—溶质原子取代了溶剂原子。
固溶体的性能：比原来的纯 金属强度和硬度要高，但不是很 高； 塑性和韧性比纯金属要低， 但仍然很好。

3.1 --铁碳合金的基本组织
铁碳合金在液态时铁和碳可以无限互溶；在固态时根据碳 的质量分数不同: 碳溶解在铁中形成固溶体; 碳与铁形成金属化合物; 固溶体与金属化合物组成的机械混合物。
合金的相结构
固溶体 溶剂
+
合金中两组元在液态和固态下都互相 溶解，共同形成一种成分和性能均匀 的、且结构与组元之一相同的固相。
溶质
一种固相
能够保持其原有晶格类型并 与固溶体晶格相同的组元称 为溶剂。 固溶体 间隙固溶体(有限) 置换固溶体
失去原有晶格类型的组元称 为溶质，一般在合金中含量 较少。
固溶强化:由于溶质原子 的溶入，固溶体发生晶格 畸变，增加位错运动阻力， 使金属的变形抗力增大， 强度、硬度升高。
3.2铁碳合金相图分析
特性线：
ACD 液相线 AECF 固相线 ECF 共晶线 L Ld A3 ACM
PSK 共析线（A1） A P ES A1 A Fe3CⅡ （Acm） F(A3）
600
GS A PQ F
Fe3CⅢ
3.2铁碳合金相图分析
共晶转变： ECF 共晶线
1148°C
ACM A3
共晶点 WC =4.3% LC Ld(A+Fe3C) 室温下： Ld Ld´ 低温莱氏体Ld´ (P+ Fe3CⅡ+Fe3C) C
600
A+ Fe3CⅡ+Ld Fe3CⅠ + Ld P+F P+Fe3CⅡ + Ld´ Fe3CⅠ + Ld´
3.2铁碳合金相图分析--铁碳合金的分类
1．工业纯铁 wC%<=0.0218%
2．钢
0.0218%<wC%<= 2.11%
亚共析钢
0.0218%<C%<0.77%
共析钢 0.77% 过共析钢 3．白口铸铁
置换固溶体
间隙固溶体
3.1纯铁及铁碳合金的基本组织--合金的相结构
铜和金形 成的置换 固溶体
碳在α－ Fe 中的间隙固 溶体(铁素 体 )
• 固溶体与纯金属相比强度、硬度升高，它是强化金属材 料的重要途径之一。 • 固溶体的强度和塑性、韧性之间有较好的配合，所以， 其综合性能较好，常作为结构合金的基体相。
1394℃
γ-Fe
912℃
-Fe
γ-Fe (面心立 方晶格) -Fe (体心立 方晶格) 纯铁在770℃时发生磁性转变。在770℃以下 的-Fe呈铁磁性，在770℃以上-Fe的磁性 消失。770℃称为居里点. 工业纯铁塑性好，强度低，所以很少用它 制造机械零件。
3.1纯铁及铁碳合金的基本组织--合金基本概念
合金的基本概念 合金：由两种或两种以上的金属元素或(Fe、C、Fe3C)。 组元：组成合金的独立的，最基本的单元称组元。组元可 以是金属(Fe) 、非金属(C）或稳定化合物(Fe3C渗碳体)。 相：在合金中成分、结构相同并与其他部分以界面分开 的均匀组成部分，（液相、固相、气相）。 相结构：合金中相的晶体结构。 组织：组织是指金相显微镜下观察到的材料的微观形貌 特征。
A1 共析转变： PSK 共析线 S 共析点 WC =0.77% AS P(FP+Fe3C) 室温下：P
600
3.2铁碳合金相图分析
相区：
单相区： ACD以上 L相区 AESGA A相区 GPQG F相区 DFK Fe3C 两相区： L+A L+ Fe3CⅠ A+F A+ Fe3CⅡ F+ Fe3CⅢ
400
40-50
170270
珠光体P 莱氏体Ld
Fe3C
0800H Biblioteka WPLd770
20-35
0
180
高
3.2铁碳合金相图分析
二元合金相图：在平衡条件下给定合金系中合金的成分、 温度与其相和组织状态之间关系的一种图解。
Cu-Ni
液相
液、固 两相 固相
3.2铁碳合金相图分析--铁碳合金相图
组元: Fe- Fe3C
3.2铁碳合金相图分析
单相区
液相 L
铁素体 F
奥氏体 A
渗碳体 Fe3C 珠光体 P 莱氏体 Ld
3.2铁碳合金相图分析
特性点： ：
A C D E G
P
600
S Q
纯铁熔点 共晶点 Fe3C熔点 c在于 -Fe 中最大溶解度 -Fe和 -Fe 同素异构转变 727度碳在 -Fe中最大 溶解度 共析点 室温下碳在 -Fe中最大 溶解度
莱氏体:是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物 ,常用Ld表示。它是碳的质 量分数为4.3％的铁碳合金液体在1148℃发生共晶转变的产物。在727℃ 以下，莱氏体中的奥氏体将转变为珠光体，由珠光体与渗碳体组成的机 械混合物，称为低温莱氏体，用符号L’d表示。 。 莱氏体硬度很高，塑性、韧性极差。
Table 10-1 principal stable phases of steel 钢中最基本的稳定相
3.1纯铁及铁碳合金的基本组织--合金的相结构
合金的相结构 它是合金组元相互作用形成的晶格类型和 金属化合物。 特性完全不同于任一组元的新相，可用分 子式表示(Fe3C)。
金属化合物 正常价化合物 电子化合物 间隙化合物
• 一般具有复杂的晶体结构， 熔点高，硬而脆，工业中无 法应用。 • 合金中出现金属化合物时， 常能提高合金的强度、硬度 和耐磨性，但会降低塑性和 韧性
对力学性能的影响 强度：wc<0.77%
wc↑→P↑
σ↑
F↓ 0.77 % <wc<0.9% 强度增加缓慢 wc>0.9% →σ↓ 硬度：wc↑→Fe3C ↑→HB↑
塑性、韧性： wc↑→Fe3C ↑ →塑性↓、韧性↓ 对工艺性能的影响 切削加工性、可锻性、铸造性 能、可焊性
3.3--铁碳合金相图的应用
3.1
--铁碳合金的基本组织
代号
F
相结构
固溶体(c 溶于-Fe)
组织
单相固溶 体
C含量 wc% 0.0218 (727°C)
(Mpa) 180280
(%) 30-50
硬度 (HBS) 铁素体F 50-80 奥氏体 A 渗碳体 Fe3C
A
0.77 固溶体(c 单相固溶 (727°C) 溶于 -Fe) 体 2.11 (1148°C) 金属化合 物 (F+Fe3C) (A+Fe3C) 单相金属 化合物 机械混合 物 机械混合 物 6.69
Fe3C的晶体结构
2) two main types of solid solution

