铁碳合金与铁碳合金相图

铁碳合金与铁碳合金相图

1 铁碳合金的基本组织

1.1. 铁素体

碳与α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F表示。强度和硬度低，塑性和韧性好。

1.2. 奥氏体

碳与γ-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用A表示。高温组织，在大于727℃时存在。塑性好，强度和硬度高于F，在锻造、轧制时常要加热到A，提高塑性，易于加工。

1.3. 渗碳体

铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。用Fe3C

1.4. 珠光体

F与Fe3C混合物。强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。

1.5. 莱氏体

A与Fe3C混合物硬度高，塑性差。

2 铁碳合金状态图

2.1 状态图主要点线

主要点

主要线：

ABCD线

液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。

AHJECF线

固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化

GS线

A3线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A

ES线

Acm线，C在A中溶解度曲线

ECF线

共晶线，含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物，莱氏体。

PSK线

共析线，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体2.2 铁碳合金分类

2.2.1 钢含C量0.0218～2.11%

共析钢含C量0.77%

亚共析钢0.0218-0.77%

过共析钢0.77-2.11%

2.2.2 白口铸铁 2.11-6.69%

共晶白口铸铁 4.3%

亚共晶白口铸铁 2.11-4.3%

过共晶白口铸铁 4.3-6.69%

2.3 铁碳合金相图的作用

在铸造方面

选择合适的浇铸温度，流动性好

在煅造方面

选择合适的温度区，奥氏体区

在热处理方面

退火，正火，淬火等

2.4 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响

一、含碳量对平衡组织的影响

室温下，铁碳合金均由α+ Fe3C两相组成

随含碳量不同，可分为七个典型组织区

二、含碳量对机械性能的影响

•珠光体P：为F + Fe3C的混合物，呈层片状，由于Fe3C的强化作用，珠光体性能较好；

•亚共析钢：由F + P组成，随碳量增加，珠光体量增加，强度性能提高；

•过共析钢：P+ Fe3C(II)组成，当含碳量<1%，Fe3C(II)断续分布在晶界处，强度提高；当含碳量>1%，Fe3C(II)呈网状分布在晶界处，强度性能下降。

•莱氏体：硬而脆

铁碳合金相图及平衡组织分析

实验三铁碳合金相图及平衡组织分析 一、实验目的 1.认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征； 2.了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，建立Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系 3.了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律 4.掌握金相显微镜用铁碳合金样品的制备 二、实验原理 通常将碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的Fe-C合金称为铁，根据铁碳二元相图（图1），它们在室温下组成相都是铁素体和渗碳体，但是它们在纤维组织上却有很大的差异。 按组织分区的Fe-Fe3C相图 （一）铁碳合金中的几种基本相和组织 （1）铁素体（F）。它是碳在α-Fe中的固溶体，为体心立方晶格。具有磁性及良好的塑性，硬度较低。用3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形晶粒。亚共析钢中，铁素体呈现块状分布；当碳含量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体（共析体）周围。 （2）渗碳体（Fe3C，又称Cementite），它是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量

为6.69%。用3%-4%的硝酸酒精溶液寝蚀后，呈现亮白色；若用热苦味酸钠溶液寝蚀，则渗碳体呈现黑色而铁素体仍为白色，由此可以区别铁素体与渗碳体。此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈现不同的的形态：一次渗碳体，从液相中析出，呈现条状；二次渗碳体（次生相），从奥氏体中析出，呈现网络状，沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈现颗粒状；三次渗碳体，从铁素体中析出，常呈现颗粒状；共晶渗碳体与奥氏体同时生长，称为莱氏体；共析渗碳体与铁素体同时生长，称为珠光体。 （3）珠光体（P），它是铁素体和渗碳体的机械混合物，是共析转变的产物。由杠杆定律可以求得铁素体和渗碳体的含量比为8:1。因此，铁素体后，渗碳体薄。硝酸酒精寝蚀后可观察到两种不同的组织形态。 1）片状珠光体，它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层状组织，腈硝酸酒精溶液寝蚀后，在不同放大倍数下，可以观察到具有不同特征的层片状组织。 2）球状珠光体，其组织的特征是在亮白色的铁素体基体上，均匀分布着白色的渗碳体颗粒，其边界呈现暗黑色。 ），室温时是珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的机械混合（4）莱氏体（L d 物，它是碳含量为4.3%的液态共晶白口铁在1148o C发生共晶反应所形成的共晶体（奥氏体和共晶体渗碳体），其中奥氏体在继续冷却时析出二次渗碳体，在727o C以下分解为珠光体。因此，莱氏体的显微组织特征实在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着黑色半点或者细条状的珠光体。 （二）、铁碳合金在室温下的显微组织特征 （1）工业纯铁。碳含量小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁，它为两相组织，即有铁素体和三次渗碳体组成。图2所示为工业纯铁的显微组织，其中黑色线条为铁素体的晶界，亮白色基体是铁素体的多边形状等轴晶粒。 图2 工业纯铁显微组织图3 亚共析（45号）钢的显微组织（2）碳钢

