工程材料与机械制造基础-铁碳合金

工程材料与机械制造基础海洋科学与技术学院贾非DalianUniversityofTechnology第四章

铁碳合金*

主要内容合金的相结构

固溶体

金属化合物

二元合金状态图的建立

二元相图的建立杠杆定律共晶相图

共析相图铁碳合金的结构和相图

铁碳合金的基本组织

铁碳合金相图

典型成分合金平衡结晶过程分析铁碳合金的应用*合金的相结构合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。组成合金的元素可以是全部是金属，也可是金属与非金属。组成合金的元素相互作用可形成不同的相。Al-Cu两相合金黄铜

铁碳合金相

是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。组织一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体。显微组织

是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。单相合金两相合金

合金的相结构固溶体

合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固

相。习惯以、、表示。与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。固溶体是合金的重要组成相，实际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。按溶质原子所处位置分为置换固溶体和间隙固溶体。Cu-Ni置换固溶体Fe-C间隙固溶体

合金的相结构①置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的称有序固溶体。黄铜置换固溶体组织

固溶体②

间隙固溶体溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金

属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂<0.59。间隙固溶体都是无序固溶体。

固溶体③固溶体的溶解度溶质原子在固溶体中的极限浓度。溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体。组成元素无限互溶的固溶体称无限固溶体。组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。间隙固溶体都是有限固溶体。Cu-Ni无限固溶体Cu-Zn有限固溶体固溶体化合物

固溶体④

固溶体的性能随溶质含量增加,固溶体的强度、硬度增加,塑性、韧性下降—固溶强化。产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用。与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低。但与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。

固溶体⑵金属化合物合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。铁碳合金中的Fe3C当合金中出现金属化合物时，可提高其强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。金属化合物也是合金的重要组成相。

合金的相结构①正常常价价化化合合物物—符合合正常常原原子子价价规规律律。如如Mg2Si②电子子化化合合物物—符合合电子子浓浓度度规规律律。如如Cu3Sn。电子子浓浓度度为价电电子子数数与与原原子子数数的比比值值。。③间隙隙化化合合物物—由过渡渡族族元元素素与C、N、B、H等小小原原子子半半径径的的非非金金属属元元素素组组成成。。Al-Mg-Si合金中的Mg2SiPb基轴承合金中的电子化合物金属属化化合合物物a.间隙隙相相：：r非/r金0.59时形形成成的的具具有有简简单单晶晶格格结结构构的的间间隙隙化化合合物物。。如M4X(Fe4N)、M2X(Fe2N、W2C)、MX(TiC、VC、TiN)等。。间隙隙相相具具有有金金属属特特征征和和极极高高的的硬硬度度及及熔熔点点，，非非常常稳稳定定。。部分分碳碳化化物物和和所所有有氮氮化化物物属属于于间间隙隙相相。。VC的结构金属属化化合合物物b.具有有复复杂杂结结构构的的间间隙隙化化合合物物当r非/r金>0.59时形形成成复复杂杂结结构构间间隙隙化化合合物物。。如FeB、Fe3C、Cr23C6等。。Fe3C称渗碳碳体体，是是钢钢中中重重要要组组成成相，具有复杂斜方方晶格。化合物也也可溶入入其它元元素原子子，形成成以化合物为为基的固固溶体。Fe3C的晶格高温合金中的Cr23C6金属化合合物合金的结结晶过程程比纯金金属复杂杂，常用用相图进行分析析.常压下，，合金存存在的状态由成分和温度确定。合金相图图是表示在在平衡条条件下合合金系中中的合金状态态与温度、成分之间关系系图解。。又称状态图或平衡图。

二元合金状态图的建立合金系是指由两两个或两两个以上上元素按按不同比比例配制制的一系系列不同同成分的的合金。。组元是指组成成合金的的最简单单、最基基本、能能够独立立存在的的物质。。多数情况况下组元是指组成合金金的元素素。但对于于既不发生生分解、又不发生生任何反反应的化化合物也可看作作组元,如Fe-C合金中的的Fe3C。Cu-Ni合金相图L成分（wt%Ni）温度（℃）CuNi

