47.8%
( WγE = 1-47.8% = 52.2% )
第四节 含碳量对铁碳合 金平衡组织和性能的影响
一、含碳量对平衡组织的影响
随C含量 ，铁碳合金组织变化：
α+Fe3C α+P P P+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’
P+Fe3CⅡ Ld’+Fe3CⅠ
C% ，Fe3C
Fe3C的形态及分布：随C
L'd
共晶白口铸铁的室温组织
亚共晶白口铁 2.11%<C%<4.3%
t1 t2
t3
L
L 初
L 共晶+Fe3C即Ld
共晶 转变
初Fe3CⅡ 共晶Fe3CⅡ
共+Fe3C即P 初+Fe3C即P
室温组织 ：
共析 转变
P +Fe3CⅡ+L'd(P+Fe3C+ Fe3CⅡ)
组织：P+ Fe3CⅡ +L’d （L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ）
共 和析 平钢 衡的 结冷 晶却 过曲 程线
组织：P 组织特征：Fe3C片状分布于F基体上，呈 贝壳状 性能：良好的综合力学性能（具有强度较高 和一定的塑、韧性）
共析钢的室温平衡组织 1000 ×
亚 和共 平析 衡钢 结的 晶冷 过却 程曲
线
亚共析钢 （0.0218% < Wc <0.77%）
L’d
Fe3CІ
过共晶白口铸铁室温组织
三、杠杆定律的应用
1、0.4%C钢
K
组织组成物：α+P
S 0.4 0.77 0.4
Wα
PS
100% 49.5%
0.77 0.0218
WP=1-49.5%=50.5%
相组成物：α+Fe3C
K 0.4 6.69 0.4
Wα
PK
100% 94.3%
6.69 0.0218
WFe3C=1-Wα=1-85.3%=14.7%
3、几种Fe3C量的计算
(1)
Fe3C共析
PS PK
0.77 6.69
0.0218 100% 0.0218
11.22%
( Wα = 1-11.22% = 88.78% )
(2)
Fe3C共晶
EC EF
4.3 2.11 100% 6.69 2.11
共晶白口铁C
过共晶白口铁(CK之间)
2.11~4.3 4.3
4.3~6.69
二、典型合金的平衡结晶过程
曲工
线业
和纯 平铁
(C<0.02%)
衡
结
晶
过 程
的 冷
却
组织：F或F+ Fe3C Ⅲ ，Fe3C Ⅲ 通常沿 晶界析出。 性能：σb 、HBS↓，δ 、Ak↑
晶界
F
工业纯铁的室温平衡组织 250×
Fe3CⅢ(α晶界上) P(α基体上,层片状) Fe3CⅡ网状(原γ晶界) Ld’(基体) Fe3CⅠ(长条状)
二、碳含量对力学性能的影响
1、钢
C% ， Fe3C ， σb ，HB ，ψ ，αk
钢含碳量一般<1.3%。
2、白口铁 Fe3C ，作基体。HB ，ψ ，αk 。 应用不广泛。
三、含碳量对工艺性能的影响
1、为选材提供成分依据；
2、为制定热加工工艺提供依据；
3、使用时的局限性：
(1)、不说明非平衡组织及变化； (2)、不反映相变机理及动力学； (3)、只表示极纯的铁碳合金，不
反映合金钢的情况。
性能：硬而脆。
Fe3CⅡ
A
P
L’d
过共晶白口铁 （4.3% <C%< 6.69%
L
t1
LFe3CⅠ
t2
L +Fe3C 即Ld
共晶 Fe3CⅡ
t3
转变
+Fe3C即P
共析 转变
室温组织: Fe3CⅠ+L'd 即 Fe3CⅠ+[(P+Fe3CⅡ)+Fe3C]
组织：L’d+ Fe3CІ （L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ） 性能：硬而脆。
组织：P+ Fe3CⅡ 组织特征：Fe3CⅡ呈网状分布于层片状P周围 性能特点：硬度高，塑、韧性低
P Fe3C Ⅱ
T12钢退火组织 （4%硝酸酒精浸蚀）
共 线晶 和白 平口 衡铁 结的 晶冷 过却 程曲
共晶白口铸铁（Wc =4.3%）
高温组织：高温莱氏体（Ld→ A+Fe3C ） 室温组织：低温莱氏体（L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ） 性能：硬而脆
1、切削加工性能 硬度在HB170~250时最好。 含碳量：低碳钢：α ，易粘刀；
高碳钢：Fe3C ，HB ； 中碳钢：切削加工性能好。
导热性：γ导热性 ，加工硬化率 ， 切削加工性 。
2、可锻性
C% ，γ态下，可锻性 ； 白口铁不可锻。
3、铸造性
根据相图形状。 共晶白口铸铁，铸造性能好。
四、铁碳相图的应用
6.69 0.0218
WFe3C=1-Wα=1-94.3%=5.7%
2、1.0%C钢
K
组织组成物：P+Fe3CⅡ
K 1 6.69 1
Wα
KS
100% 96.1%
6.69 0.77
WP=1-96.1%=3.9%
相组成物：α+Fe3C
K 1 6.69 1
Wα
PK
100% 85.3%
组织：P＋F
组织特征： 随WC% ↑， ① P% ↑ ，F% ↓ ； ② F形态由块状→断续网状。
性能特点：随WC% ↑， P% ↑， σb 、 HBS ↑， δ 、Ak ↓
a、0.2%C
b、0.45%C c、0.6%C
过 和共 平析 衡钢 结的 晶冷 过却 程曲
线
过共析钢（0.77% <WC<2.11%）
第三节 铁碳合金的平衡 结晶过程及组织
一、铁碳合金的分类
名称Leabharlann C含量%工业纯铁(P以左)
<0.0218
钢P(0.02C%） 亚共析钢(PS之间) ~E(2.11C%)
共析钢S
0.0218~0.77 0.77
过共析钢(SE之间)
0.77~2.11
白口铁 亚共晶白口铁(EC之间)
E(2.11C%)~ K(6.69C%)