铁碳相图和铁碳合金
8 铁碳合金与铁碳合金相图
ES —A1 温度
JE—ES之 间温度
A1温度 以下
A1 ( Fe) （ Fe） Fe3C
过共析钢的室温组织
过共析钢的室温组织
碳钢结晶特点
高温下都可以进入奥氏体单相区 室温组织中含有珠光体
（3）铸铁
1）共晶白口铁
共晶白口铁室温平衡组织 Ld'：P+Fe3C 共晶+Fe3CII
2、Fe-Fe3C相图中的特性线
液相线ABCD 固相线AHJECF 包晶反应线HJB 共晶反应线ECF 共析反应线PSK 析出线 ：自单相中析出第二相 CD线： L Fe3CI ES线： Fe3CII PQ线： Fe3CIII 其他相界线 如HN，GP ，MO等
A4
ωC/ %
0 0.53 4.3 6.69 2.11 6.69 0 0.09
说 明 纯铁的熔点 包晶转变时液相成分 共晶点 Fe3C的熔点 碳在γ-Fe中的最大溶解度 Fe3C的成分 A3：α与γ转变点 碳在δ-Fe中的最大溶解度
铁碳相图中各点的温度、碳含量及含义2
符 号 温度 /℃ ωC/ % 说 明
铸 铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
共晶白口铁 工业纯铁 过共晶白口铁 亚共晶白口铁 铸 铁
碳 钢
2、铁碳合金的平衡结晶
（1）工业纯铁（ωC≤0.0218% ）
AB线以 上温度 AB—AH 之间温度 AH—HN 之间温度 JN—GS 之间温度 HN—JN 之间温度 Q点温 度以下
GS—GP 之间温度
GP—PQ 之间温度
P＝M＋N－Q
3、共轭位置
某一顶角的外侧，且在形成此 顶角的两条边的延长线范围内 P ＋Q ＋N ＝ M
铁碳合金与铁碳合金相图
铁碳合金与铁碳合金相图1 铁碳合金的基本组织1.1. 铁素体碳与α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F表示。
强度和硬度低，塑性和韧性好。
1.2. 奥氏体碳与γ-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用A表示。
高温组织，在大于727℃时存在。
塑性好，强度和硬度高于F，在锻造、轧制时常要加热到A，提高塑性，易于加工。
1.3. 渗碳体铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。
用Fe3C1.4. 珠光体F与Fe3C混合物。
强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。
1.5. 莱氏体A与Fe3C混合物硬度高，塑性差。
2 铁碳合金状态图2.1 状态图主要点线主要点主要线：ABCD线液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。
AHJECF线固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化GS线A3线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入AES线Acm线，C在A中溶解度曲线ECF线共晶线，含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物，莱氏体。
PSK线共析线，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体2.2 铁碳合金分类2.2.1 钢含C量0.0218～2.11%共析钢含C量0.77%亚共析钢0.0218-0.77%过共析钢0.77-2.11%2.2.2 白口铸铁 2.11-6.69%共晶白口铸铁 4.3%亚共晶白口铸铁 2.11-4.3%过共晶白口铸铁 4.3-6.69%2.3 铁碳合金相图的作用在铸造方面选择合适的浇铸温度，流动性好在煅造方面选择合适的温度区，奥氏体区在热处理方面退火，正火，淬火等2.4 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响一、含碳量对平衡组织的影响室温下，铁碳合金均由α+ Fe3C两相组成随含碳量不同，可分为七个典型组织区二、含碳量对机械性能的影响•珠光体P：为F + Fe3C的混合物，呈层片状，由于Fe3C的强化作用，珠光体性能较好；•亚共析钢：由F + P组成，随碳量增加，珠光体量增加，强度性能提高；•过共析钢：P+ Fe3C(II)组成，当含碳量<1%，Fe3C(II)断续分布在晶界处，强度提高；当含碳量>1%，Fe3C(II)呈网状分布在晶界处，强度性能下降。
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。
铁碳相图和铁碳合金(白底+简化)
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铁素体的显微组织
铁素体的显微组织与纯铁相同，用4%硝 酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明 亮的多边形等轴晶粒。
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奥氏体的组织
奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为 平直，且常有孪晶存在。
