• 铁素体从727℃冷却时也会析出极少量的渗碳体，以三次渗碳体 Fe3CIII称之，以区别上述两种情况产生的渗碳体。
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
4. 铁碳合金的分类
第五章 相平衡与相图
铁碳合金通常可按含碳量及其室温平衡组织分为三大类：
（1）工业纯铁，C<0.0218% （2）碳钢，0.0218%<C<2.11%
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
三、 Fe- 石墨相图
1. 相图中的线和区 CD——从液相结晶出一次石墨GI； ES ——从奥氏体中析出二次石墨GII； PQ ——从铁素体中析出三次石墨GIII； ECF——共晶反应线，LC E + G PSK ——共析反应线， S P + G 2. Fe- 石墨结晶平衡组织
第五章 相平衡与相图
• 完全按Fe- 石墨相图结晶的的所有铸铁的平衡组织都是由铁素体和 片状石墨组成。
• 随含碳量增加，石墨数量增加，铁素体数量减少。
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
2. 铁碳合金的石墨化
第五章 相平衡与相图
铁碳合金中形成石墨的过程称为石墨化，分为两个阶段： （1） 液态石墨化：
• 从液体中直接形成一次石墨和共晶石墨；
• 一次渗碳体和共晶渗碳体的高温分解。 （2）固态石墨化：
• 从奥氏体中形成的二次石墨和共析石墨；
• 二次渗碳体和共析渗碳体的分解。
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
3. 铸铁的类型和组织
第五章 相平衡与相图
根据石墨化程度，铸铁可分为
（1）白口铸铁 • 完全按Fe- Fe3C相图结晶的铸铁的平衡组织由铁素体和渗碳体组成。其 断口呈现白色，故称为白口铸铁。 （2）灰口铸铁 • 第一阶段的石墨化可以充分进行，第二阶段的石墨化充分或部分，铸铁 组织由基体组织和石墨组成。其断口呈现深灰色，故称为灰口铸铁。
第五章 相平衡与相图

（固溶体同素异晶转变）

（固溶体同素异晶转变）

+3CIII （脱溶分解）
• 室温平衡组织：+Fe3CIII，铁素体
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
第五章 相平衡与相图
图7.18 工业纯铁的显微组织 300×
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
（2）共析钢（C=0.77%） • L （匀晶转变）
第五章 相平衡与相图

+Fe3C （共析转变）
• 室温平衡组织： P（+Fe3C），100%珠光体，层片状混合物。
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
（3）亚共析钢（0.0218%<C<0.77%） • 0.09% > C ：L
脱溶分解（ +Fe3CII）
+Fe3C）
共析转变（

