课题四 铁碳合金相图

课题四铁碳合金相图第1页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂第2页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂铁碳相图分析铁碳合金相图中有四个基本相，即液相（L）、奥氏体（A）、铁素体（F）、和渗碳体（Fe3C）它们各有其相应的单项区。相图中的特性点。在铁碳合金相图中，用字母标出的点都有其特定的意义，称作特性点。主要特性点的温度、碳含量及含义见表5-1。第3页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂铁碳合金相图各特性点表5-1

符号温度/℃碳含量(%)含义A点1538℃0%纯铁的熔点C点1148℃4.30%共晶点Lc←→AE+Fe3CD点1227℃6.69%Fe3C的熔点E点1148℃2.11%碳在γ-Fe中的最大溶解度F点1148℃6.69%共晶生成Fe3C的成分G点912℃0%α-Fe←→γ-Fe同素异构转变点P点727℃0.0218%碳在α-Fe中的最大溶解度S点727℃0.77%共析点As→FP+Fe3C第4页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂相图中的特性线

ACD线为液相线。此线以上的区域是液相区，液态合金冷却到此线温度时，便开始结晶.

AECF线为固相线。表示合金冷却到此线温度时将全部结晶成固态.液相线和固相线之间所构成的两个区域，是由液态合金和结晶体组成的两相区。不过这两个区所包含的结晶体不同，液态合金沿AC线结晶出来的是奥氏体，而沿CD线结晶出来的是渗碳体。由液态合金直接析出的渗碳体称为一次渗碳体（Fe3CⅠ）．第5页，共35页，2023年，2月20日，星期四

课题四铁碳合金相图☂相图中的特性线

ECF水平线为共晶反应线C点为共晶点。合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时，C点成分的液相发生共晶反应，生成E点成分的奥氏体和Fe3C。共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物，称莱氏体，以符号Ld表示。PSK水平线为共析反应线S点为共析点。合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时，S点成分的奥氏体发生共析反应，生成P点成分的铁素体和Fe3C。共析反应在恒温下进行，反应过程中，奥氏体、铁素体、Fe3C三相共存。共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体，以符号P表示。第6页，共35页，2023年，2月20日，星期四

课题四铁碳合金相图☂

GS线是合金冷却时自奥氏体中开始析出铁素体的临界温度线，通常称A3线。奥氏体之所以转变成铁素体是γ-Fe→α-Fe同素异晶转变的结果。

☂ES线是碳在奥氏体中的固溶线，通常叫做Acm线。由于在1148℃时A中溶碳量最大可达2.11%，而在727℃时仅为0.77%，因此碳含量大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷却至727℃的过程中，将从奥氏体中析出Fe3C。析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII)。☂PQ线是碳在铁素体中固溶线。在727℃时F中溶碳量最大可达0.0218%，室温时仅为0.0008%，因此，碳含量大于0.0008%的铁碳合金自727℃冷却至室温的过程中，将从F中析出Fe3C，析出的渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII)。第7页，共35页，2023年，2月20日，星期四

课题四铁碳合金相图☂典型铁碳合金结晶过程及组织

铁碳合金按其含碳量及室温组织分类纯铁（wC≤0.0218%）

钢（0.0218%<wC≤2.11%）

亚共析钢（0.0218%<wC<0.77%）共析钢（wC=0.77%）过共析钢（0.77%<wC≤2.11%）白口铸铁（2.11%<wC<6.69%）亚共晶白口铁（2.11%<wC<4.3%）共晶白口铁（wC=4.3%）过共晶白口铁（4.3%<wC<6.69%）第8页，共35页，2023年，2月20日，星期四