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（3）Fe3C(渗碳体） cementite
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（1）纯铁pure iron（多型性）
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➢ 纯铁熔点1538℃，温度变化 时会发生同素异构转变。
➢ 在912℃以下为体心立方 ， 称α铁(α-Fe)；
➢ 低温的铁具有铁磁性，在 770℃ 以 上 铁 磁 性 趋 于 消 失 。
➢ 912℃—1394℃ 之 间 为 面 心 立方，称为γ铁(γ-Fe)；
称为铸铁 ➢含碳量小于0.0218％的铁碳合金则称为工
业纯铁
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根据组织特征可将铁碳合金分为以下七种
①工业纯铁(<0.0218％C)； ②共析钢，0.77％C； ③亚共析钢(0.0218％—0.77％C)； ④过共析钢(0.77％-2.11％C)； ⑤共晶铸铁(4.30%C)； ⑥亚共晶铸铁(2.11%-4.30％C)； ⑦过共晶铸铁(4.30％—6.69％C)。
G 912
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0
α与γ同素异构转变点(A3)
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2、 Fe-Fe3C相图分析
特征点
符号 H J K N P S Q
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温度/℃ 1495 1495 727 1394 727 727 室温
含碳量/% 含义
0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度
第三节 铁碳合金及相图
3） Fe-Fe3C相图相区分析：
包括： （1）液相区： （2）液、固两相区： （3）固相区： 也包括： （1） 单相区：L、F、A、Fe3C （2） 两相区：L+A、L+ Fe3C、A+F、F+ Fe3C （3） 三相区：Le+A+ Fe3C、P+Le’+ Fe3C
简化后的Fe-Fe3C状态图
G Q
S
FP
Fe3 C K
4.3 6.69
P
0.0218 0.77 2.11
C%
C—共晶点，1148℃ 4.3%C 共晶点—发生共晶反应的点。 共晶反应 — 在一定的温度下，由一定成分的液体同时结 晶出一定成分的两个固相的反应。
共晶反应的产物——共晶体——机械混合物
L（4.3%C）
1148℃
A（2.11%C ）+ Fe3C （6.69%C ）
纯铁
0.01%C铁素体500×
2）奥氏体（A）：碳溶解在γ -Fe中形成的间隙固溶体。 γ -Fe的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148℃）。 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。 其 δ =40～50%，具有良好的塑性和低的变形抗力。是 绝大多数钢种在高温进行压力加工所需的组织。 3）渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的稳定化合物。含碳 量为6.69%。 HB=800，硬度很高，脆性极大，是钢中的强化相。 显微镜下观察，渗碳体呈银白色光泽。
Fe-Fe3C相图中主要特性点含义见表：
2）Fe-Fe3C相图中特性线：
ACD线—液相线 AC—析出A CD—析出 Fe3C AECF线—固相线 AE—A析出终了线
铁碳合金及相图
• 1.定义 •
匀晶相图
二组元在液态和固态下均无 限溶解的二元相图叫做匀晶相 图。形成此类相图的合金系有 Cu-Ni、Bi-Sb,W-Mo,Ti-Zr,TiHf等。
• 2. 相率 在单相区f=C-P+1=2
在两相区f=C-P+1=1，即只有1 个独立变量。假定T为独立变量， 则相的成分就是温度的函数。 给定温度就可以确定相的成分。
化来建立相图的。后两种方法适用于测定材料在固态
下发生的转变。
合金成分的表示方法有两种：质量分数和摩尔分数。 如A组元的质量分数为wA、摩尔分数为xA，其 相对原子量为MA；B组元的质量分数为wB、摩尔 分数为xB，其相对原子量为MB，则：
xA=(wA/MA)/(wA/MA + wB/MB)
xB=(wB/MB)/(wA/MA + wB/MB)
其它相图。
• 2. 相图的组成元素
组元 • 组成相图的独立组成物。组元可 以是纯的元素，如金属材料的纯金 属，也可以是稳定的化合物，如陶 瓷材料的Al2O3，SiO2等。
相区 相图中代表不同相的状态的区域叫相区，相区可分为单相 区、双相区和三相区。单相区中液相一般以L表示，当有几个 固态单相区时，则由左向右依次以、、等符号表示。在两 个单相区之间有对应的两相区存在。
与一个固相在恒定温
度下转变成另外一个
成分不同的固相的过 程。
L + 。
包晶反应机理
由于相是在包围初生相，并使之与液相格开的形 式下生长的，故称之为包晶反应。
§2 铁碳合金中的组元和基本相
组 元： 纯铁、渗碳体 基 本 相： 高温铁素体（δ）、 铁素体（α）、 奥氏体（γ） 基本组织： 珠光体（P）、 莱氏体（Le/Le’）
铁碳相图和铁炭合金