二元合金状态图的建立相图表示示了在缓缓冷条件件下不同同成分合合金的组织随温温度变化化的规律律，是制订熔炼炼、铸造造、热加加工及热热处理工工艺的重重要依据据。根据组元元数,分为二元元相图、、三元相相图和多多元相图图。Fe-C二元相图三元相图

二元合金状态图的建立几乎所有有的相图图都是通通过实验验得到的的，最常常用的是是热分析析法。二元相图图的建立立步骤为为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例]1.配制不同同成分的的合金，，测出各各合金的的冷却曲曲线，找找出曲线线上的临界点（停歇点点或转折折点）。。2.将临界点点标在温温度-成分坐标标中的成成分垂线线上。3.将垂线上上相同意意义的点点连接起起来，并并标上相相应的数数字和字字母。相图中，，结晶开开始点的的连线叫叫液相线。结晶终终了点的的连线叫叫固相线。

二元相图的建立二元相图图的基本本类型与与分析两组元在在液态和和固态下下均无限限互溶时时所构成成的相图图称二元匀晶晶相图。。以Cu-Ni合金为例例进行分分析。

Cu-Ni合金相图匀晶相图图二元相图分析相图由两两条线构构成，上上面是液相线，下面是是固相线。相图被两两条线分分为三个个相区，，液相线线以上为为液相区L，固相线线以下为为固溶体区区，两条线线之间为为两相共共存的两相区（L+）。LL+成分（wt%Ni）温度（℃）CuNi液相线固相线匀晶相图合金的结结晶过程程除纯组元元外，其其它成分分合金结结晶过程程相似，，以Ⅰ合金为例例说明。。当液态金金属自高高温冷却却到t1温度时，，开始结结晶出成成分为1的固溶体体，其Ni含量高于于合金平平均成分分LL+匀晶相图随温度下下降，固固溶体重重量增加加，液相相重量减减少。液相成分分沿液相相线变化化，固相相成分沿沿固相线线变化。。从液相中中结晶出出单一固固相的转转变称为为匀晶转变变或匀晶反应应。匀晶相图成分变化化是通过过原子扩散散完成的。。当合金金冷却到到t3时，最后后一滴L3成分的液液体也转转变为固固溶体，，此时固溶体的的成分又又变回到合合金成分分3上来。液固相线线不仅是相区分界界线,也是结晶晶时两相相的成分变化化线；匀晶转转变是变变温转变变。匀晶相图杠杆定律律处于两相相区的合合金，不不仅由相相图可知知道两平平衡相的的成分，，还可用用杠杆定律律求出两平衡相相的相对对重量。现以Cu-Ni合金为例例推导杠杠杆定律律：①确定定两平衡衡相的成成分：设合金成成分为x，过x做成分垂线。。在成分分垂线相相当于温温度t的o点作水平平线，其其与液固固相线交交点a、b所对应的的成分x1、x2即分别为为液相和和固相的的成分。。12t二元相图分析则QL+Q=1QLx1+Qx2=x解方程组组得②确定两平平衡相的的相对重重量设合金的的重量为为1，液相重重量为QL，固相重重量为Q。杠杆定律因此两相相的相对对重量百百分比为为：两相的重重量比为为：杠杆定律上式与力力学中的的杠杆定定律完全全相似，，因此称称之为杠杆定律律。即合金在某某温度下下两平衡衡相的重重量比等等于该温温度下与与各自相相区距离离较远的的成分线线段之比比。在杠杆定定律中，，杠杆的支支点是合合金的成成分，杠杠杆的端端点是所所求的两两平衡相相（或两两组织组组成物））的成分分。杠杆定律律只适用用于两相相区。例（如图））杠杆定律合金的结结晶只有有在缓慢慢冷却条条件下才才能得到到成分均均匀的固固溶体。。但实际冷冷速较快快，结晶晶时固相相中的原原子来不不及扩散散，使先结晶出出的枝晶晶轴含有有较多的的高熔点点元素（（如Cu-Ni合金中的的Ni）,后结晶的的枝晶间间含有较较多的低低熔点元元素(如Cu-Ni合金中的的Cu)。枝晶偏析析匀晶相图在一个枝枝晶范围围内或一一个晶粒粒范围内内成分不不均匀的的现象称称作枝晶偏析析。不仅与冷速有关，而而且与液固相线线的间距距有关。冷速越大大，液固固相线间间距越大大，枝晶晶偏析越越严重。。枝晶偏析析会影响合金金的力学学、耐蚀、加工等性性能。生产上常常将铸件件加热到到固相线线以下100-200℃长时间保保温，以以使原子充分分扩散、、成分均均匀，消消除枝晶晶偏析，这种热热处理工工艺称作作扩散退火火。枝晶偏析Cu-Ni合金的平衡组织织与枝晶晶偏析组组织平衡组织织枝晶偏析析组织枝晶偏析共晶相图图当两组元元在液态态下完全全互溶，，在固态态下有限限互溶,并发生共晶反应应时所构成成的相图图称作共晶相图图。