第五章 铁碳合金相图及碳素钢

（二）相图中的主要相变线（P59）
主要线 ABCD AHJECF HJB ECF PSK ES PQ GS GP 温 度（℃） 1538~1227 1538~1148 1495 1148 727 1148~727 727~600 912~727 912~727 含 义 液相线 固相线 包晶转 C在α-Fe中的溶解度线 A向F转变的开始线 A3 A向F转变的终了线
P的金相显微镜组织
三、铁碳合金中的基本组织 （组织组成物）（P58）
2、高温莱氏体（Ld）
(A+Fe3C) ≡ Ld 共晶转变 高温莱氏体是存在于727℃以上的一种基 本组织，硬度很高，塑性很差。 L4.3
1148℃
三、铁碳合金中的基本组织 （组织组成物）（P58）
3、低温莱氏体（Ld’） 在727℃以下高温莱氏体中的奥氏体又发 生共析转变成珠光体，这时的莱氏体就变成 由P和Fe3C组成，成为低温莱氏体。 低温莱氏体是室温下的一个基本组织
二、铁碳合金中的相（相组成物） 4、石墨（P58）
石墨（G） Fe-C合金中游离存在的碳 石墨的强度、塑性、硬度都很低
二、铁碳合金中的相（相组成物） 4、液相（P58）
液相（L） 液态的铁碳合金
铸 铁 浇 注 照 片
三、铁碳合金中的基本组织 （组织组成物）（P58）
1、珠光体（P）
共析转变：恒温下，一种固相同时析出两种不同 成分固相的机械混合物（共析体）。 A0.77 727℃ (F+Fe3C) ≡ P 珠光体的力学性能介于F和 Fe3C之间，强度较高，硬 度适中，有一定的塑性。
1148℃
(A2.11+Fe3C) ≡ Ld Ld Ld’
2~3点： A+ Fe3CII + Ld； 3点 ： 先共晶A共析转变
3~4点 ： P+ Fe3CII + Ld ‘；
室温下：相组成物 F、Fe3C ； 组织组成物 ：P、Fe3CII 、Ld’
（二）典型合金的相变过程
6、过共晶白口铸铁的相变过程（P66）
WC>2.11%时（白口铸铁），高低温区都 有脆硬的莱氏体，不能进行热变形加工。
（二）含碳量对铁碳合金性能的影响 2、对力学性能的影响（P68）
（ 1 ）硬度 WC 增加，硬度增加；
（2）强度 WC<0.9%时，WC增加， 强度提高， WC>0.9% 时， WC 增 加，强度降低； （3）塑性、韧性 WC增加，塑 性、韧性下降； 为了保证工业用钢具有 足够的强度和塑性、韧性， 碳素钢的含碳量一般不超过 1.4% 。
二、对Fe-Fe3C相图的分析
一、Fe-C相图与Fe-Fe3C相图（P59）
二、对Fe-Fe3C相图的分析
（二）相图中的相区（P61）
相图中的相区
1）单相区5个：L、δ、A、F、Fe3C 2）双相区7个：δ+L、 δ+A、 A+L、 L+ Fe3C、 A+ Fe3C、 A+F、 F+ Fe3C
3）三相区3个：L+δ+A、 L+A+ Fe3C、 A+F+ Fe3C
四、按组织组成物分区的Fe-Fe3C相图 （P67）
A
A+ Fe3CII+ Ld
F+A A+ Fe3CII Ld Fe3CI + Ld
F+P
P
P+ Fe3CII
A+ Fe3CII+ Ld’
Ld’
Fe3CI + Ld’
五、含碳量对铁碳合金组织与性能的影响 （一）含碳量对铁碳合金组织的影响 （P68）
727℃
1495℃
A0.17
1~2点 L+δ； 2~3点 A+L； 3~4点 4~5点 A； A+F；
(FP+Fe3C) ≡ P
F+ Fe3CIII +P————F+P （Fe3CIII含量很少，可以忽略不计）
室温下：相组成物F、Fe3C ；组织组成物F、P
（二）典型合金的相变过程
含碳量的估算（P64）
（F—白色 P—黑色） 通过光学显微镜观察估 计某一铁碳合金中的P 所占比例，可用杠杆定 律估算出该合金的WC 即： WC=0.77%QP
亚共析钢显微照片
（二）典型合金的相变过程
4、过共析钢的相变过程（P64）
QFe3CII Wc 0.77 6.69 0.77
6.69 Wc QP 6.69 0.77
QF
6.69 0.77 88 .5% 6.69 0
（二）典型合金的相变过程
3、亚共析钢在平衡态下的结晶过程（P63）
0.77 Wc QF 0.77 0
Wc 0 QP 0.77 0
1点以上 L； 2点 包晶转变δ0.09+ L0.53 5点 共析转变A0.77 5~6点
（二）含碳量对铁碳合金性能的影响 3、对物理化学性能的影响（P68）
