铁碳合金相图分析

3.5铁碳合金相图3.5.1.铁碳合金的组元和相及基本组织3.5.2.铁碳合金相图分析3.5.3.典型铁碳合金结晶过程及其组织

3.5.5.铁碳相图的应用及局限铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺的依据。3.5.4.含碳量对铁碳合金组织和性能的影响纯铁的冷却

曲线1394℃1534℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Fe

α-Feγ-Fe1394°C912°C体心立方面心立方体心立方δ-Feγ-Feα-Fe3.5.1.铁碳合金的组元和相及基本组织1、纯铁的同素异晶转变2、铁碳合金的基本相及组织3.5.1.铁碳合金的组元和相及基本组织2、铁碳合金的基本相和基本组织⑴铁素体：a.定义：碳在α-Fe中的固溶体称铁素体，用F

或

表示。

碳在δ-Fe中的固溶体称δ-铁素体，用δ表示。

b.晶格结构：都是体心立方的间隙固溶体。c.溶解度：铁素体的溶碳能力很低，在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。d.形态：铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。铁素体3.5.1.铁碳合金的组元和相及基本组织⑵奥氏体:a.定义：碳在-Fe中的固溶体称奥氏体。用A或表示。b.晶格结构：是面心立方晶格的间隙固溶体。c.溶解度：溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。d.形态：组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。e.性能：强度低、塑性好，钢材热加工都在区进行。碳钢室温组织中无奥氏体。奥氏体⑶渗碳体：即Fe3C，含碳6.69%，用Fe3C或Cm表示。

a.晶格结构：复杂正交b.性能：Fe3C硬度高、脆性大，塑性几乎为零。

Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨），该反应对铸铁有重要意义。

c.溶解度：由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。

3.5.1.铁碳合金的组元和相及基本组织2、铁碳合金的基本相及组织(4)珠光体3.5.1.铁碳合金的组元和相及基本组织2、铁碳合金的基本相及组织(5)莱氏体莱氏体有高温莱氏体Ld=;低温莱氏体Ld’=3.5.2.铁碳合金相图分析

Fe–C

二元相图Fe3CFe2CFeC温度FeC(6.69%C)1.铁碳合金相图的建立

合金平衡图：表示某一合金系中不同成分的合金，在各种不同温度条件下相的平衡关系（即用来表示合金的成分、温度与组织之间关系）的图形。又称相图或状态图二元合金平衡图的建立3.5.2.铁碳合金相图分析3.5.2.铁碳合金相图分析1.铁碳合金相图的建立（1）配制不同成分的铁碳合金，加热后缓慢的冷却，记录数据，绘制它们的冷却曲线（时间—温度）（2）从冷却曲线上找出临界点，并画到成分—温度坐标中（3）相同意义的点连接起来

2.铁碳合金相图的分析

2、铁碳合金相图的分析（1）特征点⇄⇄⇄⇄⇄LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

表3-3Fe-Fe3C相图中各特性点

2.铁碳合金相图的分析

（1）特征点

Fe-Fe3C

相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3C

T°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相图共析相图匀晶相图(P+Fe3C)

2.铁碳合金相图的分析

（1）特征点（2）特征线—7条1）液相线—ABCD，固相线—AECF2）

二条水平线：

ECF：共晶线LC⇄

AE+Fe3C

共晶产物是A与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体，用Ld表示。为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。莱氏体2.铁碳合金相图的分析

Fe-Fe3C

相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3C

T°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相图共析相图匀晶相图(P+Fe3C)PSK：共析线

AS

⇄FP+Fe3C

共析转变的产物是

与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。其组织特点是两相呈片层相间分布，性能介于两相之间。PSK线又称A1`线。珠光体L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C3）其它相线GS,GP—⇄

固溶体转变线，GS又称A3

线。HN,JN—δ⇄

固溶体转变线，ES—碳在-Fe中的固溶线。又称Acm线。PQ—碳在α-Fe中的固溶线。2.铁碳合金相图的分析（2）特征线（7条）2.铁碳合金相图的分析（3）特征线（7条）(3)相区1)四个单相区：L、、、Fe3C