铁碳相图和铁炭合金钢与铸铁是现代工业中应用最广泛的合金，其基本组成主要是铁和碳两大元素，若了解钢和铁时，首先必须知道简单的铁碳二元合金的组织与性能。
铁与碳可以形成Fe3C，Fe2C，FeC等多种稳定化合物，但含碳量大于5％的铁碳合金在工业上没有应用价值，所以在研究铁碳合金时，仅讨论Fe-Fe3C部分。
下面我们要讲的铁碳相图，实际上也就是Fe-Fe3C状态图。
碳在铁碳合金中以两种方式存在，即渗碳体(Fe3C)或石墨。
本章仅分析Fe-Fe3C相图。
1. 铁碳相图和铁碳合金a.纯铁：纯铁溶点为1538 ℃，温度变化时会发生同素异构变化。
在912℃以下为体心立方，称α铁(α-Fe)；912 ℃--1394℃之间为面心立方体，称为γ铁(γ-Fe)；在1394 ℃--1538 ℃(熔点)之间为体心立方被称为δ铁(δ -Fe)。
b.铁的固溶体：碳溶解于α铁或δ铁中形成的固溶体称为铁素体，用α或δ表示。
碳在铁素体中最大溶解度为0.0218％。
碳溶解于γ铁中形成的固溶体称为奥氏体，用γ表示。
碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11％。
c.渗碳体(Fe3C) ：渗碳体具有复杂的斜方结构，它的硬度很高，塑性几乎为零，属脆硬相。
渗碳体在钢和铸铁中可呈片状、球状、网状、板状。
它是钢中主要的强化相。
它的量、形态、分布都对钢的性能影晌很大，这一点非常重要，请大家务必注意！2 2.铁碳合金的平衡凝固：通常以含碳量的多少来区分钢和铸铁。
含碳量在0.0218-2.11％的铁碳合金称为钢，含碳量大于2.11％的铁碳合金称为铸铁。
含碳量小于0.0218％的铁碳合金则为工业纯铁。
下面让我们对照着铁碳相图，分析与我们有关的几条线，a.共析钢(0.77％C，线3) 合金在1-2点温度发生晶体转变L-γ，结晶出奥氏体。
到2点温度结晶完成。
2-3点为单相奥聂氏体。
在3点温度(727 ℃)发生共析转变，由γ奥氏体转变成为珠光体αp+Fe3C，一般用P表示。
铁碳相图和铁碳合金
钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。
因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。
Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。
所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。
由于化合物是硬脆相，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。
化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图5.6-1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。
【说明】图5.6-1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图5.6-2。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
铁碳相图及其合金组织转变
Fe-C系中的组元和合金相一、Fe、C组元1. 纯铁纯铁是过渡组族元素，熔点为1538℃。
工业纯铁的纯度一般为99.8－99.9wt％, 其余为杂质，主要是碳。
纯铁的强度、硬度低，塑性非常好。
固态铁随温度变化会发生同素异晶转变：912℃以下为体心立方结构，称为α- Fe；α- Fe在912℃转变为面心立方结构的γ- Fe，这一转变称为A3转变，相应的转变温度称为A3点；加热到1394℃，γ- Fe转变为体心立方的δ- Fe ，称为A4转变，δ- Fe存在的温度范围为1394－1538℃。
α- Fe加热时在770℃发生磁性转变，由铁磁性变为顺磁性，这种磁性转变称为A2转变。
磁性转变对α- Fe的晶体结构不产生影响。
2. C铁碳合金中的碳为原子态时，可与铁形成固溶体，或与铁结合形成化合物，也可分布于晶体缺陷处。
当碳以单质状态存在时即是石墨，它具有简单六方结构，由于轴比c/a较大，原子排列看似层状，同一层中的原子间结合较强，层与层之间结合很弱。
石墨的强度和硬度都很低，塑性几乎为零。
石墨是铸铁中的一个相，对铸铁的性能有很大影响。
二、铁的固溶体α相或铁素体相：是碳溶于α- Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方结构，用符号α或F表示。
铁素体的最大溶碳量为0.0218wt％（727℃），室温时小于0.008％。
在铁素体中碳原子一般存在于八面体间隙位置，这是因为尽管α- Fe的四面体间隙尺寸比较大，但间隙中心相对于围成间隙的原子是对称的；而八面体间隙是不对称的，<110>方向的原子间距比<100>方向的原子间距大得多，碳原子填入八面体间隙时受到<100>方向的两个原子的压力较大，而受到<110>方向的四个原子的压力较小，因此进入八面体间隙比进入四面体间隙的阻力小。
γ相或奥氏体相：碳溶于γ铁形成的具有面心立方结构的间隙固溶体，用γ或A表示。
碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11%（1148℃）。
5铁碳合金和铁碳相图
变态莱 氏体
