第四章铁碳合金相图.ppt

第四章第四章 铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金包括：铁碳合金包括：碳钢和铸铁碳钢和铸铁钢含碳量为钢含碳量为0.0218% ~2.11%，铸铁含碳量为，铸铁含碳量为 2.11%~ 6.69%铁和碳可形成一系列稳定化合物：铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、、 Fe2C、、 FeC，含碳量大于，含碳量大于Fe3C成分成分（（6.69%））时，合金材质太脆，已无实用价值时，合金材质太脆，已无实用价值实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是铁－渗碳体（铁－渗碳体（Fe- Fe3C））相图第一节　铁碳合金的基本相第一节　铁碳合金的基本相　　　　Fe-Fe3C相图的两个基本组元：相图的两个基本组元：Fe、、Fe3C　　　　Fe-C合金基本相：合金基本相：铁素体铁素体(F)(固溶体）、奥氏体固溶体）、奥氏体(A) (固溶体）固溶体） 、、渗碳体（渗碳体（Fe3C)(金属化合物）金属化合物）　　固溶体与金属化合物的形成：　　固溶体与金属化合物的形成：由于铁与碳之间相由于铁与碳之间相互作用不同，铁碳合金固态下的相结构形成互作用不同，铁碳合金固态下的相结构形成固溶体和固溶体和金属化合物金属化合物两类。

两类一、铁素体（一、铁素体（F）） ：：铁素体：铁素体：碳溶于碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，中的间隙固溶体，以符号以符号F表示纯铁：纯铁：912˚C以下为具有体心立方晶格的以下为具有体心立方晶格的α-Feα-Fe的的体体心心立立方方晶晶格格特特点点：：晶晶格格间间隙隙的的直直径径很很小小，，溶溶碳碳能能力力及及差差，，在在727℃溶溶碳碳量量最最大大为为0.0218%，，随随着着温温度度下下降降溶溶碳碳量量逐逐渐渐减减小小，，在在600℃溶溶碳碳量量最最约约为为0.0057%，，室室温温时力学性能几乎与纯铁相同时力学性能几乎与纯铁相同铁素体的特点：铁素体的特点：强度、硬度强度、硬度不高，但具有良好的塑性和不高，但具有良好的塑性和韧性显微组织与纯铁相同，韧性显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织呈明亮的多边形晶粒组织在在770℃以下具有铁磁性，以下具有铁磁性，在在 770℃以上失去磁性以上失去磁性二、奥氏体二、奥氏体奥氏体：奥氏体：碳溶于碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，以符号中的间隙固溶体，以符号A表示γ-Fe面心立方晶格特点：面心立方晶格特点：致密度高于体心立方晶格的致密度高于体心立方晶格的α-Fe，晶格间隙的直径比，晶格间隙的直径比α-Fe大，溶碳能力也较大。

在大，溶碳能力也较大在1148˚C时溶碳量最大时溶碳量最大2.11%，随着温度下降，溶碳量逐渐减少，，随着温度下降，溶碳量逐渐减少，在在727˚C时溶碳量为时溶碳量为0.77%奥氏体的特点：奥氏体的特点：硬度较低、塑性较高，易于锻压成形硬度较低、塑性较高，易于锻压成形存在于存在于727˚C以上的高温范围内，以上的高温范围内，其显微组织的晶粒呈多边形，其显微组织的晶粒呈多边形，晶界较平直，为非铁磁性相晶界较平直，为非铁磁性相三、渗碳体三、渗碳体渗碳体：渗碳体：分子式分子式Fe3C，它是具有复杂晶格的间隙化合物它是具有复杂晶格的间隙化合物渗碳体特点：渗碳体特点：碳含量碳含量wc =6.69%，熔点，熔点1227 ˚C，在，在230˚C以下具有弱铁磁性，在以下具有弱铁磁性，在230˚C以上失去磁性，硬度很高，以上失去磁性，硬度很高，塑性和韧性几乎为零，脆性极大塑性和韧性几乎为零，脆性极大 Fe3C在一定条件下会在一定条件下会发生分解，形成石墨状的自由碳发生分解，形成石墨状的自由碳渗碳体显微组织：渗碳体显微组织：渗碳体在渗碳体在钢和铸铁中与其他相（钢和铸铁中与其他相（Mn、、Cr）共存时呈片状、球状、）共存时呈片状、球状、网状或板状。

