢中 ω C<0.9%时，随着钢中含碳量的增 加，钢的强度、硬度呈直线上升， 而塑性、韧性不断降低； 当钢中ω C>0.9%时，因渗碳体 网的存在，不仅使钢的塑性、韧 性进一步降低，而且强度也明显 下降。
Fe3C的结构 渗碳体硬度很高，脆性很大，塑性极差。
8
渗碳体的分子式为 Fe3C ，它是一种具有复杂晶格结
构的间隙化合物。它的含碳量为6.69%;熔点为1227℃ 左右;不发生同素异晶转变;但有磁性转变，它在230℃ 以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去铁磁性;其 硬度很高(相当于HB800)，而塑性和冲击韧性几乎等于 零，脆性极大。
f.在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000~1250℃。
g.钢铆钉一般用低碳钢制作。 h.钳工锯削70钢、T10钢、T12钢比锯20钢、30钢费力，锯条易磨钝。
简化后的Fe-Fe3C相图
三、铁-渗碳体相图中铁碳合金的分类
Fe-Fe3C相图中不同成分的铁碳合金，具有不同的显微组织和性能， 通常根据相图中P点和E点，可将铁碳合金分为工业纯铁，钢和白口铸 铁三大类。 工业纯铁（P点左面）
它的力学性能介于铁素
体和渗碳体之间，即其 强度、硬度比铁素体显 著增高，塑性、韧性比 铁素体要差，但比渗碳
体要好得多。
珠光体组织呈指纹状，其中白色的基底为铁素体
第五章：铁碳合金相图PPT课件
0.77-0.02
0.45-0.02
0.02
0.77
0.45
6.69
P=
100% = 57% P = 1 – WF = 57%
0.77-0.02
相组成物: F ; Fe3C
6.69-0.45
F=
100% = 94% Fe3C = 1 - WF = 6%
6.69-0.02
第四节 碳的质量分数对铁碳 合金组织、性能的影响
-
1
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。
-
2
Fe – C 二元相图
温 度
Fe Fe3C Fe2C FeC (6.69%C)
-
C
3
Mg – Si 合金相图
第二节 形成Fe - Fe3C 相图组元 和基本组织的结构与性能
一.组元 * 铁 ( ferrite ) * 渗碳体 ( Cementite )
-
5
二.基本组织
1.铁素体 ( F )
( Ferrite ) 碳溶于
α–Fe中形成 的间隙固溶 体。
-
6
铁素体组织金相图
-
7
2.奥氏体 ( A ) --- Austenite
碳溶于 γ-Fe中形成 的间隙固溶 体。
-
64
3.碳素工具钢
T 12 A
高级优质
Wc = 12%0
碳素工具钢
-
65
4.铸造碳钢
ZG 200 - 400 σb ≥ 400MPa σs≥ 200MPa
材料科学基础I 5-7 Fe-Fe3C相图
碳溶解于γ-Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用A表 中形成的固溶体称为奥氏体 碳溶解于 中形成的固溶体称为奥氏体 ， 表 具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳： 示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳： 1148°C时最多可以溶解 时最多可以溶解2.11%的碳，到727°C时含碳量降到 的碳， ° 时最多可以溶解 的碳 ° 时含碳量降到 0.77%。碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心（见左 。碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心（ ）。奥氏体的硬度 奥氏体的硬度(HB170~220)较低，塑性 延伸率 为40% ~ 较低， 延伸率δ为 图）。奥氏体的硬度 较低 塑性(延伸率 50%) 高。奥氏体的显微组织见右图。 奥氏体的显微组织见右图
三相区——3个: 个 三相区 包晶线(L+δ+γ) ——水平线 水平线HJB 包晶线 水平线 共晶线( 水平线ECF 共晶线 L+γ+Fe3C) ——水平线 水平线 共析线(γ+ + 水平线PSK 共析线 +α+ Fe3C) ——水平线 水平线
2、Fe-Fe3C相图中各点的特性 、 相图中各点的特性
共析转变发生 ℃（水平线PSK），反应式为： 共析转变发生727℃ ），反应式为： 发生 反应式为
727° C γ 0.77 ←→ α 0.0218 + Fe 3C
共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体， 共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体， 珠光体 表示。含碳量大于0.0218%的铁碳合金，冷却至 的铁碳合金， 用字母P表示。含碳量大于 的铁碳合金 冷却至727℃ ℃ 其中的奥氏体必将发生共析转变。 时，其中的奥氏体必将发生共析转变。