铁碳合金相图

铁碳合金的结晶 一.铁碳相图☆提示：重点内容 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe 3C、Fe 2 C、FeC等, 有实用意义并被深 入研究的只是Fe-Fe 3C部分，通常称其为 Fe-Fe 3 C相图, 此时相图的组元为Fe 和Fe 3 C。 Fe-Fe 3 C相图

Fe-Fe C相图中各点的温度、碳含量及含义 3 1. 铁碳合金的组元 (1)Fe 铁是过渡族元素, 熔点或凝固点为1538℃, 相对密度是7.87g/cm3。纯铁从液态结晶为固态后, 继续冷却到1394℃及912℃时, 先后发生两次同素异构转变。（见2-1-2） ？纯铁是如何结晶的

工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、塑性好。主要机械性能如下： 抗拉强度极限σ b 180MPa～230MPa 抗拉屈服极限σ 0.2 100MPa～170MPa 延伸率δ 30%～50% 断面收缩率ψ 70%～80% 冲击韧性 a k 1.6×106J/m2～2×106 J/m2 硬度 50HB～80HB (2) Fe 3C Fe 3 C是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 通常称为渗 碳体, 用Cm表示。

渗碳体的机械性能特点是硬而脆, 大致性能如下： 2. 铁碳合金中的相 Fe-Fe 3 C相图中存在五种相。 ①液相L 液相L是铁与碳的液溶体。 ②δ相δ相又称高温铁素体, 是碳在δ-Fe中的间隙固溶体, 呈体心立方晶格, 在1394℃以上存在, 在1495℃时溶碳量最大, 为0.09%。 ③α相α相也称铁素体, 用符号F或α表示, 是碳在α-Fe 中的间隙固溶体, 呈体心立方晶格。铁素体中碳的固溶度极小, 室温时约为0.0008%, 600℃时为 0.0057%, 在727℃时溶碳量最大, 为0.0218%。铁素体的性能特点是强度低、硬度低、塑性好。其机械性能与工业纯铁大致相同。 ④γ相相常称奥氏体, 用符号A或γ表示, 是碳在γ-Fe中的间隙固溶体, 呈面心立方晶格。奥氏体中碳的固溶度较大, 在1148℃时溶碳量最大达2.11%。奥氏体的强度较低, 硬度不高, 易于塑性变形。 ⑤Fe 3C相 Fe 3 C相是一个化合物相, 其晶体结构和性能已于前述, 渗碳体 根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 3. 相图中重要的点和线

铁碳合金相图及结晶组织变化

铁碳合金相图及结晶组织变化 铁碳合金的组元和相 一、基本概念 铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金 碳钢：含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金 铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金 铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。 注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69%）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是F e-Fe3C 二、组元 1.纯铁 纯铁指的是室温下的α-Fe，强度、硬度低，塑性、韧性好。 2.碳 碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和石墨，它们是同素异构体。 3.碳在铁碳合金中的存在形式有三种： C与Fe形成金属化合物，即渗碳体； C以游离态的石墨存在于合金中。 C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体； A. 铁素体：C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号“F”或“α”表示，铁素体是一种强度和硬度低，而塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可稳定存在。 B. 奥氏体：C溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号“A”或“γ”表示，奥氏体强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。 C. C与Fe形成金属化合物：即渗碳体Fe3C，Fe与C组成的金属化合物，Fe与C组成的金属化合物，含碳量为6. 69％。以“Fe3C”或“Cm”符号表示，渗碳体的熔点为1227℃，硬度很高(HB＝800)而脆，塑性几乎等于零。渗碳体在钢和铸铁中，一般呈片状、网状或球状存在。它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相。碳在a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。 铁碳合金相图的分析 1.铁碳合金相图由三个相图组成：包晶相图、共晶相图和共析相图； 2.相图中有五个单相区：液相L、高温铁素体δ、铁素体α、奥氏体γ、渗碳体Fe3C；