网状或板状第四章 铁碳合金相图第二节第二节 铁铁-渗碳体相图分析渗碳体相图分析•由于纯铁具有同素异晶性，并且由于纯铁具有同素异晶性，并且α-Fe 与与γ-Fe的溶碳能力又的溶碳能力又各不相同，所以各不相同，所以Fe - Fe3C相图比较复杂相图比较复杂•基本相：基本相：L L——液相液相 α-Fe ——铁素体铁素体F F（（C固溶到固溶到 α-Fe中的间隙式固溶体）中的间隙式固溶体） γ-Fe——奥氏体奥氏体A A （（C固溶到固溶到γ-Fe中的间隙式固溶体）中的间隙式固溶体） δ-Fe——高温铁素体（高温铁素体（C固溶到固溶到δ–Fe中的间隙式固溶体）中的间隙式固溶体） FeFe3 3C C——渗碳体渗碳体 具有复杂晶格的间隙化合物，具有复杂晶格的间隙化合物，C%=6.69%  •一、上半部分图形一、上半部分图形•　　  912˚C 以上的部分，由液态变以上的部分，由液态变为固态的第一次结晶为固态的第一次结晶•　组元：　组元：γ-Fe与与FeFe3 3C C• •1 1、图中各点分析、图中各点分析、图中各点分析、图中各点分析• •A A点：纯铁的熔点点：纯铁的熔点点：纯铁的熔点点：纯铁的熔点•D点：渗碳体的熔点点：渗碳体的熔点•E点：在点：在1148˚C 时碳在时碳在•γ-Fe中最大溶解度（中最大溶解度（2.11%））•E点是钢与生铁的分界点点是钢与生铁的分界点•钢：铁碳合金中碳含量钢：铁碳合金中碳含量<2.11%•生铁：铁碳合金中碳含量生铁：铁碳合金中碳含量>2.11%•C点：共晶点，点：共晶点，1148 ℃℃，， C点液态合金将发生共点液态合金将发生共晶反应：晶反应：•　　　　LC→AE+Fe3C）） 。

•　液相在恒温下，同时　液相在恒温下，同时结结•晶出奥氏体和渗碳体所晶出奥氏体和渗碳体所组组•成的细密的混合物（共成的细密的混合物（共晶晶•体）wC=4.3%•共晶体（共晶体（AE+Fe3C）） 称称•为为莱氏体莱氏体，用符合，用符合Ld表表示第四章 铁碳合金相图一、上半部分图形一、上半部分图形-由液体变为固态的一次结晶由液体变为固态的一次结晶2.图中各线的分析图中各线的分析AC-液相线，液体合金冷却到液相线，液体合金冷却到AC线温度时，开始结晶出奥氏体线温度时，开始结晶出奥氏体ACD-液相线，液体合金冷却到液相线，液体合金冷却到CD线温度时，开始结晶出渗碳体线温度时，开始结晶出渗碳体Fe3CA+Fe3C第四章 铁碳合金相图一、上半部分图形一、上半部分图形-由液体变为固态的一次结晶由液体变为固态的一次结晶2.图中各线的分析图中各线的分析•AE-固相线，奥氏体固相线，奥氏体结晶终了线结晶终了线；；•ECF-固相线、共晶线，液态合金冷却到共晶温度固相线、共晶线，液态合金冷却到共晶温度1148℃℃时，将发生时，将发生共晶转变共晶转变生产莱氏体生产莱氏体LdA+Fe3C　　　　ES线为碳在奥氏体中固溶线，碳在奥氏体中最大溶解度是线为碳在奥氏体中固溶线，碳在奥氏体中最大溶解度是E点，点，随着温度下降，溶解度减小，到随着温度下降，溶解度减小，到727 ℃℃时，溶碳量仅为时，溶碳量仅为0.77%。

•凡是凡是wC>0.77%的铁碳合金，由的铁碳合金，由1148℃℃冷却到冷却到727℃℃的过程中，的过程中，过剩的碳将以渗碳体形式从奥氏体中析出过剩的碳将以渗碳体形式从奥氏体中析出一次渗碳体一次渗碳体 （（ Fe3CⅠⅠ ））——自液态合金中直接析出的渗碳体自液态合金中直接析出的渗碳体二次渗碳体二次渗碳体（（ Fe3CⅡⅡ））——自奥氏体中析出的渗碳体自奥氏体中析出的渗碳体FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LeLeLe+ Fe3CⅠⅠLe’+ Fe3CⅠⅠLe’P+ Fe3CⅡⅡ+Le’P+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度•1.图中各点的分析图中各点的分析•G点：点：α-Fe与与γ-Fe同素异晶转变温度；同素异晶转变温度；•P点：点：727℃℃时碳在时碳在α-Fe中最大溶解度（中最大溶解度（wC=0.0218%）） 共析转变：共析转变：由一定成分的固相，在一定温度下，同时析出成分不同由一定成分的固相，在一定温度下，同时析出成分不同的两种固相的转变。