● S点：共析点，金金在平衡结晶 的过程中冷却到727℃时，S点成 分的γ发生共晶反应，生成P点 成分的α和Fe3C：
按有无共晶转变来区分碳钢和铸铁。
按Fe-Fe3C系结晶的铸铁，断口为银白色， 称为白口铸铁，即全部碳以Fe3C形成存在，部 分或全部碳以石墨形式存在时称为灰口铸铁。
(1)工业纯铁(C≤0．0218％)
以碳含量为0.1%的铁碳合金为例，对其冷却曲线和平衡结晶过程解释如下: 合金的冷却曲线及平衡结晶过程
2点以下, Fe3CⅠ成分 重量不再发 生变化, Ld变 化同共晶合 金。
过共晶白口铁的结晶过程
过共晶白口铸铁室温平衡状态显微组织
过共晶白口铸铁的室温组织组成物为 Fe3CⅠ + Ld’ 。 含4.3%C过共晶白口铸铁钢中组织组成物的相对重量为：
Fe3CⅠ =100%*(5-4.3)/(6.69-4.3)=29％; Ld=1-29% =71％ 组成相为α、 Fe3C。
合金在1~2点转变为 , 到3点, 开始析出Fe3CⅡ, 其沿晶界呈网状分布 。 到4点， 成分沿ES线变 化到S点，余下的 转变 为P。
过共析钢的结晶过程
过共析钢室温平衡状态显微组织
过共析钢的室温组织组成物为 p+ Fe3CⅡ 。 含1.2％C钢中组织组成物的相对重量为：
Fe3CⅡ=100%*(1.2-0.77)/(6.69-0.77)=7％; p= 1-7％=93％ 组成相为α、 Fe3C。
合 金 液 体 在 1-2 点 间
转 变 为 ， 3-4 点 间 → ， 5-6 点 间 → 。 到7点，从中析出
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铁碳相图和铁碳合金铁碳相图和铁碳合金(一)钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。
因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。
Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。
所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。
由于化合物是硬脆相，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。
化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。
图1 铁碳双重相图【说明】图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。
铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2）碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。
具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。
奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。
奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
图4 碳在γ－Fe晶格中的位置图5 渗碳体的晶格渗碳体(Fe3C)渗碳体是铁和碳形成的化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的晶体结构（图5），熔点为1227℃。
渗碳体硬度极高（HB800），塑性几乎等于0，是硬脆相。
在一定条件下，渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。
这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。
从某种意义上讲，铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。
一、铁碳合金中的基本相铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。
铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。
不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。
由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。
1,铁素体(ferrite)铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体,用符号"F"(或α)表示,体心立方晶格;虽然BCC的间隙总体积较大,但单个间隙体积较小,所以它的溶碳量很小,最多只有0.02 18%(727℃时),室温时几乎为0,因此铁素体的性能与纯铁相似,硬度低而塑性高,并有铁磁性.铁碳合金中的基本相铁素体的力学性能特点是塑性,韧性好,而强度,硬度低.δ=30%~50%,AKU=128~160J σb=180~ 280MPa,50~80HBS.铁碳合金中的基本相铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围.