铁碳合金相图分析

第四章铁碳合金 第一节铁碳合金的相结构与性能 一、纯铁的同素异晶转变 δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 体心面心体心 同素异晶转变——固态下,一种元素的 晶体结构 随温度发生变化的 现象. 特点： 是形核与长大的过程重结晶 将导致体积变化产生内应力 通过热处理改变其组织、结构→ 性能 二、铁碳合金的基本相 基本相定义力学性能溶碳量 铁素体 F碳在α-Fe中的 间隙固溶体强度,硬度低,塑性, 韧性好 最大% 奥氏体 A碳在γ-Fe中的 间隙固溶体 硬度低,塑性好最大% 渗碳体Fe3C Fe与C的金属化 合物 硬而脆 800HBW,δ↑=αk=0 %

第二节铁碳合金相图一、相图分析 两组元：Fe、 Fe3C 上半部分图形二元共晶相 图 共晶转变： 1148℃ 727℃ → + Fe3C → P + Fe3C莱氏体Ld Ld′ 2、下半部分图形共析相图 两个基本相：F、Fe3C 共析转变： 727℃ → + Fe3C 珠光体P 二、典型合金结晶过程 分类： 三条重要的特性曲线

① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终 了线. ② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳 体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线. ③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727oC时达到最大值%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300oC以下溶碳量小于%.因此当铁素体从727oC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ. 工业纯铁<%C 钢——亚共析钢、共析钢%C、过共析钢 白口铸铁——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L → L+A → A → PF+Fe3C L → L+A → A → A+F →P+F L → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ

铁碳合金相图分析

第四章铁碳合金相图 教学目的及其要求 通过本章学习，使学生们掌握铁碳合金的基本知识，学懂铁碳相图的特征点、线及其意义，了解铁碳相图的应用。 主要内容 1．铁碳合金的相组成 2．铁碳合金相图及其应用 3．碳钢的分类、编号及应用 学时安排 讲课4学时 教学重点 1．铁碳合金相图及应用 2．典型合金的结晶过程分析 教学难点 铁碳合金相图的分析和应用。 教学过程 第一节纯铁、铁碳合金中的相 一、铁碳合金的组元 铁：熔点1538℃，塑性好，强度硬度极低，在结晶过程中存在着同素异晶转变。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。 由于纯铁具有同素异构转变，在生产上可以通过热处理对钢和铸铁改变其组织和性能。 碳：在Fe－Fe3C相图中，碳有两种存在形式：一是以化合物Fe3C形式存在；二是以间隙固溶体形式存在。 二、铁碳合金中的基本相 相：指系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面隔开的均匀组成部分。 铁碳合金系统中，铁和碳相互作用形成的相有两种：固溶体和金属化合物。固溶体是铁素体和奥氏体；金属化合物是渗碳体。这也是碳在合金中的两种存在形式。 1．铁素体

碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用α或者F表示，为体心立方晶格结构。塑性好，强度硬度低。 2．奥氏体 碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用γ或者A表示，为面心立方晶格结构。塑性好，强度硬度略高于铁素体，无磁性。 3．渗碳体Fe3C：晶体结构复杂，含碳量6.69％，熔点高，硬而脆，几乎没有塑性。 渗碳体对合金性能的影响： （1）渗碳体的存在能提高合金的硬度、耐磨性，使合金的塑性和韧性降低。 （2）对强度的影响与渗碳体的形态和分布有关： 以层片状或粒状均匀分布在组织中，能提高合金的强度； 以连续网状、粗大的片状或作为基体出现时，急剧降低合金的强度、塑性韧性。 二、两相机械混合物 珠光体：铁素体与渗碳体的两相混合物，强度、硬度及塑性适中。 莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物；室温下为珠光体与渗碳体的混合物，又硬又脆。 铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体为铁碳合金中的基本组织，是铁碳合金中的组织组成物。 组织组成物：指构成显微组织的独立部分，可以是单相，也可以是两相或多相混合物。 显微组织：指在金相显微镜下所观察到的金属及合金内部的微观形貌，包括相和晶粒的形态、大小、分布等。 第二节铁碳合金相图 一、相图中的点（14个） 1．组元的熔点： A (0, 1538) 铁的熔点；D (6.69, 1227) Fe3C的熔点 2．同素异构转变点：N（0, 1394）δ-Fe ?γ-Fe；G（0, 912）γ-Fe?α-Fe 3．碳在铁中最大溶解度点： P（0.0218，727），碳在α-Fe中的最大溶解度 E（2.11，1148），碳在γ-Fe 中的最大溶解度 H (0.09，1495)，碳在δ-Fe中的最大溶解度 Q（0.0008，RT），室温下碳在α-Fe中的溶解度

铁碳合金相图

铁碳合金相图 用以温度为纵坐标，以碳含量为横坐标的图解方法，表示在接近平衡或亚稳状态下，以铁碳为单元组成的合金，在不同温度下相与相之间关系的图称为铁碳平衡图，也称为铁碳相图。它是研究铁碳合金的基础，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、冶炼和铸造等工艺依据，对了解我们厂内金属材料，尤其认识、理解锅炉管材有重要的意义，对后续想做好锅炉四管运行和维护也都是重要的基础。 一、基本概念 1）我们日常接触的“铁、钢”等其实都是合金，含铁、碳、硫、硅等等，要认识了解所熟知的“铁、钢”就必须先认识他们中最基础的两种元素，纯铁和碳。纯铁在1394℃以上以体心立方结构（δ-Fe）稳定存在，温度下降，在912～1394℃范围内发生同素异构转变，以面心立方晶格的γ-Fe稳定存在，在912℃以下又重新回复到体心立方晶格的α-Fe，说体心立方体、面心立方体都离不开另一个主角碳，就是碳在以铁元素构成的立方体中在其体心或者面心。 2）碳溶入α-Fe和γ-Fe中所形成的固溶体称为铁素体和奥氏体。当含量超过铁素体和奥氏体的溶解度时，则会出现金属化合物相Fe3C，称为渗碳体。 3）碳原子溶入δ-Fe中所形成的固溶体称为高温铁素体。它在1394℃以上的高温出现，对工程上应用的铁碳合金的组织和性能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。 4）铁碳合金相图的基本组成相是铁素体、奥氏体和渗碳体，这里引出这三个体，具体理解如下。 1、铁素体 碳原子溶入α-Fe中形成的间隙固溶体，称做铁素体，如图1所示。由于体心立方晶格的α-Fe的晶格间隙半径只有0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以碳在铁素体中的溶解度很小。在727℃时最大固溶度为0.0218%，而在室温时碳的固溶度几乎降为零。因此，常温下铁素体的力学性能与纯铁相近，铁素体有优良的塑性和韧性，但强度，硬度较低，在铁碳合金中是软韧相，铁素体是912℃以下的平衡相，也称做常温相，其显微组织图如图2所示。在铁碳相图中铁素体用符号F或α表示。

铁碳相图分析

铁碳合金相图 从某种意义上讲，铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。 一、铁碳合金中的基本相 铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体，Fe—Fe3C 相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。 1,铁素体(ferrite) 铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体,用符号"F"(或α)表示,体心立方晶格; 虽然BCC的间隙总体积较大,但单个间隙体积较小,所以它的溶碳量很小,最多只有0.0218%(727℃时),室温时几乎为0,因此铁素体的性能与纯铁相似,硬度低而塑性高,并有铁磁性. 铁碳合金中的基本相