的两种固相的转变S点：点：共析点，共析点， 727 ℃℃，，发生发生共析转变共析转变：：AS→（（FP+Fe3C）奥氏体将在恒温下同时析出铁素体和渗碳体的细密混合物，奥氏体将在恒温下同时析出铁素体和渗碳体的细密混合物，共析转变后的细密混合物（共析转变后的细密混合物（FP+Fe3C）称为）称为珠光体珠光体（（P）FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LeLeLe+ Fe3CⅠⅠLe’+ Fe3CⅠⅠLe’P+ Fe3CⅡⅡ+Le’P+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度第四章 铁碳合金相图共晶转变与共析转变比较共晶转变与共析转变比较相同点：相同点：•在在恒温下恒温下，由，由一相一相转变成转变成两相两相混合物混合物不同点：不同点：•共晶转变共晶转变——从从液相液相发生转变；共晶体发生转变；共晶体-莱氏体莱氏体Ld；；•共析转变共析转变——从从固相固相发生转变；共析体发生转变；共析体-珠光体珠光体P；；•由于原子在由于原子在固态下扩散困难固态下扩散困难，故共析体比共晶体，故共析体比共晶体更细密。

更细密2.图中各线的分析图中各线的分析•GS线：冷却时，由奥氏体转变成铁素体的开始线或加热时铁线：冷却时，由奥氏体转变成铁素体的开始线或加热时铁素体转变成奥氏体的终了线；素体转变成奥氏体的终了线；•GP线：线：冷却时，奥氏体转变成铁素体的终了线，或加热时铁素冷却时，奥氏体转变成铁素体的终了线，或加热时铁素体转变成奥氏体的开始线体转变成奥氏体的开始线FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LeLeLe+ Fe3CⅠⅠLe’+ Fe3CⅠⅠLe’P+ Fe3CⅡⅡ+Le’P+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度第四章 铁碳合金相图PSK线线-共析线奥氏体冷却到共析温度（共析线奥氏体冷却到共析温度（727℃℃）时，将发生共析）时，将发生共析转变生成转变生成珠光体珠光体 　　在　　在1148℃℃至至 727℃℃间的莱氏体，是由奥氏体与渗碳体组成的混间的莱氏体，是由奥氏体与渗碳体组成的混合物，称为莱氏体，用符号合物，称为莱氏体，用符号Ld表示FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LdLdLd+ Fe3CⅠⅠL′d+ Fe3CⅠⅠLdP+ Fe3CⅡⅡ+L′dP+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度1148727　　在　　在727℃℃以下的莱氏体，是由珠光体与渗碳体组成的混合物，以下的莱氏体，是由珠光体与渗碳体组成的混合物，称为变态莱氏体，用符号称为变态莱氏体，用符号L′d表示。

表示FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LdLdLd+ Fe3CⅠⅠLd’+ Fe3CⅠⅠLdP+ Fe3CⅡⅡ+Ld’P+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度1148727•PQ-碳在铁素体中固溶线碳在铁素体中固溶线，碳在铁素体中的最大溶解度是，碳在铁素体中的最大溶解度是P点，点，随着温度降低，溶解度逐渐减小室温时，铁素体中溶碳量几随着温度降低，溶解度逐渐减小室温时，铁素体中溶碳量几乎为零从乎为零从727℃℃到室温，铁素体中溶碳量从到室温，铁素体中溶碳量从wC=0.0218%减小减小到到wC=0.0008%FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LeLeLe+ Fe3CⅠⅠLe’+ Fe3CⅠⅠLe’P+ Fe3CⅡⅡ+Le’P+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度Fe-Fe3C相图各区域的组织图相图各区域的组织图三次渗碳体三次渗碳体（（Fe3CⅢⅢ））——由由727℃℃冷却到室温的过程中，过剩的碳将以渗冷却到室温的过程中，过剩的碳将以渗碳体形式从铁素体中析出，称为三次渗碳体。

碳体形式从铁素体中析出，称为三次渗碳体一次渗碳体一次渗碳体（（Fe3CⅠⅠ））——自液态合金中直接析出的渗碳体自液态合金中直接析出的渗碳体二次渗碳体二次渗碳体（（Fe3CⅡⅡ））——自奥氏体中析出的渗碳体自奥氏体中析出的渗碳体727三、三、 Fe-Fe3C相图中各点、线含义的小结相图中各点、线含义的小结•A-纯铁的熔点；纯铁的熔点；•C-共晶点，发生共晶反应：共晶点，发生共晶反应：LC→（（AE+Fe3C）） ；；•D-渗碳体的熔点；渗碳体的熔点；•E-1148℃℃时碳在时碳在γ-Fe中的最大溶解度（中的最大溶解度（wC=2.11%）；）；•F- 1148℃℃，， wC=6.69%渗碳体；渗碳体；FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LdLdLd+ Fe3CⅠⅠL′d+ Fe3CⅠⅠLdP+ Fe3CⅡⅡ+L′dP+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度•G-α-Fe与与γ-Fe同素异晶转变温度；同素异晶转变温度；•K-727 ℃℃，， wC=6.69%渗碳体；渗碳体；•P-727℃℃时碳在时碳在α-Fe中最大溶解度（中最大溶解度（wC=0.0218%）；）；•S-共析点，发生共析点，发生共析转变共析转变：：AS→（（FP+Fe3C）；）；•Q-600 ℃℃，，wC=~0.0057 %，碳在铁素体中的溶解度。