WC增加，导热性下降、抗电化学腐蚀性 能下降、焊接工艺性下降、铸造工艺性下 降
六、Fe-Fe3C相图在工业生产中的应用 1、在选材方面的应用（P69）
根据零件的使用性能选择钢的成分（钢号）: 1 ）要求塑性、韧性好而强度不高的机件 —— 低 碳钢（WC<0.25%）；（如冷冲压件） 2） 要 求 强 度 、 塑 性 、 韧 性 等 综 合 性 能 好 的 机 件 ——— 中碳钢（ WC=0.3%~0.55%）并进行适 当的热处理；（如机床主轴） 3）各种工具用钢——高碳钢 。（如锉刀）
二、铁碳合金中的相（相组成物） 3、渗碳体（P58）
渗碳体（Fe3C）
铁与碳形成的间隙化合物，含碳量6.69%； 室温相——常作为钢的第二弥散强化相； 渗碳体具有高硬度、高脆性、低强度和低塑性； 一次渗碳体Fe3CI：从液相直接结晶出来。 二次渗碳体Fe3CII：从A中析出。 三次渗碳体Fe3CIII：从F中析出。
第五章
第一节 第二节 第三节
铁碳合金相图及碳素钢 (P56)
铁碳合金中的相与基本组织 铁碳合金相图 碳素钢
高山流水
第一节 铁碳合金中的相与基本组织
一、Fe的同素异晶转变及晶体结构（P56）
同素异晶转变——是指金属在结晶成固态 以后继续冷却的过程中晶格类型随温度下 降而发生变化的现象，也称同素异构转变。
Fe的冷却曲线及相应的晶体结构 （P56）
L-Fe 液相
1538℃
δ-Fe 体心
1394℃
γ-Fe 面心
912℃ α-Fe 体心
同素异构转变（重结晶）的特点 （P56）
1）在固态下进行； 2）同素异构体的晶核优先在原来晶粒的晶 界处形成； 3）同素异构转变有较大的过冷度； 4）同素异构转变往往要产生较大的内应力 ☆注意重结晶与再结晶的区别
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A晶界上——形成莱氏 体时，渗碳体则成了基体 。）
（二）含碳量对铁碳合金性能的影响 1、对热变形加工性能的影响（P68）
WC≦2.11% 时（纯铁与碳素钢），高温时 可获得单相 A 固溶体组织（塑性好），可 进行热变形加工。
一、Fe-C相图与（P59）
简化了的Fe-Fe3C相图
二、对Fe-Fe3C相图的分析
（一）相图中的主要点（P59）
温度 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727 727 室温 碳量 0 0.53 4.3 6.69 2.11 6.69 0 0.09 0.17 6.69 0 0.0218 0.77 0.0008 含 义 纯铁熔点 包晶转变时的液相成分 共晶点 LC --------- (AE+Fe3C) ≡ Ld Fe3C熔点 C在γ-Fe中的最大溶解度 共晶Fe3C成分点 γ-Fe-----α-Fe同素异构转变点 C在δ-Fe中的最大溶解度 包晶成分点 LB+δH -------- AJ 共析Fe3C成分点 δ-Fe-----γ-Fe同素异构转变点 C在α-Fe中的最大溶解度 共析点 AS --------- (FP+Fe3C) ≡ P 点 A B C D E F G H J K N P S Q
显微组织照片 1点以上 1~2点 L； L+A； 4点 共析转变A0.77 4~5点
727℃
(FP+Fe3C) ≡ P
P+ Fe3CII 组织组成物P、Fe3CII
2~3点
A；
室温下：相组成物F、Fe3C
3~4点 A+ Fe3CII
（二）典型合金的相变过程
5、共晶白口铸铁的相变过程（P65）
显 微 照 片
1点以上： L； 1~2点：
1点 ： 共晶转变L4.3 1148℃ (A2.11+Fe3C) ≡ Ld ； 二次渗碳体与共晶渗碳体 混成一体；
727℃ (F +Fe C) ≡ P； 2~3点： (P+ Fe C + Fe C) ≡ L ’； P 3 3 II 3 d
A+ Fe3CII + Fe3C ≡ Ld
（二）典型合金的相变过程
1、工业纯铁在平衡态下的结晶过程（P61）
显微组织照片
1点以上 L ； 1~2点 L+δ； 3~4点 δ+A； 4~5点 A； 6~7点 F； 7点以下 F+ Fe3CIII；
2~3点δ铁素体相 ； 5~6点
A+F； 室温下：相组成物F、Fe3C
1、共析钢在平衡态下的结晶过程（P62）
六、Fe-Fe3C相图在工业生产中的应用 2、在铸造方面的应用（P69）