铁素体的力学性能特点是塑性,韧性好,而强度,硬度低. δ=30%~50%,AKU=128~160J σb=180~280MPa,50~80HBS. 铁碳合金中的基本相 铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液浸蚀后, 在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈 断续的网状分布在珠光体的周围. 铁碳合金中的基本相 2,奥氏体(Austenite ) 奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,用符号"A"(或γ)表示,面心立方晶格; 虽然FCC的间隙总体积较小,但单个间隙体积较大,所以它的溶碳量较大,最多有2.11%(1148℃时),727℃时为0.77%. 铁碳合金中的基本相 在一般情况下, 奥氏体是一种高温组织,稳定存在的温度范围为727~1394℃,故奥氏体的硬度低,塑性较高,通常在对钢铁材料进行热变形加工,如锻造,热轧等时,都应将其加热成奥氏体状态,所谓"趁热打铁"正是这个意思.σb=400MPa,170~220HBS,δ= 40%~50%. 另外奥氏体还有一个重要的性能,就是它具有顺磁性,可用 于要求不受磁场的零件或部件. 铁碳合金中的基本相

铁碳相图和铁炭合金

铁碳相图和铁炭合金 钢与铸铁是现代工业中应用最广泛的合金，其基本组成主要是铁和碳两大元素，若了解钢和铁时，首先必须知道简单的铁碳二元合金的组织与性能。铁与碳可以形成Fe3C，Fe2C，FeC等多种稳定化合物，但含碳量大于5％的铁碳合金在工业上没有应用价值，所以在研究铁碳合金时，仅讨论Fe-Fe3C部分。下面我们要讲的铁碳相图，实际上也就是Fe-Fe3C状态图。碳在铁碳合金中以两种方式存在，即渗碳体(Fe3C)或石墨。本章仅分析Fe-Fe3C相图。 1. 铁碳相图和铁碳合金 a.纯铁：纯铁溶点为1538 ℃，温度变化时会发生同素异构变化。在912℃以 下为体心立方，称α铁(α-Fe)；912 ℃--1394℃之间为面心立方体，称为γ铁(γ-Fe)； 在1394 ℃--1538 ℃(熔点)之间为体心立方被称为δ铁(δ -Fe)。 b.铁的固溶体：碳溶解于α铁或δ铁中形成的固溶体称为铁素体，用α或δ 表示。碳在铁素体中最大溶解度为0.0218％。碳溶解于γ铁中形成的固溶体称为奥氏体，用γ表示。碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11％。 c.渗碳体(Fe3C) ：渗碳体具有复杂的斜方结构，它的硬度很高，塑性几乎为零， 属脆硬相。渗碳体在钢和铸铁中可呈片状、球状、网状、板状。它是钢中主要的强化相。它的量、形态、分布都对钢的性能影晌很大，这一点非常重要，请大家务必注意！ 2 2.铁碳合金的平衡凝固：通常以含碳量的多少来区分钢和铸铁。含碳量在 0.0218-2.11％的铁碳合金称为钢，含碳量大于2.11％的铁碳合金称为铸铁。含碳量小 于0.0218％的铁碳合金则为工业纯铁。下面让我们对照着铁碳相图，分析与我们有关的几条线， a.共析钢(0.77％C，线3) 合金在1-2点温度发生晶体转变L-γ，结晶出奥氏体。 到2点温度结晶完成。2-3点为单相奥聂氏体。在3点温度(727 ℃)发生共析转变，由γ奥氏体转变成为珠光体αp+Fe3C，一般用P表示。珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物。珠光体中的铁素体为88％，渗碳体为12％。 b.亚共析钢(0.0218-0.77％C，线2) 合金在1-2点温度发生转变L- δ，结晶出 铁素体，在2点温度(1495 ℃)后仍有液相剩余，在2-3点温度，剩余的液相转变为L-γ。在3点温度，合金全部为奥氏体。单相奥氏体冷却到4点温度开始析出铁素体α。随温度下降铁素体不断增多，当温度达到5点(727 ℃)时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77％，发生共析转变成珠光体。在5点温度以下该合金的室温组织为铁素体加珠光体α+P。其金相仍为铁素体和渗碳体两相。 c.过共析钢(0.77-2.11％C，线4) 合金在1-2温度发生转变L-γ，结晶出奥 氏体。在2点凝固完成，合金为单一奥氏体，直到3点开始从奥氏体中析出二次渗碳体，直到4点为止。最后得到的组织是珠光体和二次渗碳体(P+Fe3CИ )。