以Pb-Sn相图为例例进行分分析。Pb-Sn合金相图成分（wt%Sn）温度（℃）PbSn二元相图分析相图分析析①相：：相图中有有L、、三三种相,是溶质Sn在Pb中的固溶溶体，是溶溶质Pb在Sn中的固溶溶体。②相区区：相图中有有三个单相相区：L、、；；三个两相相区：L+、L+、+；一个三相相区：即水平平线CED。AB共晶相图④固溶线:溶解度点点的连线线称固溶线。相图中的的CF、DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶线。固溶体的溶溶解度随温温度降低而而下降。③液固相线：：液相线AEB，固相线ACEDB。A、B分别为Pb、Sn的熔点。AB共晶相图在一定温度度下，由一一定成分的的液相同时时结晶出两两个成分和和结构都不不相同的新新固相的转转变称作共晶转变或共晶反应。。⑤共晶线：水平线CED叫做共晶线。在共晶线对对应的温度度下（183℃），E点成分的合合金同时结结晶出C点成分的固溶体和D点成分的固溶体，形成这两两个相的机机械混合物：LE⇄(C+D)AB共晶相图共晶反应的的产物，即即两相的机机械混合物物称共晶体或共共晶组织。发生共晶反反应的温度度称共晶温度。代表共晶温温度和共晶晶成分的点点称共晶点。Pb-Sn共晶组织共晶体长大示意图Sn原子扩散Pb原子扩散共晶相图具有共晶成成分的合金金称共晶合金。在共晶线线上，凡成分位于于共晶点以以左的合金金称亚共晶合金金，位于共晶点以右的的合金称过共晶合金金。凡具有共晶线成分分的合金液体体冷却到共共晶温度时时都将发生生共晶反应应。L+CDAB共晶相图合金的结晶晶过程①含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程程在3点以前为匀匀晶转变，结晶出单单相固溶体，这这种直接从从液相中结结晶出的固固相称一次相或初生相。.2共晶相图温度降到3点以下，固溶体被Sn过饱和，由由于晶格不不稳，开始始析出（相相变过程也也称析出））新相—相。由已有固相相析出的新新固相称二次相或次生相。形成二次相相的过程称称二次析出,是固态相变变的一种。。H共晶相图由于二次相相析出温度度较低，一一般十分细细小。室温下Ⅱ的相对重量量百分比为为：由析出出的二次用Ⅱ表示。随温度下降降，和相的成分分分别沿CF线和DG线变化，Ⅱ的重量增加加。共晶相图Ⅰ合金室温组组织为+Ⅱ。成分大于D点合金结晶晶过程与Ⅰ合金相似，，室温组织织为+Ⅱ。ABCDEFG共晶相图②共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程程液态合金冷冷却到E点时同时被被Pb和Sn饱和,发生共晶反反应：LE⇄(C+D)。19.2wt%Sn温度,℃1’共晶相图析出过程中中两相相间形形核、互相促进、共同长大，因而共晶晶组织较细细，呈片、棒、点点球等形状。共晶相图共晶组织形形态层片状(Al-CuAl2定向凝固)条棒状(Sb-MnSb横截面)螺旋状（Zn-Mg）Pb-Sn共晶组织共晶相图共晶组织形形态针状共晶树枝状共晶放射状共晶螺旋状共晶共晶相图在共晶转变变过程中，，L、、三相共存,三个相的量量在不断变变化，但它它们各自成分是是固定的。共晶组织中中的相称共晶相.共晶转变结结束时，和相的相对重重量百分比比为：E(61.9)D(97.5)C(19.2)共晶相图共晶结束后后，随温度度下降，和的成分分别别沿CF线和DG线变化，并从共晶中析出Ⅱ，从共晶中析出Ⅱ，由于共晶晶组织细，，Ⅱ与共晶结结合，Ⅱ与共晶结合，共晶合金的的室温组织织仍为(+)共晶体。室温下两相相的相对重重量百分比比是多少？？共晶相图③亚共晶合金金(Ⅲ合金)的结晶过程程合金液体在在2点以前为匀晶转变。冷却到2点，固相成分变变化到C点，液相成分变变化到E点,此时两相的的相对重量量为：共晶相图在2点，具有E点成分的剩剩余液体发发生共晶反反应：L⇄(+)，转变为共共晶组织，，共晶体的的重量与转转变前的液液相重量相相等,即QE=QL反应结束后后，在共晶晶温度下、两相的相对对重量百分分比为：共晶相图温度继续下下降，将从从一次和共晶中析出Ⅱ，从共晶中析出Ⅱ。其室温组组织为Ⅰ+(+)+Ⅱ。如何求室温温下三种组组织组成物物的相对重重量？共晶相图④过共晶合金金结晶过程程与亚共晶合合金相似，，不同的是是一次相为,二次相为Ⅱ室温组织为为Ⅰ+(+)+Ⅱ。