焊接技师培训教材(铁碳合金)

（铁碳合金）焊接技师培训教材张明录

目录2

一.铁碳合金的基本相和组织二.铁碳合金状态图三.钢在冷却时的转变

铁的同素异构转变液态纯铁在1538℃开始结晶，得到

δ-Fe1394

℃

γ-Fe912

℃

α-Fe（体心立方晶格）（面心立方晶格）（体心立方晶格）一.铁碳合金的基本相和组织1.铁碳合金的基本相（1）铁素体（F）铁素体—碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。

由于α-Fe为体心立方晶格，碳在α-Fe中的溶解度较小，727℃时为0.0218%，室温时为0.0008%。由于F的含碳量很低，故铁素体的性能与纯铁相似，它具有良好的塑性和韧性，低的强度和硬度（2）奥氏体（A）奥氏体—碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。

γ-Fe为面心立方晶格，晶格间隙较大，故奥氏体（A）的溶碳能力较强，1148℃时，含碳量2.11%，727℃时，含碳量0.77%

奥氏体的强度和硬度不高，具有良好的塑性，当钢处于奥氏体状态时，能较顺利的进行加工。（3）渗碳体（Fe3C）渗碳体—是铁和碳的化合物，其含碳量为6.69%

渗碳体硬度很高，约为800HBs（W），脆性很大，而塑性和韧性几乎等于零。（4）珠光体（P）——F+Fe3C珠光体—铁素体和渗碳体组成的机械混合物。它是奥氏体在冷却到727℃的恒温下发生共析转变得到的产物，因此，它只存在于727℃以下，其平均含碳量为0.77%

从珠光体的显微组织中可以看到珠光体中的铁素体和渗碳体是层层交替排列的。

珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。（5）莱氏体（Ld）莱氏体分为：高温莱氏体（727℃以上），A+Fe3C

低温莱氏体（727℃以下），P+Fe3C

高温莱氏体用Ld表示，低温莱氏体用L’d表示

高温莱氏体—含碳量为4.3%的铁碳合金，在1148℃时从液态中同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物。低温莱氏体—由于奥氏体在727℃时转变为珠光体，所以在727℃以下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成。

莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性差。铁碳合金的基本相和组织中，铁素体、奥氏体、渗碳体是基本相，分别为单相组织，珠光体和莱氏体则是由基本相组成的多相组织。贝氏体：含量具有一定饱和程度的铁素体和极分散的渗碳体所组成的混合物。

铁碳合金状态图是表示在极缓慢冷却（或极缓慢加热）的情况下，不同成份的铁碳合金的状态或组织随温度变化的一种图形。二.铁碳合金状态图铁碳合金状态图1.Fe-Fe3C状态图中几个主要临界点点的符号温度含碳量意义ACDEGS153811481227114891272704.36.692.1100.77纯铁的熔点共晶点LA+Fe3C渗碳体熔点碳在γ-Fe中最大溶解度α-Feγ-Fe纯铁的同素异体共析点AF+Fe3C2.Fe-Fe3C状态图中的特性物理意义物理线意义ACDAECFGSESECFPSK铁碳合金液相线铁碳合金的固相线冷却时，从奥氏体中析出铁素体的开始线。用A3表示碳在奥氏体中溶解度线。用Acm表示LA+Fe3C共晶转变线AF+Fe3C共析转变线。用A1表示

（1）钢（含碳量＜2.11%的铁碳合金称为钢）亚共析钢：含C＜0.77%，室温组织主要是F+P

共析钢：含C=0.77%，室温组织全部是P

过共析钢：含C＞0.77%，室温组织主要是P+Fe3CⅡ3.铁碳合金的分类

铁碳合金分为：钢、白口铁（2）白口铁（含碳量在2.11~6.69之间的铁碳合金）亚共晶白口铁：C＜4.3%，室温组织是P+Fe3CⅡ+L/d

共晶白口铁：C=4.3%，室温组织是L/d（低温莱氏体）过共晶白口铁：C＞4.3%，室温组织是

Fe3CⅡ+L/d

一般将含碳量＞2.11％（一般为2.5~4%)的铁碳合金称为铸铁

钢经过加热获得奥氏体组织后，如在不同的条件下冷却，最后得到使钢获得不同的机械性能。三.钢在冷却时的转变1.过冷奥氏体的等温转变奥氏体在临界温度A1以下是不稳定的，必然要发生转变，但并不是一冷到A1温度以下就立即发生转变，它在转变前要需要停留一段时间，这个时间称为孕育期。在A1温度下暂时存在的，处于不稳定状态的奥氏体称为“过冷奥氏体”。

将高温奥氏体迅速冷却到低于A1的某一温度，并保持恒温，让过冷奥氏体在此温度完成其转变的过程，称为过冷奥氏体的等温转变。过冷奥氏体在不同温度进行等温转变，将获得不同的组织和性能。

全面表示过冷奥氏体的转变温度与转变产物之间关系的图形，称为奥氏体等温转变曲线。

由于其曲线形状与“C”字母相似，故奥氏体等温转变曲线又称为C曲线。下图为共析钢（0.77%含碳量）的C曲线。（1）过冷奥氏体等温转变曲线的建立

由图可知，在C曲线拐弯的“鼻尖”处(约550℃)，孕育期最短，此时过冷奥氏体最不稳定，易分解。

图中a为开始转变点，b为转变终了点，aa’是过冷奥氏体转变开始线，在转变开始线左边是过冷奥氏体区。bb’为过冷奥氏体终了线，在转变终了线右边，转变已经完成，是转变产物区。aa’线与bb’为过冷奥氏体与转变产物共存的过度区。A1—奥氏体向珠光体转变的临界温度Ms—过冷奥氏体转变为马氏体的开始温度，约230℃Mf—过冷奥氏体转变为马氏体的终了温度，约-50℃（2）过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能组织名称符号形成温度范围显微组织特征硬度（HRC）珠光体PA1-650℃粗片状混合物＜25索氏体S650-600细片状混合物25-35屈氏体T600-550极细片状混合物35-40上贝氏体B上550-350羽毛状组织40-45下贝氏体B下350-Ms黑色针状组织45-55（3）冷却速度对奥氏体转变产物的影响（以共析钢为例）V1-转变产物为珠光体，相当于随炉冷却（10℃/分）V2-转变产物为索氏体，相当于空冷（10℃/秒）V3-相当于油冷（150℃/秒），转变产物一部分为屈氏体，另一部分为马氏体（因为冷却线未与转变终了线相交）。V4-相当于水冷（600℃/秒），冷却过快，过冷奥氏体来不及分解便被冷却到Ms以下，全部转变为马氏体V临-恰好与C曲线的开始转变温度相切，是奥氏体不发生分解而全部冷却到Ms以下向马氏体转变的最小冷却速度，称为临界冷却速度。只要V＞V临就得到全部马氏体组织。

（4）马氏体转变当冷却速度大于V临时，奥氏体很快过冷到Ms以下，γ-Fe晶格迅速向

α-Fe晶格转