5个单相区
δ、A、F、L、 Fe3C
7个双相区
L+δ、δ+A、
L+A、L+Fe3C、
A+Fe3C、A+F
F+Fe3C
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典型合金的平衡结晶过程
工业纯铁 w（C)≤0.0218% 钢 w（C)={0.0218-2.11%} 白口铁
亚共析钢（0.0218-0.77%） 共析钢（0.77%） 过共析钢（0.77-0.211%）
亚共晶白口铁（2.11-4.3%）
w（C)={2.11-6.99%} 共晶白口铁（4.3%）
过共晶白口铁（4.3-6.69%）
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含碳0.01%的工业纯铁室温下的微观显微图
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珠光体室温下的微观显微图
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亚共析钢的结晶过程
30MPa 0% 0% 800HB
特点：强度低、硬度高，朔性几乎没有
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8
三、Fe-Fe3C相图中的相
单相区有L、δ、A、F和 Fe3C
F的定义
碳在α-Fe中形成的间隙固 溶体（用F表示）
F为体心立方结构
室温时和纯铁的机械性 能相近，位于相图的 GPQG区
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奥氏体
A的定义
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普碳钢的编号和用途
普碳钢
含碳量（0.06-0.38%），通常不用进行热处理， 在热轧状态下直接使用的钢。 主要用于建筑、桥梁、船舶、车辆等工程构件和普 通机械零件
工程材料学 铁碳合金
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1
第1讲 铁碳合金
一、铁碳合金中的铁碳相图
什么是铁碳相图
它是研究平衡条 件下铁碳合金的 成分、温度和组 织相之间的关系 及其变化关系的 图形。
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2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
三条特征线
ES线：碳在A中的 固溶线（用Acm表 示）
PQ线：碳在F中的 固溶线
GS线：A开始析出 F或F开始熔入A的 转变线
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两条磁性转变线
MO线（770℃）
α-Fe（铁磁）
α-Fe（顺磁）
UV线（230℃）
Fe3C（铁磁） Fe3C（顺磁）
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相图中的面
碳在γ-Fe当中的形成的间隙式固溶体 （用A表示）
A实体的结构
面心立方结构
A性能
一般在高温条件存在的相，
强度和硬度不高，朔性好
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高温铁素体
定义
碳在δ-Fe当中的形成的间隙式固溶体 （用δ表示）
结构
体心立方结构
A性能
一般在高温条件存在的相，
强度和硬度不高，朔性好
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11
液相和渗碳体
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二、按照质量
普通碳素钢
S%≤0.055%，P%≤0.045%
优质碳素钢
S、P%≤0.04%
高优碳素钢
S%≤0.03%，P%≤0.035%
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三、按照用途
碳素结构钢
主要用于制造各种工程结构和零件，一般为 低碳或中碳钢
碳素工具钢
主要用于制作各种刀具、模具和量具，一般 属于高碳钢
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碳钢的分类
一、按照含碳量
低碳钢
含碳量（≤0.25%）塑性和韧性较好
中碳钢
含碳量（0.3-0.55%），强度、塑性、韧性都适中。 中碳钢F和Fe3C比例适中，硬度适中，切削性能较好
高碳钢
含碳量（≥0.6%），硬度高、耐磨性好 高碳钢Fe3C多，硬度高，刀具易磨损，切削性能差
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ23
不同碳含量下的亚共析钢的微观显微图
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过共析钢的结晶过程
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过共析钢室温下的光学形貌图
a)4%的硝酸+酒精蚀刻（P为黑色块体，Fe3C为白色网状） ppt课件 b)碱性苦味酸蚀刻（p为白色26 块体，Fe3C为黑色网状）
共晶白口铁的结晶过程
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27
共晶白口铁的显微组织
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6
二、渗碳体
Fe3C是复杂的间隙化合物合， 含碳6.69%，属于正交晶系
室温下铁碳合金中的C一般
以Fe3C形式存在于组织中。 高温下长时间保温会分解
Fe3C
Fe+C（石墨）
存在磁性转变
Fe3C（铁磁） Fe3C（顺磁）
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7
渗碳体的机械性能
抗拉强度极限(σ b) 延伸率（δ） 断面收缩率（ψ） 硬度
对切削加工性能的影响
低碳钢F多，易沾刀，影响表面粗糙度 高碳钢Fe3C多，硬度高，刀具易磨损，切削性能差 中碳钢F和Fe3C比例适中，硬度适中，切削性能较好
对可锻性能的影响
钢可加热到奥氏体区进行锻造，可锻造性较好，白口 铁以Fe3C为基体，不可锻造
对铸造性能的影响
共晶合金在恒温下可以结晶，其铸造性能最好
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亚共晶白口铁的结晶过程
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亚共晶白口铁的显微组织
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过共晶白口铁的结晶过程
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过共晶白口铁的显微组织
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含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响
工业纯铁 w（C)≤0.0218% 钢 w（C)={0.0218-2.11%} 白口铁
亚共析钢（0.0218-0.77%） 共析钢（0.77%） 过共析钢（0.77-0.211%）
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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5
二、纯铁的机械性能
抗拉强度极限(σ b) 抗拉屈服极限(σ) 延伸率（δ） 断面收缩率（ψ） 硬度
176-274MPa 98-166MPa 30-50% 70-80% 50-80
特点：强度、硬度低，朔性高
液相 在液相线ABCD线以上的区域，由铁
和碳形成的均匀液体（用L表示） 渗碳体 既是组元又是合金的组成相，相图中
的DFKL可以看做是它的单相区（用 Cm表示）
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相图中的点和线
液相线：ABCF（此线以上皆为液相） 固相线：AHJEF（此线以下皆为固相） ppt课件 三条重要转变线：HJ13B、ECF、PSK
亚共晶钢（2.11-4.3%）
w（C)={2.11-6.99%} 共晶钢（4.3%）
过共晶钢（4.3-6.69%）
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碳含量对机械性能的影响
钢
随着C含量的增加， 硬度增加，强度现增 加后减小
白口铁
随着C含量的增加，硬 度增加，强度和韧性 显著减小
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碳含量对工艺性能的影响