第 二 节 铁碳合金状态图
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。
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。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
一、Fe - Fe3C 相图的建立
4. 铁碳合金分类
（1） 工业纯铁 <0.0218% C 亚共析钢 <0.77% C
（2） 碳钢 共析钢 0.77% C 过共析钢 >0.77% C 亚共晶白口铸铁<4.3% C
（3） 白口铸铁 共晶白口铸铁 4.3% C 过共晶白口铸铁 >4.3% C
三、典型铁碳合金的结晶过程
1 1)共析钢的结晶过程
1 3)过共析钢的结晶过程
T12钢组织
室温组织：P+Fe3CⅡ
1
补充：工业纯铁的结晶过程
4）共晶白口铁结晶过程
室温组织为： Ld‘ （ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
5）亚共晶白口铁的结晶过程 室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’。
1
6）过共晶白口铁的结
晶过程
室温组织为：Fe3CⅠ +Ld‘ Ld‘（ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响
一 、含碳量对碳钢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
共晶白口铸铁
亚共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
含碳量% 0 0.0218 0.77
2.11
4.3
6.69
100
组织组 铁素体 成物相 对量%
面心立方晶格，溶碳能力比铁素体大； 组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑
性好，钢材热加工都在 区进行。
面心立方结构
奥氏体
3、渗碳体（Fe3C） 定义：铁与碳形成的金属化合物，是钢铁中的强化
相，高温下可分解， Fe3C→3Fe+C(石墨) 。
特点：含碳量为6.69%，晶 格构造十分复杂。性能很 硬很脆，而塑性和韧性极 低，伸长率和冲击韧性几 乎为零，在钢中主要起强 化作用，不能单独应用。
(3)钢、铁分界点E（2.11%C）
⒉ 特征线
⑴ 液相线—ABCD， 固相线—AHJECF
⑵ 三条水平线：
J
N
L+
L
L+Fe3C
G
+
+Fe3C
727℃
+Fe3C
J
N
L+
G
+
L
L+Fe3C
+Fe3C
+Fe3C
⑶ 其它相线
GS,GP— ⇄ 固溶体
转变线, GS又称A3 线。
HN,JN—δ⇄ 固溶体
转变线，
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 五个单相区：
L、、、、Fe3C
⑵ 七个两相区: L+、 L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、 +Fe3C
⑶ 三个三相区：即HJB (L++)、ECF(L++ Fe3C)、 PSK(++ Fe3C)三条水平线
δ - Fe 1394 °γ C- Fe
912 °αC- Fe
bcc
fcc
bcc
二、铁碳合金中的基本相
铁碳合金中的组元：Fe、C
L相：液态下无限互溶、成分均匀
Fe和C
固溶体相：C溶于Fe中形成 F、A等
金属化合物相：Fe与C化合形成Fe3C
铁碳合金中的相：液相L、 α 、γ和 δ固溶体、 Fe3C金属化合物
在铁碳合金中碳既可溶入α – Fe、γ-Fe ，也可以 溶入δ-Fe ，形成不同的固溶体。
1）铁素体 ➢碳溶于a-Fe中形成的间隙固溶体,以F或α表示；
➢铁素体的溶碳能力很低，为体心立方晶格；
➢铁素体的组织为多边形晶粒，其力学性能几乎与
体心立方结构
纯铁相同。
铁素体
2）奥氏体:
碳溶于 -Fe中的间隙固溶体；用A或 表示。
4.3%C
6.69%C Fe3C
二、铁碳合金状态图的分析
1. 特性点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J
N
L+
G
+
L
L+Fe3C
+Fe3C
+Fe3C
(1)共晶点C 1148℃, 4.3%C 共晶成分 反应式： Lc→(AE+Fe3C) 共晶体，即高温莱氏体Ld应式: As → (Fp + Fe3C共析) 共析体，即珠光体;
0
三次渗碳体
相组成 100 物相对 量%
0
1
珠光体
二次渗碳体
莱氏体
一次渗碳体
Fe3C
1
二、 含碳量对力学性能的影响 亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度
升高，塑性、韧性下降。
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界 连续网状，强度下降, 但 硬度仍上升。
第三章 铁碳合金相图
第一节 铁碳合金的组元及基本相 第二节 Fe-Fe3C相图
第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响
第一节 铁碳合金的组元及基本相
一、纯铁及其同素异构转变 (重结晶) 磁性转变：
770 °C以上无磁性 770 °C以下有磁性
纯铁的力学性能 特点：强度、硬 度低，塑性、韧
性好，一般不用 于结构件。
A
G 共析相图
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
P+Fe3CⅡ
1148℃
C
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ
P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’
( P+Fe3C )
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe
1.配制不同成分的铁碳合金，加热后缓慢 地冷却，记录数据，绘制它们的冷却曲线 （时间、温度）；
2.从冷却曲线上 找出临界点，并 画到成分—温度 坐标中；
3.相同意义的点连 接起来。
Cu-Ni合金相图的建立过程
Fe - Fe3C 相图
Fe - Fe3C 相图
A T°
匀晶相图 L+A
共晶相图
L
D
E
珠光体
室温组织为：P（F+Fe3C）
2)亚共析钢的 结晶过程
L→L+A →A→A+F先共析 AS(0.77% C) →P 室温组织为：P+F
20钢组织 40钢组织
亚共析钢室温下的组织 为F+P。
在0.0218~0.77%C 范围 内珠光体的量随含碳量 增加而增加。
60钢组织
利用杠杆定律，可以计算出含碳量为0.40%的亚共析钢， 在室温下组织组成物和相组成物的相对含量。