课题四铁碳合金相图☂典型铁碳合金结晶过程分析

第9页，共35页，2023年，2月20日，星期四

课题四铁碳合金相图☂工业纯铁结晶过程（含碳0.01%）第10页，共35页，2023年，2月20日，星期四

课题四铁碳合金相图☂工业纯铁的显微组织图第11页，共35页，2023年，2月20日，星期四

课题四铁碳合金相图☂0.77%共析钢结晶过程第12页，共35页，2023年，2月20日，星期四

课题四铁碳合金相图☂共析钢结晶过程（含碳量0.77%）合金冷却时，于1点起从L中结晶出A，至2点全部结晶完了。在2-3点间A不变。至3点时，A发生共析反应生成P。从3点继续冷却至室温，P不发生转变。因此共析钢的室温平衡组织全部为P。即☂L—→L+A—→A—→A+P—→P（F+Fe3C）第13页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂共析钢金相组织图

第14页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂亚共析钢结晶过程示意图第15页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂亚共析钢在3点以上的结晶过程与共析钢相同，当冷却到3点时，由A中析出F，F在A晶界处优先生核并长大，而A和F的成分分别沿GS和GP线变化。至4点时，A的成分变为0.77%C，F的成分变为0.0218%C。此时A发生共析反应，转变为P，F不变化。4点以下继续冷却，组织基本不发生变化，因此室温平衡组织为F+P。即L—→L+A—→A—→A+F—→P+F第16页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图亚共析钢的显微组织图第17页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂过共析钢的结晶过程（含碳量1.2%）第18页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂合金冷却时，从1点起自L中结晶出A，至2点全部结晶完了。在2-3点间A不变，从3点起，由A中析出Fe3CII，Fe3CII呈网状分布在A晶界上。至4点时A的碳含量降为0.77%，发生共析反应转变为P，而Fe3CII不变化。在4-5点间冷却时组织不发生转变。图5-10过共析钢的结晶过程示意图。即

L→L+A→A→A+Fe3CII→P+Fe3CII（网状）第19页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂过共析钢的显微组织第20页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂共晶白口铁的结晶过程第21页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂共晶白口铁的结晶过程:合金Ⅴ冷却到1点(在AC线上)，从液态中先结晶出奥氏体A，温度下降到2点(共晶线上)时，剩余液相转变为高温莱氏体(Ld)，先结晶的A在温度继续下降时转变为P＋Fe3CII，而莱氏体也转变为低温莱氏体(Ld′).☂即L—→L＋A—→A＋Ld—→P＋Fe3CII＋Ld′第22页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂共晶白口铁的显微组织图第23页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂亚共晶白口铁结晶过程第24页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂亚共晶白口铁结晶过程:合金Ⅴ冷却到1点(在AC线上)，从液态中先结晶出奥氏体A，温度下降到2点(共晶线上)时，剩余液相转变为高温莱氏体(Ld)，先结晶的A在温度继续下降时转变为P＋Fe3CII，而莱氏体也转变为低温莱氏体(Ld′).☂即L—→L＋A—→A＋Ld—→P＋Fe3CII＋Ld′第25页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂亚共晶白口铁组织金相图第26页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂过共晶白口铁结晶过程第27页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂过共晶白口铁结晶过程:合金Ⅵ冷却到1(在DC线上)，从液态金属中析出一次渗碳体(Fe3CI)，温度下降到2点(共晶线上)时，剩余液相转变为高温莱氏体(Ld)，先结晶的粗大Fe3CI一直保留到室温，而莱氏体在3点(共析线上)转变为低温莱氏体(Ld′).

☂即:L—→L＋Fe3CI—→Ld＋Fe3CI—→Ld′＋Fe3CI第28页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂过共晶白口铁组织金相图第29页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图☂含碳量对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响含碳量对平衡组织的影响在室温下，碳含量不同的铁碳合金，不仅F和Fe3C的相对量不同，而且合金的组织也不同。铁碳合金的成分—组织存在一定的对应关系。随碳含量增大，组织按下列顺序变化：F、F＋P、P、P＋Fe3CII、P＋Fe3CII＋Ld′、Ld′、Ld′＋Fe3CI、Fe3C第30页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图含碳量小于0.0218%的合金的组织全部为F；含碳达到0.77%时全部为P；含碳4.3%时全部为Ld′；含碳6.69%时全部为Fe3C。第31页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图第32页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁碳合金相图第33页，共35页，2023年，2月20日，星期四课题四铁