• 室温平衡组织： Fe3CII + P +Ld （ Fe3CII + P + Fe3C共晶）
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
（7）过共晶白口铁， 4.30%<C<6.69%； • L Fe3CI 共晶转变 L（ + Fe3C）Ld
第五章 相平衡与相图
脱溶分解（ +Fe3CII）
共析转变（ +Fe3C） • 室温平衡组织： Fe3CI +Ld （ Fe3CII + P + Fe3C共晶）
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
第五章 相平衡与相图
图7.24 过共晶白口铸铁冷却到室温后的组织 250× （白色条片是一次渗碳体，其余为莱氏体）
第五章 相平衡与相图
共析转变（ +Fe3C）
• 室温平衡组织： Fe3CII + P（+Fe3C）
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
第五章 相平衡与相图
图7.21 含碳1.2%的过共析钢缓冷后的组织 500× 硝酸酒精浸蚀，白色网状相为二次渗碳体，暗黑色为珠光体
(a)
(b)
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
第五章 相平衡与相图
（3）碳对对Fe-C合金组织的影响 • 完全按Fe- Fe3C相图结晶的的铸铁平衡组织都是由铁素体和渗碳 体组成。但不同含碳量的合金中，铁素体和渗碳体的数量和组织 形态不同。
• 随含碳量增加，渗碳体的数量增加，铁素体数量减少。
• 随含碳量增加，合金组织的变化： + P P P + CmII P + CmII + Ld Ld + CmI （4）碳对Fe-C合金性能的影响 • 在碳钢中，珠光体数量越多，强度越高。 • 在铸铁中有共晶莱氏体，塑性，强度和韧性均比钢差。 • 共晶铸铁的铸造性最好。
第五章 相平衡与相图
• 0.09% <C < 0.17 % ： L L+
• C = 0.17 %：L L+
• 0.17 % < C < 0.53 % ：L L+ L • C > 0.53 %： L
• （固溶体同素异晶转变） 脱溶分解（ +Fe3CIII）
• 高温铁素体（） ：碳原子溶于 -Fe形成的固溶体（体心立方结构）； • 奥氏体（或A） ：碳原子溶于 -Fe形成的固溶体（面心立方结构） ；
• 渗碳体（Cm）：碳与铁形成复杂结构的化合物Fe3C（正交点阵）。
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
2. 水平线
第五章 相平衡与相图
（1）HJB—在1495℃发生的包晶转变：LB＋H→ J ， 转变产物是奥氏体（A）； （2）ECF—在1148℃发生的共晶转变：Lc→E+Fe3C，
第五章 相平衡与相图
（2）孕育灰口铸铁，石墨为细片状，（加入孕育剂，孕育处理）。
（3）球墨铸铁，石墨为球状，（加入球化剂，球化处理）。
4. 石墨和基体组织对铸铁性能的影响
• 石墨为粗片状细片状球状，力学性能提高。
• 珠光体数量增加，强度提高，塑性降低。
• 结晶条件不同，第二阶段的石墨化程度不同，基体组织分别为铁素体、 珠光体、铁素体+珠光体。
（3） 麻口铸铁 • 第一阶段的石墨化未充分进行，铸铁组织中包括石墨和共晶渗碳体或一 次渗碳体，称为麻口铸铁。
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
根据石墨的形状，铸铁可分为： （1）普通灰口铸铁，石墨为粗片状。
（5）共晶白口铁，C=4.30%； • 共晶转变 L（ + Fe3C）Ld 脱溶分解（ +Fe3CII）
第五章 相平衡与相图
共析转变（ +Fe3C） • 室温平衡组织： 室温莱氏体 Ld （ Fe3CII + P）
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
第五章 相平衡与相图
钢
亚共晶铸铁 铸铁 共晶铸铁 过共晶铸铁
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
第五章 相平衡与相图
6. 碳对Fe-C合金组织性能的影响 （1）室温下各种组织的形态 • 铁素体：等轴铁素体 • 珠光体：共析铁素体和共析渗碳体为层片状。 • 一次渗碳体：长条状 • 二次渗碳体：网状 • 三次渗碳体：颗粒状 • 室温莱氏体：共晶渗碳体为连续的基体。 （2）室温下两个组成相的性能 • 铁素体：塑性和韧性高，强度和硬度较低。 • 渗碳体：塑性和韧性低，硬而脆。
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
二、 Fe- Fe3C
第五章 相平衡与相图
1. 组元和相
（1）Fe为同素异构体，在常压下从高温到低温，具有3个晶态： -Fe ， -Fe， -Fe
（2）碳有两种晶态：
金刚石：金刚石结构；石墨：六方结构 （3）在Fe-Fe3C系中有4种晶体相：
• 铁素体（ 或F）：碳原子溶于-Fe形成的固溶体（体心立方结构）；
• 共析钢，C=0.77%；
• 亚共析钢，0.0218%<C<0.77%； • 过共析钢，0.77%<C<2.11%；
（3）铸铁， 2.11%<C<6.69%
• 共晶白口铁，C=4.30%； • 亚共晶白口铁，2.11%<C<4.30%；
• 过共晶白口铁，4.30%<C<6.69%；
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
第五章 相平衡与相图
• 碳钢和铸铁是按共晶转变来区分的，无共晶转变，即无莱氏体的 合金称为碳钢。既无共析转变也无共晶转变的合金称为工业纯铁。 • 碳钢和铸铁的理论分界碳含量为2.11%。
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
5. 平衡凝固过程
（1）工业纯铁（C<0.0218%） • L （匀晶转变）
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
总类 铁 分类名称 工业纯铁 亚共析钢 共析钢 过共析钢 碳浓度( % ) <0.0218 0.02180.77 0.77 0.77-2.11 2.11-4.30 4.30 4.30-6.69
第五章 相平衡与相图
室温平衡组织
铁素体 (F) 铁素体＋三次渗碳体(F)+ CmIII 先共析铁素体＋珠光体 (F)+P 珠光体，P 先共析二次渗碳体＋珠光体 P+CmII 珠光体＋二次渗碳体＋莱氏体 P+CmII+Ld 莱氏体Ld 一次渗碳体＋莱氏体 CmII+Ld
共析转变（ +Fe3C） • 室温平衡组织： +Fe3CIII + P（+Fe3C）
材料科学基础 第四节 Fe-C相图
第五章 相平衡与相图
图7.20亚共析钢的室温组织 200×