铁碳相图分析

二、铁碳合金相图的分析 Fe-Fe3C相图如图3-25所示。可以看出，Fe-Fe3C相图由三个基本相图（包晶相图、共晶相图和共析相图）组成。相图中有五个基本相：液相L，高温铁素体相δ，铁素体相α，奥氏体相γ和渗碳体相Fe3C。这五个基本相构成五个单相区（其中Fe3C为一条垂线），并由此形成七个两相区：L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、γ+ Fe3C 、γ+α和α+ Fe3C。 图3-25 以相组成物标注的铁碳合金相图 在Fe-Fe3C相图中，ABCD为液相线，AHJECF为固相线。相图中各特征点的温度、成分及其含义如表3-2所示。 点的符号温度 /℃ 含碳量 /% 说明 A 1538 0 纯铁熔点 B 1495 0.53 包晶反应时液相的 成分 C 1148 4.3 共晶点L C ?γE+ Fe3C D 1227 6.69 渗碳体的熔点 E 1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大 溶解度 F 1148 6.69 渗碳体 G 912 0 γ-Fe ?α-Fe同素 异构转变点 H 1495 0.09 碳在δ-Fe中的最 大溶解度

Fe- Fe3 HJB水平线（1495?C）为包晶线，与该线成分（0.09%~0.53%C）对应的合金在该线温度下将发生包晶转变：L0.53 + δ0.09→γ0.17（式中各相的下角标为相应的含碳量），转变产物为奥氏体。 ECF水平线（1148?C）为共晶线，与该线成分（2.11%~6.69%C）对应的合金在该线温度下将发生共晶转变：L4.3→γ2.11 + Fe3C。转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用符号“Le”表示。莱氏体的组织特点为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。 PSK水平线（727?C）为共析线，与该线成分（0.0218%~6.69%C）对应的合金在该线温度下将发生共析转变：γ0.77→α0.0218+ Fe3C。转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用符号“P”表示。珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布，性能介于两相之间。共析线又称为A1线。 此外，Fe- Fe3C相图中还有六条固态转变线： GS、GP为γ?α固溶体转变线，HN、JN为δ?γ固溶体转变线，例如，GS线是冷却时铁素体从奥氏体中析出开始、加热时铁素体向奥氏体转变终了的温度线。GS线又称为A3线，JN线又称为A4线。 ES线为碳在γ-Fe中的固溶线。在1148?C，碳的溶解度最大，为2.11%，随温度降低，溶解度下降，到727?C 时溶解度只有0.77%。所以含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148?C冷至727?C 时，会从奥氏体中析出渗碳体，称为二次渗碳体，标记为Fe3C II。二次渗碳体通常沿奥氏体晶界呈网状分布。ES线又称为A cm线。 PQ线为碳在α-Fe中的固溶线。在727?C，碳的溶解度最大，为0.0218%，随温度降低，溶解度下降，到室温时溶解度仅为0.0008%。所以铁碳合金自727?C向室温冷却的过程中，将从铁素体中析出渗碳体，称为三次渗碳体，标记为Fe3C III。因其析出量极少，在含碳量较高的合金中不予以考虑，但是对于工业纯铁和低碳钢，因其以不连续网状或片状分布于铁素体晶界，会降低塑性，所以对于Fe3C III的数量和分布还是要加以控制。

铁碳相图详解

三、典型铁碳合金的平衡结晶过程 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴工业纯铁（<0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。 ⑵碳钢（0.0218%~2.11%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%~2.11%C）。 ⑶白口铸铁（2.11%~6.69%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C） 下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。 图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置 ㈠工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程 合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。在4~5点之间，不发生组织转变。冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。在6-7点之间冷却，不发生组织转变。温度降到7点，开始沿铁素体晶 界析出三次渗碳体Fe 3C III 。7点以下，随温度下降，Fe 3 C III 量不断增加，室温下Fe 3 C III 的最大 量为： % 31 .0 % 100 0008 .0 69 .6 0008 .0 0218 .0 3 = ⨯ - - = Ⅲ C Fe Q 。图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。 工业纯铁的室温组织为α+Fe 3C III ，如图3-28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe 3 C III 。

