4.Fe－Fe3C合金
图
相图 1/3
1）相图形式
§4.1 相图分析—4.Fe－Fe3C合金相图 2/3
2）相图中各点的参数及含义
§4.1 相图分析—4.Fe－Fe3C合金相图 3/3
3）相图中相区
五个单相区：液相区 L 奥氏体 (A) 渗碳体 Fe3C
高温固溶体 铁素体 (F)
七个双相区：L＋ ＋ ＋
组织转变：L
L＋A
A
A＋Fe3CII P＋Fe3CII
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---4.亚共析钢 7/13
续4、过共析钢(C%=0.77~2.11%)
说明：脆性的渗碳体以网分隔了材料，所以材料的性能特点很 脆，工程中使用并不希望出现这种组织。
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---5.共晶白口铁 8/13
L＋
＋ Fe3C ＋Fe3C
L＋ Fe3C
三个三相区：HJB线 L＋＋
ECK线 L ＋ ＋ Fe3C PSK线 ＋ ＋Fe3C
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---1 工业纯铁 1/13
铁碳合金按组织、性能、应用特点分为以下类型：
工业纯铁 (C%<0.02%)
钢
(C%<2.11%) 亚共析钢 共析钢 及其组织---7.过共晶白口铁 13/13
续7、过共晶白口铁(C%=4.3~6.69%)
Fe3C的形式 一次渗碳体Fe3CI 三次渗碳体Fe3CIII (共析)珠光体中
二次渗碳体Fe3CII (共晶)莱氏体中
§4.3 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 1/4 1、碳对室温平衡组织的影响
§4.1 相图分析—3.铁碳合金三相平衡转变 1/1
这是一包晶反应，发生在高温， 并且在随后的冷却过程中组织还 会发生变化，不作讨论。 共晶反应，产物共晶体组织称为 莱氏体，记录Ld(Ledeburite)
共析反应，产物为两相层片交替 分布的共析体组织称为珠光体， 记录P(Pearlite)
§4.1 相图分析—
石墨的性能特点为耐高温，可导电，有一定的润滑性，但 其强度、硬度、塑性和韧性都极低。
§4.1 相图分析—2.铁碳合金中的基本相 1/1
α相 C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由α相 形成的组织称为铁素体，记为 F(Ferrite)。
γ相 C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由γ相 形成的组织称为奥氏体，记为 A(Austenite)。
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---6.亚共晶白口铁 11/13
续6、亚共晶白口铁(C%=2.11~4.3%)
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---7.过共晶白口铁 12/13
7、过共晶白口铁(C%=4.3~6.69%)
组织转变 L
L+Fe3CI Fe3CI+Ld Fe3CI+L’d
3、亚共析钢(C%=0.02~0.77%)
组织转变 L－……－ A F+A
F+P
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---3.亚共析钢 5/13
续3、亚共析钢(C%=0.02~0.77%)
组织相对数量计算：
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---4.过共析钢 6/13
4、过共析钢(C%=0.77~2.11%)
白口铸铁 (C%>2.11%) 亚共晶、共晶、过共晶白口铸铁
灰口铸铁
亚共晶、共晶、过共晶灰口铸铁
1、工业纯铁(C%<0.02%)
含碳量大于Q点(0.008%)时，理论上将从α－Fe中析出的 Fe3C称为三次渗碳体，但这个转变大多被抑制，形成微量的过 饱和状态。 通常的组织为单一铁素体。
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---2 共析钢 2/13
§4.1 相图分析—1. 组元特性 2/2
2）碳
游离的碳有石墨和金刚石两 种晶体结构，在铁碳合金中的游 离态是石墨。石墨(Graphite)具 有简单六方晶格。同一晶面上碳 原子以共价键结合,间距0.142nm 结合力较强，两层晶面的间距为 0.34nm，结合力弱。
石墨晶体长大时，沿层面的长大速度较快，即层面的扩大 快而层的加厚慢，导致其结晶形态通常发展成片状。
第四章 铁碳合金
§4.1 相图分析—1. 组元特性 1/2 1）纯铁 纯铁的同素异晶转变
铁素体的磁性转变温度为770℃(居 里点)，曾经把770－912℃无磁性 (顺磁性)的铁称为β－Fe。
工业纯铁的力学性能特点是强度、硬度 低，塑性、韧性好。
抗拉强度 σb＝180－230Mpa 延伸率 δ＝30－50％ 断面收缩率ψ＝70－80％ 冲击韧性 ak＝160－200J/cm2 硬度 50－60HB
δ相 C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，δ相出 现的温度较高，组织形貌一般不观察，也有称高温铁素体。
Fe3C相 铁和碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为 6.69%，晶体结构是复杂正交晶系，仅由Fe3C相构成的组织称 为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为Cm(Cementite)。 石墨 在铁碳合金中的游离状态下存在的碳为石墨，组织记 G(Graphite)。 L相 碳在高温下熔入液体，相图中标记 L(Liquid)。
2、共析钢 (C%≈0.77%)
相转变过程
组织转变过程 L
L+A
P
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---2 共析钢 3/13
续2、共析钢(C%≈0.77%)
共析转变全部生成共析组织，两相一般为层片状分布，组 织为单一的珠光体。两相的重量比≈两相的厚度比≈8:1
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---3.亚共析钢 4/13
5、共晶白口铁(C%≈4.3%)
组织转变 L
(L＋Ld)
Ld
L’d
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---5.共晶白口铁 9/13
续5、共晶白口铁(C%≈4.3%)
§4.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织---6.亚共晶白口铁 10/13
6、亚共晶白口铁(C%=2.11~4.3%)
组织转变 L L＋A A＋Ld A＋Fe3CII＋Ld P＋A＋Fe3CII＋L’d
§4.3 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 2/4
续1、碳对室温平衡组织的影响
§4.3 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 3/4