共晶相图Pb-Sn合金的结晶晶过程共晶相图⑶组织组成物物在相图上上的标注组织组成物物是指组成成合金显微微组织的独独立部分。。Ⅰ和Ⅰ,Ⅱ和Ⅱ,共晶体(+)。相与相之间间的差别主主要在结构构和成分上上。共晶相图组织组成物物之间的差差别主要在在形态上。。如Ⅰ、Ⅱ和共晶的结构成分分相同，属属同一个相相，但它们的的形态不同，分属不同的组织织组成物。将组织组成成物标注在在相图中，，可使所标标注的组织织与显微镜镜下观察到到的组织一一致。Pb-Sn亚共晶组织共晶相图组织组成物物在相图上上的标注共晶相图二元包晶相相图当两组元在在液态下完完全互溶，，在固态下下有限互溶溶，并发生包晶反反应时所构成的的相图称作作包晶相图。以Pt-Ag相图为例简简要分析L+L+L+⑴相图分析单相区：L、、β二相区：L+、L+、+三相区：L++（水平线PDC）二元相图分析在一定温度度下，由一一个液相包包着一个固固相生成另另一新固相相的反应称称包晶转变或包晶反应。水平线PDC称包晶线，与该线成分分对应的合合金在该温温度下发生生包晶反应应：LC+P⇄βD。该反应是液液相L包着固相,新相β在L与α的界面上形形核，并向向L和两个方向长长大。包晶相图⑵合金的结晶晶过程①包晶成成分合金：：匀晶包晶二二次析出。。室温组织为为β+II包晶相图②PD成分合金：匀晶包晶二二次析出。室温组织为为+βII+β+II包晶相图③DC成分合金：匀晶包晶匀晶二次析出出室温温组组织织为为β+II。时间温度包晶相图形成成稳稳定定化化合合物物的的二二元元相相图图稳定定化化合合物物是指指在在熔熔化化前前不不发发生生分分解解的的化化合合物物(如Mg-Si系的的Mg2Si和Fe-C系的的Fe3C)。其其成分分固固定定，在在相相图图中中是是一条条垂垂线线(代表表一一个个单单相相区区)。垂垂足足是是其其成分分,顶点点是是其其熔点点,结晶晶过过程程同同纯纯金金属属。。分析析这这类类相相图图时时，，可可把稳定定化合合物当当作纯纯组元元看待待，将相相图分分成几几个部部分进进行分分析。。Mg2SiMg2Si+SiMg+Mg2SiSiL+Mg2SiL+SiL+Mg2SiL+Mg二元相图共析转转变也也是固固态相相变。。最常见见的共共析转转变是是铁碳碳合金金中的的珠光光体转转变:S⇄P+Fe3C。具有共共析反反应的的二元元相图图共析反反应(共析转转变)是指在在一定定温度度下，，由一一定成成分的的固相相同时时析出出两个个成分分和结结构完完全不不同的的新固固相的的过程程。PS(—奥氏体体，—铁素体体，Fe3C—渗碳体体)二元相图共析相相图与共晶相相图相似，，对应应的有有共析线线(PSK线)、共析点点(S点)、共析温温度、共析成成分、共析合合金(共析成成分合合金)、亚共析析合金金(共析线线上共共析点点以左左的合合金)、过共析析合金金(共析线线上共共析点点以右右的合合金)。铁碳合金相图共析相图共析反反应的的产物物是共析体体（铁碳碳合金金中的的共析析体称称珠光体体），也也是两相的的机械械混合合物（铁素素体+渗碳体体)。与共晶晶反应应不同同的是是，共析反反应的的母相相是固固相，而不不是液液相。。另外，，由于于固态态转变变过冷度度大，因而而共析组组织比比共晶晶组织织细。珠光体共析相图二元相相图的的分析析步骤骤实际二二元相相图比比较复复杂，，可按按下列列步骤骤进行行分析析。⒈分分清相相图中中包括括哪些些基本本类型型相图图⒉确确定相相区⑴相相区接接触法法则相邻两两个相相区的的相数数差为为1⑵单相区区的确确定①液液相线线以上上为液液相区区；Fe-Fe3C相图二元相图分析②靠纯组组元的的封闭闭区是是以该该组元元为基基单相相固溶溶体区区；③相图中中的垂垂线可可能是是稳定定化合合物（（单相相区）），也也可能能是相相区分分界线线；④相图中中部出出现的的成分分可变变的单单相区区是以以化合合物为为基的的单相相固溶溶体区区；⑤相相图中中每一一条水水平线线必定定与三三个单单相区区点接接触。。Cu-Zn相图+二元相图分析⑶两相区区的确确定：：两个单单相区区之间间夹有有一个个两相相区，该该两相相区的的相由由两相相邻单单相区区的相相组成成。⑷三三相区区的确确定：：二元相相图中中的水水平线线是三三相区区，其其三个个相由由与该该三相相区点点接触触的三三个单单相区区的相相组成成。Fe-Fe3C相图二元相图分析恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的新固相。