铁碳合金中的基本相2,奥氏体(Austenite )奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,用符号"A"(或γ)表示,面心立方晶格;虽然FCC的间隙总体积较小,但单个间隙体积较大,所以它的溶碳量较大,最多有2.11% (1148℃时),727℃时为0.77%.铁碳合金中的基本相在一般情况下, 奥氏体是一种高温组织,稳定存在的温度范围为727~1394℃,故奥氏体的硬度低,塑性较高,通常在对钢铁材料进行热变形加工,如锻造,热轧等时,都应将其加热成奥氏体状态,所谓"趁热打铁"正是这个意思.σb= 400MPa,170~220HBS,δ=40%~50%.另外奥氏体还有一个重要的性能,就是它具有顺磁性,可用于要求不受磁场的零件或部件.铁碳合金中的基本相奥氏体的组织与铁素体相似,但晶界较为平直,且常有孪晶存在.铁碳合金中的基本相3,渗碳体(Cementite)渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物,用化学分子式"Fe3C"表示.它的碳质量分数Wc=6.69%,熔点为1227℃, 质硬而脆,耐腐蚀.用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈白色,如果用4%苦味酸溶液浸蚀,渗碳体呈暗黑色.铁碳合金中的基本相渗碳体是钢中的强化相,根据生成条件不同渗碳体有条状,网状,片状,粒状等形态,它们的大小,数量,分布对铁碳合金性能有很大影响.铁碳合金中的基本相总结:在铁碳合金中一共有三个相,即铁素体,奥氏体和渗碳体.但奥氏体一般仅存在于高温下,所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相,就是铁素体和渗碳体.由于铁素体中的含碳量非常少,所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中.这一点是十分重要的.铁和碳可以形成一系列化合物,如Fe3C,F e2C,FeC等,有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分,通常称其为Fe-Fe3C相图, 此时相图的组元为Fe和Fe3C._由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下,因此成分轴从0~6.69%.所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图.铁碳相图和铁碳合金(二)图6 Fe-Fe3C相图单相区——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1。
表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6000.0057600˚C碳在α-Fe中的溶解度Q2007×10-7200˚C碳在α-Fe中的溶解度Fe-Fe3C相图包含三个恒温转变：包晶、共晶、共析。
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。
凡是含碳量大于2.11%的铁碳合金冷却到1148℃时，都会发生共晶反应，形成莱氏体。
共析转变发生727℃（水平线PSK），反应式为：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，用字母P表示。
含碳量大于0.0218%的铁碳合金，冷却至727℃时，其中的奥氏体必将发生共析转变，形成珠光体。
Fe-Fe3C相图中的ES、PQ、GS三条特性线也是非常重要的，它们的含义简述如下：ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线。
奥氏体的最大溶碳量是在1148℃时，可以溶解2.11%的碳。
而在727℃时，溶碳量仅为0.77%，因此含碳量大于0.77%的合金，从1148℃冷到727℃的过程中，将自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳体称为二次渗碳体(Fe3C II)。
PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。
727℃时铁素体中溶解的碳最多(0.0218%)，而在200℃仅可以溶解7×10-7%C。
所以铁碳合金由727℃冷却到室温的过程中，铁素体中会有渗碳体析出，这种渗碳体称为三次渗碳体(Fe3C III)。
由于三次渗碳体沿铁素体晶界析出，因此对于工业纯铁和低碳钢影响较大；但是对于含碳量较高的铁碳合金，三次渗碳体（含量太少）可以忽略不计。
GS线是冷却过程中，奥氏体向铁素体转变的开始线；或者说是加热过程中，铁素体向奥氏体转变的终了线（具有同素异晶转变的纯金属，其固溶体也具有同素异晶转变，但其转变温度有变化）。
铁碳相图和铁碳合金(三)根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可以分为纯铁、钢和白口铁三类。
图7 Fe-Fe3C合金分类1.纯铁——含碳量<0.0218%，显微组织为铁素体。
2.钢——含碳量0.0218%～2.11%，特点是高温组织为单相奥氏体，具有良好的塑性，因而适于锻造。
根据室温组织的不同，钢又可以分为：亚共析钢(Hypo-eutectoidsteel)：含碳量0.0218%~0.77%，具有铁素体α+珠光体P的组织，且含碳量越高（接近0.77%）,珠光体的相对量越多，铁素体量越少。