2）五个两相区：L+、L+Fe3C、+Fe3C、+、+Fe3C3）

三个三相区：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三条水平线

(3)相区

2.铁碳合金相图的分析3.5.3典型合金的平衡结晶过程及组织铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：⑴工业纯铁(<0.0218%C)组织为单相铁素体。⑵钢(0.0218~2.11%C)高温组织为单相，易于变形，

①亚共析钢(0.0218~0.77%C)②共析钢(0.77%C)③过共析钢(0.77~2.11%C)⑶白口铸铁(2.11~6.69%C)

铸造性能好，硬而脆①亚共晶白口铸铁

(2.11~4.3%C)②共晶白口铸铁(4.3%C)③过共晶白口铸铁

(4.3~6.69%C)典型铁碳合金平衡结晶过程分析

3.亚共析钢

4.过共析钢

5.共晶白口铁6.亚共晶白口铸铁

7.过共晶白口铸铁

1.工业纯铁

2.共析钢

P+Fe3C1．工业纯铁（C%≤0.0218%）相组成物：F+Fe3C

C%>0.0008%;FC%<0.0008%相相对量：F%=

FeC%=

组织组成物：F和Fe3CIIIL--->L+A--->A--->A+F--->F+Fe3CIII3Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。随温度下降，Fe3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为F+Fe3CⅢ。室温下Fe3CⅢ的最大量为:2．共析钢C%=0.77%

L--->L+A--->A--->A+P--->P相组成物：F和Fe3C

F%=Fe3C%=组织组成物：

P珠光体3．亚共析钢

0.0218%<C%<0.77%L--->L+A--->A--->A+F--->A+P+F--->P+F相组成物：F，Fe3C

45钢金相F%=Fe3C%=

A—奥氏体P—珠光体F—铁素体共析钢和亚共析钢的结晶过程分析含0.45%C钢的组织含0.20%C钢的组织含0.60%C钢的组织亚共析钢室温下的组织为F+P。在0.0218~0.77%C

范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。P%=F%=4．过共析钢L--->L+A--->A--->A+Fe3CII--->A+P+Fe3CII--->P+Fe3CIIT12钢金相过共析钢结晶过程分析共晶生铁结晶过程分析相组成物：F，Fe3CF%=

Fe3C%=

组织组成物：P，Fe3CII

组织相对量：Fe3CII%=

P%=

含1.4%C钢的组织5．共晶白口铁（C%=4.3%）L--->L+Le--->Le(A+Fe3C共晶)--->Le(A+Fe3C共晶+Fe3CII)--->Le’(P+Fe3CII+Fe3C)过共析钢结晶过程分析共晶生铁结晶过程分析共晶白口铁金相相组成物：F，Fe3C

F%=

Fe3C%=组织组成物：Le'

6．亚共晶白口铸铁2.11%<C%<4.3%

亚共晶白口铁金相

相组成物：F，Fe3C相相对量：F%=

Fe3C%=

组织组成物：P，Le’，Fe3CII7．过共晶白口铸铁

L’d—变态莱氏体亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析过共晶白口铁金相

相组成物：F，Fe3CF%=

Fe3C%=

组织组成物：Le’，Fe3C

Fe3C%=

Le’%=Lc%=

小结：标注组织的铁碳相图四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1、含碳量对室温平衡组织的影响根据杠杆定律的计算结果，可求出含碳量与缓冷后的相及组织组成物之间的定量关系：随含碳量增加，组织中Fe3C不仅数量增加，而且形态也在变化，由分布在

基体内(P中Fe3C)变为分布在A晶界上(Fe3CⅡ)，最后形成莱氏体时，Fe3C已作为基体出现。

2、含碳量对力学性能的影响亚共析钢随含碳量增加，P量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。0.77%C时，组织为100%P，含碳量对力学性能的影响

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