⇄

+共析反应恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相。L

+

⇄包晶反应恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的新固相。L⇄+共晶反应说明反应式图形特征反应名称常见三三相等等温水水平线线上的的反应应二元相图分析⑴作出典典型合合金冷冷却曲曲线示示意图图二元合合金冷冷却曲曲线的的特征征是:①在单相相区和和两相相区冷冷却曲曲线为为一斜斜线。。⒊分析典典型合合金的的结晶晶过程程二元相图分析②由一个个相区区进入入另一一相区区时,冷却曲曲线出出现拐拐点:a.由相数数少的的相区区进入入相数数多的的相区区曲线线向右右拐;b.由相数数多的的相区区进入入相数数少的的相区区曲线线向左左拐。。③发发生三三等温温转变变时，，冷却却曲线线呈一一水平平台阶阶。分析典型合金的结晶过程⑵分析合合金结结晶过过程①画画出组组织转转变示示意图图。②计算各各相、、各组组织组组成物物相对对重量量百分分比：：a.在单相相区，，合金金由单单相组组成，，相的的成分分、重重量即即合金金的成成分、、重量量。分析典型合金的结晶过程b.在两相相区，，两相相的成成分随随温度度沿各各自的的相线线变化化，各各相和和各组组织组组成物物的相相对重重量可可由杠杠杆定定律求求出。。合金成成分为为杠杆杆的支支点，，相或或组织织组成成物的的成分分为杠杠杆的的端点点。c.在三相相区，，三个个相成成分固固定，，重量量不断断变化化，杠杠杆定定律不不适用用。合金成分相1成分相2成分相1重量相2重量合金成分组织1成分组织2成分组织1重量组织2重量••••••分析典型合金的结晶过程相图与与合金金性能能之间间的关关系⑴相图与与合金金力学学性能能、物物理性性能的的关系系①两相相机械械混合合物的的合金金:性能与与合金金成分分呈直直线关关系，，是两两相性性能的的算术术平均均值，，如：：混=∙Q+β∙QβHB混=HB∙Q+HBβ∙Qβ(Q、Qβ为两相相相对对重量量)二元相图分析②单相固固溶体体的合合金：：性能随随成分分呈曲曲线变变化，，随溶溶质含含量增增加，，σ、HB、增加，，塑性性下降降。③形形成稳稳定化化合物物的合合金：：性能-成分曲曲线出出现拐拐点。。相图与合金性能之间的关系⑵相图与与铸造造性能能的关关系①固溶体体合金金液固相相线间间距越越大、、偏析析倾向向大,树枝晶晶发达达,流动性性降低低,补缩能能力下下降,分散缩缩孔增增加.②共晶合合金结晶温温度低低，流流动性性好，，缩孔孔集中中，偏偏析析小，，铸铸造性性能好好。相图与合金性能之间的关系铁碳合合金—碳钢和铸铁，是工工业应应用最最广的的合金金。含碳量量为0.0218%~2.11%的称钢钢。含碳量量为2.11%~6.69%的称铸铸铁。。铁碳合金相图铁和碳碳可形形成一一系列列稳定定化合合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它们们都可可以作作为纯纯组元元看待待。含碳量量大于于Fe3C成分（（6.69%）时，，合金金太脆脆，已已无实实用价价值。。实际所所讨论论的铁铁碳合合金相相图是是Fe-Fe3C相图。。铁碳合金相图铁碳合合金的的组元元和相相碳在δ-Fe中的固固溶体体称δ-铁素体体，用δ表示。。都是体体心立立方间间隙固固溶体体。铁铁素体体的溶溶碳能能力很很低,在727℃时最大大为0.0218%，室温下仅为为0.0008%。