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工程材料铁碳相图二元合金相图杠杆定律在合金结晶过程中，各相成份及其相对质量都在不停改变。在某一温度下处于平衡状态两相成份和相对质量可用杠杆定律确定。工程材料学第1页工程材料铁碳相图两平衡相成份

液、固两相并存时液相成份沿着液相线改变，固相成份沿着固相线改变。要想确定合金I在t1温度时两平衡相成份，沿t1作水平线，与液、固相线交点为a、b。a、b分别对应CL、Ca即为液相成份和已结晶固相成份。工程材料学第2页工程材料铁碳相图两平衡相相对质量

设合金I总质量为1，液相质量为WL,固相质量为Wa，则：WL+Wa=1合金1中Ni总质量应该为液相和固相中Ni量之和，即WLCL+WaCa=1C由上边两个等式能够得到：WL/Wa=rb/ar工程材料学第3页工程材料铁碳相图

假如将合金I成份C点r看作杠杆支点，将WL和Wa看作作用在a和b上力，按照力学上杠杆原理，可将

WL/Wa=rb/ar称为杠杆定律。工程材料学第4页工程材料铁碳相图杠杆定律文字表示

要求合金在某温度时两平衡相相对质量，可在该合金成份垂直线上，沿该温度坐标点画一水平杠杆与该两相区边界相交，其交点在横坐标上投影就是两平衡相成份。此时两交点内水平线被合金成份分为两个线段，两相重量比与这两线段长度成反比。应该注意杠杆定律只能适合用于两相区。工程材料学第5页工程材料铁碳相图铁碳相图

铁碳合金相图是研究和分析铁碳合金在平衡条件下成份、温度与合金相及组织之间相互关系及其改变规律基本工具。当碳含量大于6.69%（Fe3C碳含量）时，铁碳合金性能很差，没有实用意义，故通常铁碳合金只是研究和使用Fe-Fe3C系。工程材料学第6页工程材料铁碳相图铁碳合金基本相结构

纯铁：普通指含0.1~0.2%杂质工业纯铁，其基本性能是塑性好、强度、硬度低，通常不用做结构材料。通常向铁中加入碳改进其性能，是强度增加。碳在铁中存在形式有三种：溶解于铁形成固溶体；与铁作用形成化合物（Fe3C）；与铁之间无相互作用，以自由态石墨方式存在。

工程材料学第7页工程材料铁碳相图铁碳合金相结构

相：高温铁素体，碳在-铁中间隙固溶体，存在于1394~1538C，体心立方晶格。在1495C时溶碳最大（0.09%）。

铁素体相（F）：碳在-Fe中间隙固溶体，体心立方晶格。软而韧相，溶碳量很小，溶解度在727C最大到达0.0218%。显微组织是等轴状多边形晶粒。铁素体是铁碳合金室温时主要基本相和组织之一。工程材料学第8页工程材料铁碳相图

奥氏体相（A）：碳在-铁中间隙固溶体，面心立方晶格。碳在A中溶解度较大，在727C时为0.77%，在1148C时到达最大，为2.11%。

奥氏体在高温状态含有良好塑性和韧性，低变形抗力，是热成型时较佳组织相。

奥氏体比容最小，发生相变时体积会发生膨胀，产生内应力。工程材料学第9页工程材料铁碳相图

渗碳体（Fe3C）相：含有复杂晶格间隙化合物。性能特点是硬而脆，含有很高硬度。塑性、韧性几乎为0。室温下钢中碳主要以Fe3C形式存在，能够呈片状、网状、球状、粒状、板条状等。

Fe3C是钢中强化相，其数量、形态、大小、分布对钢性能有很大影响。工程材料学第10页工程材料铁碳相图铁碳合金相图

工程材料学第11页工程材料铁碳相图相图上特征点：相图中J、C、S为三个主要点。工程材料学第12页工程材料铁碳相图

J为包晶点。合金在平衡结晶过程中冷却到1495C时，B点成份液相L与H点成份相发生包晶反应，生成J点成份奥氏体A。包晶反应在恒温下进行，反应过程中L、、A三相共存。工程材料学第13页工程材料铁碳相图