interstitial solid solution (间隙固溶体)
——溶质原子位于溶剂原子之间的
间隙之中。
2) two main types of solid solution

substitutional solid solution (置换固溶体)
3.1纯铁及铁碳合金的基本组织--合金基本概念
合金的基本概念
相是组成合金的基本元素。组织是合金中相的综合体。 合金的力学性能不仅取决于它的化学成分，更取决于它
的显微组织。
金属通过热处理可以在不改变化学成分的前提下获得不
同的组织，从而获得不同的力学性能。
3.1纯铁及铁碳合金的基本组织--合金的相结构
0.77%<C%<= 2.11%
2.11%<wC%<6.69%
亚共晶白口铸铁
2.11%<C%<4.3%
共晶白口铸铁 4.3% 过共晶白口铸铁
4.3 %<C%<6.69%
0.0218
0.77
2.11
4.3
6.69
钢
白口铸铁
图10-9 退火后碳钢的显微结构 白色区域为铁素体，黑色区域为珠光体。
3.3碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响
铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和 铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，可以 作为制定金属材料熔炼、铸造、锻造和热处理等工艺规程 的重要依据。 1、在钢铁选材方面的应用 2、在铸造工艺方面的应用 3、在压力加工方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理工艺方面的应用

Ferrite
铁素体：碳溶解于铁的体心立方晶格中的固溶体； 性能： 软，塑性好，具有铁磁性；

Austenite 奥氏体：碳溶解于铁的面心立方晶格中的固溶体；
性能： 软，中等强度，没有铁磁性；

Cementite 渗碳体；铁和碳的化合物（中间相），Fe3C
性能：硬而脆；
,
但是，在大多数情况下，渗碳体与铁素体以片状交替的混合形 式出现，这种显微结构称之为珠光体 Pearite。
铁素体:碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体, 常用符号F表示。在727℃时，溶碳能力为最大c＝0.0218 ％，显微镜下呈明亮多边形晶粒 。 铁素体的力学性能:塑性韧性较好，强度、硬度较低。 奥氏体:碳溶于γ -Fe中形成的间隙固溶体,常用 符号A表示。在1148℃时溶碳能力为最大c＝ 2.11％,在727℃时为0.77％。显微组织与F相 似，但晶界较F平直。 奥氏体是一个硬度较低塑性较高的相，适用于 锻造。
3.1
--铁碳合金的基本组织
渗碳体:是铁与碳形成的金属化合物 ,常用Fe3C表示。渗碳体中的 c=6.69％，溶点大致为1227℃。 渗碳体：的硬度很高，塑性和韧性几乎等于零，是钢中主要强化相 。
珠光体:是铁素体和渗碳体组成的机械混合物 ,常用P表示。珠光体是 碳的质量分数为0.77％的奥氏体在727℃时，发生共析转变的产物。显 微组织在放大陪数较大时可看到铁素体和渗碳体交错排列 珠光体力学性能：介于铁素体和渗碳体之间。