铁素体体的组组织为为多边边形晶晶粒，，性能能与纯纯铁相相似。。铁素体⒈组元：：Fe、Fe3C⒉相⑴铁铁素体体：碳在-Fe中的固固溶体体称铁素体体,用F或表示。。铁碳合金相图⑵奥氏体体:碳在-Fe中的固固溶体体称奥氏体体。用A或表示。。是面心心立方方晶格格的间隙固固溶体体。溶碳碳能力力比铁铁素体体大，，1148℃℃时最大为为2.11%。组织为为不规则则多面面体晶晶粒，晶界较较直。强度度低、、塑性性好，，钢材热热加工工都在在区进行行。碳钢室室温组组织中中无奥奥氏体体。奥氏体铁碳合金的组元和相⑶渗碳体体：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。。Fe3C硬度高高、强度低低(b35MPa),脆性大大,塑性几几乎为为零Fe3C是一个个亚稳相相，在一一定条条件下下可发发生分分解：：Fe3C→3Fe+C(石墨),该反应应对铸铸铁有有重要要意义义。由于碳碳在-Fe中的溶溶解度度很小小，因因而常常温下下碳在铁铁碳合合金中中主要要以Fe3C或石墨墨的形式式存在在。铸铁中的石墨钢中的渗碳体铁碳合金的组元和相⒈特征点点⇄⇄⇄⇄⇄LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

铁碳合金相图的分析⒉特征线线⑴液相线线—ABCD，固相线线—AHJECFD⑵三条水水平线线：HJB：包晶线线LB+δH⇄JECF：共晶线线LC⇄E+Fe3C共晶产产物是是与Fe3C的机械械混合合物，，称作作莱氏体体,用Le表示。。为蜂窝状状,以Fe3C为基，，性能能硬而而脆。莱氏体铁碳合金相图的分析PSK：共析线线S⇄FP+Fe3C共析转转变的的产物物是与Fe3C的机械械混合合物，称作作珠光体体，用P表示。。L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C珠光体体的组织织特点点是两两相呈呈片层相相间分分布,性能介介于两两相之之间。。PSK线又称A1线。珠光体铁碳合金相图的分析⑶其它相相线GS,GP—⇄固溶体体转变变线,GS又称A3线。HN,JN—δ⇄固溶体体转变变线，，ES—碳在-Fe中的固固溶线线。又又称Acm线。PQ—碳在-Fe中的固固溶线线。铁碳合金相图的分析⑶三个三三相区区：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三条水平平线⒊相区⑴五个个单相区区：L、、、、Fe3C⑵七个两相相区:L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C铁碳合金相图的分析⑵钢(0.0218~2.11%C)高温组织织为单相相①亚共共析钢(0.0218~0.77%C)②共析钢(0.77%C)③过共析钢钢(0.77~2.11%C)铁碳相图图上的合合金，按按成分可可分为三三类：⑴工业业纯铁(<0.0218%C)组织为单单相铁素素体。亚共析钢共析钢过共析钢共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁典型合金的平衡结晶过程⑶白口铸铁铁(2.11~6.69%C)铸造性能能好,硬而脆①亚共共晶白口口铸铁(2.11~4.3%C)②共晶白口口铸铁(4.3%C)③过共晶白白口铸铁铁(4.3~6.69%C)典型合金的平衡结晶过程㈠工业纯铁铁的结晶晶过程合金液体体在1-2点间转变为为，3-4点间→，5-6点间→。到7点，从中析出Fe3C。NSJBHL+++