铁碳合金相图详细讲解

第三章 铁碳合金相图 非合金钢[（GB ／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。 铁与碳可以形成一系列化合物：C Fe 3、C Fe 2、FeC 等。C Fe 3的含碳量为6.69％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是 Fe -C Fe 3相图。相图的两个组元是Fe 和C Fe 3。 3.1 Fe -C Fe 3系合金的组元与基本相 3.l.l 组元 ⑴纯铁 Fe 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为2/m kg 3107.87?。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变），即： δ-Fe （体心）γ-Fe （面心）α-Fe （体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b σ=180～230MPa ，屈服强度2.0σ＝100～170MPa ，伸长率=δ30～50％，硬度为50～80HBS 。 可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。 ⑵C Fe 3 C Fe 3是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm 表示。C Fe 3具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV ，抗拉强度 b σ=30MPa ，伸长率0=δ。 3.1.2 基本相 Fe -C Fe 3相图中除了高温时存在的液相L ，和化合物相C Fe 3外，还有碳溶于铁形成的 几种间隙固溶体相： ⑴高温铁素体 碳溶于δ-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 ⑵铁素体 碳溶于α-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F 表示。F 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。 ⑶奥氏体 碳溶于γ-Fe 的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或A 表示。奥氏体中

铁碳合金与铁碳合金相图

铁碳合金与铁碳合金相图 1 铁碳合金的基本组织 1.1. 铁素体 碳与α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F表示。强度和硬度低，塑性和韧性好。 1.2. 奥氏体 碳与γ-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用A表示。高温组织，在大于727℃时存在。塑性好，强度和硬度高于F，在锻造、轧制时常要加热到A，提高塑性，易于加工。 1.3. 渗碳体 铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。用Fe3C 1.4. 珠光体 F与Fe3C混合物。强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。 1.5. 莱氏体 A与Fe3C混合物硬度高，塑性差。 2 铁碳合金状态图 2.1 状态图主要点线 主要点

主要线： ABCD线 液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。 AHJECF线 固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化 GS线 A3线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A ES线 Acm线，C在A中溶解度曲线 ECF线 共晶线，含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物，莱氏体。 PSK线 共析线，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体2.2 铁碳合金分类 2.2.1 钢含C量0.0218～2.11% 共析钢含C量0.77% 亚共析钢0.0218-0.77% 过共析钢0.77-2.11% 2.2.2 白口铸铁 2.11-6.69% 共晶白口铸铁 4.3% 亚共晶白口铸铁 2.11-4.3% 过共晶白口铸铁 4.3-6.69% 2.3 铁碳合金相图的作用 在铸造方面 选择合适的浇铸温度，流动性好 在煅造方面 选择合适的温度区，奥氏体区 在热处理方面

铁碳合金相图分析及应用

第五章铁碳合金相图及应用 [重点掌握] 1、铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌； 2、根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程； 3、铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系。 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等, 有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为Fe-Fe3C相图,相图中的组元只有Fe和Fe3C。 第一节铁碳合金基本相 一、铁素体 1．δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。 2．α相铁素体（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。 F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%） 二、奥氏体 γ相奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相） 强度低，易塑性变形

三、渗碳体 Fe3C相（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 第二节Fe-Fe3C相图分析 一、相图中的点、线、面 1．三条水平线和三个重要点 （1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495摄氏度，C%=0.09-0.53% L+δ→A （2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。冷却到1148℃时, C点成分的L发生共晶反应：L →A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳体）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe3C三相共存。 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Le表示。

铁碳合金相图

第二节 Fe-Fe3C 相图 相图：表示在平衡条件下（极其缓慢加热和冷却）合金成分、温度、组织状态之间的关系图形称为合金相图，又称合金状态图。本节主要讨论铁碳合金相图。 相图测定方法：最常用的相图测定方法为热分析法，即对合金系中不同成分的合金进行加热熔化，观察在极其缓慢加热和冷却过程中内部组织的变化，测出其相变临界点，并标于“温度——成分”坐标中，绘成相图。（以Cu-Ni相图为例,点击此处可观看Cu-Ni合金相图测定原理） 由于Wc>6.69%的铁碳合金脆性极大，加工困难，生产中无实用价值，并且Fe3C（Wc = 6.69%）可以作为一个独立组元。因此，我们仅研究Wc为0%~ 6.69%的Fe-Fe3C相图部分。为便于研究，将相图左上角部分简化，得到简化后的Fe-Fe3C相图。 一、Fe-Fe 3 C相图分析 相图分析思路：特性点--- →特性线--- →相 区 简化后的Fe-Fe3C相图可看作由两个简单组元组成的典型二元相图，图中纵坐标表示温度，横坐标表示成分。左端原点Wc=0%，即纯铁；右端点Wc=6.69%，即Fe3C。横坐标上任何一个固定的成分均代表一种铁碳合金。例如S点，表示Wc=0.77%的铁碳合金。

