晶粒，晶界较直。强
度低、塑性好，钢材
热加工都在A 区进行.

碳钢室温组织中无奥
氏体。
奥氏体

物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异 构转变。同素异构转变属于
纯铁的同素异构转变
相变之一—固态相变。

铁的同素异构转变

铁在固态冷却过程中有两次
晶体结构变化，其变化为： -Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe


Fe
Fe3C
Fe2C
FeC
C%(at%) →
C
铁碳合金相图是
研究铁碳合金最 基本的工具，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
铸造等工艺依据.
一、铁碳合金的基本相和性能

⑴ 铁素体： 碳在-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。
点间转变为 A。
到 S 点发生共析
转变：
AS⇄FP+Fe3C,
A 全部转变为
珠光体。
1点以上：L
℃
+
1～2点：LA
2～3点：A
+
+
3～3'点： AP
3'点以下：P

珠光体在光镜下呈指纹状. 转变结束时，珠光体中相 的相对重量百分比为：
SK 6.69 0.77 QF 88.8%, PK 6.69 0.0218 Q Fe3C 100% 88.8% 11.2%
奥氏体 渗碳体 珠光体 莱氏体
珠光体：共析反应的产物，是 F与 Fe3C片层相间的两 莱氏体：共晶反应的产物，高温莱氏体是A与Fe3C两 相混合物, 室温莱氏体是珠光体与Fe3C的两相混合物
二、铁碳合金相图的分析
相图的简化

⒈ 特征点
⇄
L+Fe3C
⇄ ⇄ ⇄
⇄
⇄


⒉ 特征线
⑴ 液相线—ACD， 固相线—AECF

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)

(一) 共析钢的结晶过程

合金液体在 1-2
铁素体


都是体心立方间隙固溶体。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%。

铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。

⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体 大，1148℃时最大为2.11%。 组织为不规则多面体
铁碳合金相图与共析钢结晶过程 1、铁碳合金的基本相与性能
2、铁碳合金相图与共析钢结晶过程
3、含碳量对铁碳合金组织性能的影响
4、铁碳合金相图的应用

铁碳合金—碳钢和 铸铁，是工业应用
最广的金属材料。

含碳量为0.0218%
~2.11%的称钢。

含碳量为 2.11%~
6.69%的称铸铁。

铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为相图的组元看待。 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已 无实用价值。 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
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。
铸铁中的石墨
三个基本相：铁素体、奥氏体和渗碳体。但奥氏体一 般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金平衡 组织中只有两个相，就是铁素体和渗碳体。 五种组织组成物：
是构成显微组织的独立部分，可以是单相，也可以是两相或者 多相混合物。
铁素体 相混合物
四、 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响

⒈ 含碳量对室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：
钢 铁 分 类
工 钢 业 共析钢 纯 铁 亚共析钢 过共析钢
白 口 铸 铁


⑶ 两个三相区：
即ECF(L+A+ Fe3C)、PSK(A+F+ Fe3C)两条水平线
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程

铁碳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A

① 亚共析钢
(0.0218~0.77%C)

⑵ 两条水平线： ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C 共晶产物是A与Fe3C的机械 混合物，称作莱氏体, 用Le 表示。为蜂窝状, 以Fe3C为 基，性能硬而脆。
莱氏体

PSK：共析线
S ⇄FP+ Fe3C

L+ Fe3C
共析转变的产物是 F与 Fe3C的机械混合物，称 作珠光体，体。 S点以下，共析 F 中析出 Fe3CⅢ，与共析Fe3C结合

不易分辨。室温组织为P。

室温下，珠光体中两 相的相对重量百分比 是多少？
4L Q QL 6.69 0.77 88.5% 6.69 0.0008
Q
1 2
3
4
9
Q Fe3C 100% 88.5% 11.5%

共析钢的结晶过程
总结：钢的结晶过程
1、共析钢的结晶过程
L → L+A → A → P
相组成物：F，Fe3C 2、亚共析钢的结晶过程 L→L+A → A → A+F → P+F 相组成物：F，Fe3C 3、过共析钢的结晶过程
L→L+A→A→A+Fe3CII→P+Fe3CII
相组成物：F，Fe3C

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。 PSK线又称A1线 。
珠光体


⑶ 其它相线
GS—A⇄ F 固溶
体转变线, GS又
称A3 线。

ES—碳在 -Fe中 的固溶线。又称 Ac m线。 PQ—碳在-Fe 中的固溶线。



⒊ 相区
⑴ 单相区： L、A、F、Fe3C

⑵ 两相区: L+A、 L+Fe3C、A+Fe3C、 A+F、F+Fe3C
1394℃ 912℃

⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。
Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 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。

钢中的渗碳体
由于碳在-Fe中的溶解度