C为共晶点。合金在平衡结晶过程温度冷却到1148C时，C点成份液相L发生共晶反应，生成E点成份奥氏体A和F点成份渗碳体Fe3C。共晶反应在恒温下进行，反应过程中L、A、Fe3C三相共存。工程材料学第14页工程材料铁碳相图共晶反应产物为奥氏体与共晶渗碳体组成机械混合物，称高温莱氏体Ld。其形态为柱状和粒状A（室温时转变为珠光体P）分布在渗碳体基体上，所以其性能硬而脆，硬度高，塑性与韧性几乎为0。工程材料学第15页工程材料铁碳相图

S为共析点。合金在平衡结晶过程温度冷却到727C时，S点成份奥氏体A发生共析反应，生成P点成份铁素体F和K点成份渗碳体Fe3C。共析反应在恒温下进行，反应过程中A、F、Fe3C三相共存。工程材料学第16页工程材料铁碳相图共析反应产物为铁素体与共析渗碳体组成机械混合物，称珠光体P。其形态为渗碳体呈片状分布在软而韧铁素体基体上（放大倍数较高时），放大倍数较低时珠光体呈层片状。工程材料学第17页工程材料铁碳相图铁碳相图中特征线

ABCD为液相线，AHJECF为固相线；HJB为包晶线；ECF为共晶线；PSK为共析线，又称A1线；GS线是A中开始析出F相变线，又称A3线；ES是碳在A中固溶线；PQ是碳在F中固溶线；AHN和GPQ左方分别为单相和单相区，NJESG包围是区。工程材料学第18页工程材料铁碳相图铁碳相图中各主关键点说明工程材料学第19页工程材料铁碳相图铁碳合金在平衡状态下结晶过程铁碳合金相图上各种合金，按其含碳量和组织特征，通常能够分为三类：工程材料学第20页工程材料铁碳相图共析钢结晶过程合金为I共析钢，冷却到在1点（即S点）时，将发生共析反应，A全部转变成珠光体P，以下列图。工程材料学第21页工程材料铁碳相图亚共析钢结晶过程合金为II亚共析钢，冷却到在1点时，A中开始析出铁素体F，伴随温度降低，F成份沿GP线改变，剩下A成份沿GS线向低温方向改变。当温度冷到2点时，剩下A成份到达S点发生共析转变。伴随温度继续降低析出P。此时，亚共析钢组织为F+P。工程材料学第22页工程材料铁碳相图亚共析钢组织白色为F晶粒，黑色为P团。工程材料学第23页工程材料铁碳相图过共析钢结晶过程合金为III亚共析钢，冷却到在1点时，A中开始析出网状分布Fe3C，伴随温度降低，剩下A成份沿ES线向低温方向改变。当温度冷到2点时，剩下A成份到达S点发生共析转变。伴随温度继续降低析出P。此时，过共析钢组织为Fe3C+P。工程材料学第24页工程材料铁碳相图过共析钢组织白色为网状Fe3C，黑色为P团。工程材料学第25页工程材料铁碳相图共晶白口铸铁结晶过程合金为（5）白口铸铁冷却到在1点时，形成高温莱氏体Ld，伴随温度降低，其中奥氏体含碳量沿ES线逐步降低并析出Fe3C，当碳含量降低到S点发生共析反应。A转变成P。此时，其组织为Ld

`，即P+Fe3CII+Fe3C，称为低温莱氏体。工程材料学第26页工程材料铁碳相图共晶白口铸铁结晶过程示意图共晶白口铸铁显微组织工程材料学第27页工程材料铁碳相图碳对铁碳平衡组织和性能影响铁碳合金室温组织均由铁素体F和渗碳体Fe3C组成。伴随碳含量增加，铁碳合金室温组织发生以下改变：工程材料学第28页工程材料铁碳相图铁碳合金成份与组织关系工程材料学第29页工程材料铁碳相图碳含量对铁碳合金力学性能影响伴随碳含量增加，1）合金韧性和塑性下降，不过韧性下降更加快；2）硬度增加；3）以铁素体为基体，渗碳体为