Fe-Fe C相图 3 C相图的特性点 1、Fe-Fe 3 Fe-Fe3C相图中特性点的成分和温度与被测材料纯度和测试条件有关，故在不同资料中，各特性点位置略有不同。各特性点的温度、成分及含义见下表。 Fe-Fe3C相图特性点 特性点温度t/℃Wc/% 含义 A1538 0 纯铁的熔点 C1148 4.3 共晶点，LC→ld D1227 6.69 渗碳体的熔点（计算值） E1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度 G912 0 纯铁的同素异晶转变点，α-Fe→γ-Fe

最全的铁碳相图

最全的铁碳相图 首先，想要了解铁碳合金、铁碳相图，则需要一些准备知识，比如合金、相、组元成分的概念等，基本如下： 合金：一种金属元素与另外一种或几种元素，通过熔化或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。 相：合金中同一化学成分、同一聚集状态，并以界面相互分开的各个均匀组成部分。 固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 金属化合物：合金的组元间以一定比例发生相互作用儿生成的一种新相，通常能以化学式表示其组成。 铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于α-Fe和γ-Fe 晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。 在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。 1.铁素体 铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”(或α)表示，体心立方晶格；虽然BCC的间隙总体积较大，但单个间隙体积较小，所以它的溶碳量很小，最多只有0.0218%(727℃时)，室温时几乎为0，因此铁素体的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高，并有铁磁性。 δ=30%~50%，A KU=128~160J，σb=180~280MPa，50~80HBS. 铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围。 2.奥氏体

铁碳相图以及铁碳合金

铁碳相图以及铁碳合金Post By：2021-12-6 16:33:51 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的根本组**是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3 C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个局部。由于化合物是硬脆相5％〕，因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3 C局部。，后面三局部相图实际上没有应用价值〔工业上使用的铁碳合金含碳量不超过化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图〔图1〕。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体构造。纯铁的同素异晶转变如下：

由于Fe的晶体构造不同，C在Fe中的溶解度差异较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体构造，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低〔室温下含碳仅为0.005%〕，所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁一样〔图2〕 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体构造的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度(H B170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立

铁碳合金相图

铁碳合金相图 非合金钢[（GB ／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。 铁与碳可以形成一系列化合物：C Fe 3、C Fe 2、FeC 等。C Fe 3的含碳量为6.69％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是Fe -C Fe 3相图。相图的两个组元是Fe 和C Fe 3。 3.1 Fe -C Fe 3系合金的组元与基本相 3.l.l 组元 ⑴纯铁 Fe 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为 2/m kg 3107.87⨯。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变） ，即： δ-Fe （体心） γ-Fe （面心） α-Fe （体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b σ=180～230MPa ，屈服强度2.0σ＝100～170MPa ，伸长率=δ30～50％，硬度为50～80HBS 。 可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。 ⑵C Fe 3C Fe 3是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm 表示。C Fe 3具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV ，抗拉强度b σ=30MPa ，伸长率0=δ。 3.1.2 基本相 Fe -C Fe 3相图中除了高温时存在的液相L ，和化合物相C Fe 3外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： ⑴高温铁素体 碳溶于δ-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 ⑵铁素体 碳溶于α-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F 表示。F 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。 ⑶奥氏体 碳溶于γ-Fe 的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或A 表示。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时最大达2.11％。奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变形。 3.2Fe -C Fe 3相图 3.2.1 Fe -C Fe 3相图中各点的温度、含碳量及含义 Fe -C Fe 3相图及相图中各点的温度、含碳量等见图3.1及表3.1所示。