典型合金的平衡结晶过程随温度下下降，Fe3CⅢ量不断增增加，合合金的室室温下组组织为F+Fe3CⅢ。室温下Fe3CⅢ最大量为为:从铁素体体中析出出的渗碳碳体称三次渗碳碳体，用Fe3CⅢ表示。Fe3CⅢ以不连续网网状或片片状分布布于晶界界。典型合金的平衡结晶过程㈡共析钢的的结晶过过程合金液体体在1-2点间转变变为。到S点发生共共析转变变：S⇄P+Fe3C,全部转变变为珠光光体。典型合金的平衡结晶过程珠光体在光镜下下呈指纹纹状.变结束时时，珠光光体中相相的相对对重量百百分比为为：珠光体中中的渗碳碳体称共析渗碳碳体。S点以下，，共析中析出Fe3CⅢ，与共析析Fe3C结合不易易分辨。。室温组织织为P.珠光体Q共析钢的结晶过程室温下，，珠光体体中两相相的相对对重量百百分比是是多少？？Q43219共析钢的结晶过程㈢亚共析钢钢的结晶晶过程0.09~0.53%C亚共析钢钢冷却时时发生包包晶反应应.以0.45%C的钢为例例合金在4点以前通通过匀晶—包晶—匀晶反应应全部转变变为。到4点，由中析出。到5点,成分沿GS线变到S点，发生共析析反应转变为珠光体。温度继继续下降降，中析出Fe3CⅢ，由于与与共析Fe3C结合,且量少,忽略不计计.典型合金的平衡结晶过程利用平衡衡组织中中珠光体体所占的的面积百百分比，，可以近近似估算亚共共析钢的的含碳量量:C%=P面积%×0.77%(忽略中含碳量量，P面积%=QP)共析温度度下相的的相对重重量为：：组织组成成物的相相对重量量为：S’亚共析钢的结晶过程室温下相相的相对对重量百百分比为为：室温下组组织组成成物的相相对重量量百分比比为：S’亚共析钢的结晶过程亚共析钢钢室温下下的组织织为F+P。在0.0218~0.77%C范围内珠光体的的量随含含碳量增增加而增增加。含0.45%C钢的组织含0.20%C钢的组织含0.60%C钢的组织亚共析钢的结晶过程㈣过共析钢钢的结晶晶过程合金在1~2点转变为为,到3点,开始析出出Fe3C。从奥氏氏体中析析出的Fe3C称二次渗碳碳体,用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈呈网状分分布.温度下降降,Fe3CⅡ量增加。。到4点，成分沿ES线变化到到S点，余下下的转变为P。在共析温温度下Fe3CⅡ的相对量量？典型合金的平衡结晶过程过共析钢钢室温组组织为P+Fe3CⅡ。Fe3CⅡ量随含碳碳量而增增加,含碳量为为2.11%时,Fe3CⅡ量最大：：含1.4%C钢的组织过共析钢的结晶过程室温下两两相的相相对重量量百分比比：室温下两两组织组组成物的的相对重重量百分分比：亚共析钢的结晶过程㈤共晶白口口铁的结结晶过程程合金冷却却到C点发生共晶晶反应全部转变变为莱氏体(Le),莱氏体是共晶与共晶Fe3C的机械混混合物,呈蜂窝状状.Fe3C典型合金的平衡结晶过程共晶转变变结束时时，两相相的相对对重量百百分比为为:C点以下,成分沿ES线变化，，共晶将析出Fe3CⅡ。Fe3CⅡ与共晶Fe3C结合，不不易分辨辨。1’2Fe3C共晶白