碳在铁素体中的溶解度FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LdLdLd+ Fe3CⅠⅠL′d+ Fe3CⅠⅠLdP+ Fe3CⅡⅡ+L′dP+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度三、三、 Fe-Fe3C相图中各点、线含义的小结相图中各点、线含义的小结•AC-液相线，液体合金开始结晶出液相线，液体合金开始结晶出A；；•CD-液相线，液体合金开始结晶出液相线，液体合金开始结晶出Fe3C；；•AE-固相线，奥氏体结晶终了线；固相线，奥氏体结晶终了线；•ECF-共晶线、固相线，将发生共晶转变生产莱氏体共晶线、固相线，将发生共晶转变生产莱氏体Ld•GS-冷却时由奥氏体转变成铁素体的开始线冷却时由奥氏体转变成铁素体的开始线FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LdLdLd+ Fe3CⅠⅠL′d+ Fe3CⅠⅠLdP+ Fe3CⅡⅡ+L′dP+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度•GP-冷却时奥氏体转变成终了线。

冷却时奥氏体转变成终了线•PSK-共析线将发生共析转变生成珠光体将发生共析转变生成珠光体•ES-碳在奥氏体中固溶线从碳在奥氏体中固溶线从1148℃℃到到727℃℃，奥氏体中溶，奥氏体中溶碳量从碳量从wC=2.11%减小到减小到wC=0.77%•PQ-碳在铁素体中固溶线从碳在铁素体中固溶线从727℃℃到室温，铁素体中溶碳到室温，铁素体中溶碳量从量从wC=0.0218%减小到减小到wC=0%FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+  L+  F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CⅡⅡA+ Fe3CⅡⅡ+LdLdLd+ Fe3CⅠⅠL′d+ Fe3CⅠⅠLdP+ Fe3CⅡⅡ+L′dP+ Fe3CⅡⅡP+FPF+ Fe3CⅢⅢC%温温度度四、四、 Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类相图中铁碳合金的分类1.工业纯铁工业纯铁工业纯铁工业纯铁：：•wC ≤ 0.0218 %，室温组织为铁素体室温组织为铁素体2.钢钢钢钢•0.0218 % ＜＜ wC ≤ 2.11 %，高温固态组织为塑性很好，高温固态组织为塑性很好的奥氏体，适于热压成形的奥氏体，适于热压成形。

①①共析钢：成分为共析钢：成分为共析钢：成分为共析钢：成分为S S点（点（点（点（wC ＝＝ 0.77 %）的合金）的合金）的合金）的合金，室温组，室温组织为珠光体；织为珠光体；②②亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢 ：成分在：成分在S点左面（点左面（wC ＜＜ 0.77 %）的合金，）的合金，室温组织为珠光体室温组织为珠光体+铁素体；铁素体；③③过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢 ：成分在：成分在S点右面（点右面（wC ＞＞ 0.77 %）的合金，）的合金，室温组织为珠光体室温组织为珠光体+二次渗碳体；二次渗碳体；四、四、 Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类相图中铁碳合金的分类3.白口铸铁白口铸铁白口铸铁白口铸铁•2.11 % ＜＜ wC ≤ 6.69 %，成分在，成分在E点右面的铁碳点右面的铁碳合金，液态结晶时都有共晶转变，比钢有较好的合金，液态结晶时都有共晶转变，比钢有较好的铸造性能高温组织中硬脆的渗碳体量很多，不铸造性能高温组织中硬脆的渗碳体量很多，不能进行热压力加工能进行热压力加工①①共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁　　 ：：wC ＝＝ 4.3 %，室温组织为变，室温组织为变态莱氏体；态莱氏体；②②亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 ：：2.11% ＜＜ wC ≤ 4.3 % ，室温，室温组织为变态莱氏体组织为变态莱氏体+珠光体珠光体+二次渗碳体；二次渗碳体；③③过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 ：： 4.3 % ＜＜ wC ≤ 6.69% ，室温，室温组织为变态莱氏体组织为变态莱氏体+一次渗碳体；一次渗碳体；第四章 铁碳合金相图第三节第三节 典型铁碳合金的结晶过程及其组织典型铁碳合金的结晶过程及其组织•一、共析钢一、共析钢•二、亚共析钢二、亚共析钢•三、过共析钢三、过共析钢•四、共晶白口铸铁四、共晶白口铸铁•五、亚共晶白口铸铁五、亚共晶白口铸铁•六、过共晶白口铸铁六、过共晶白口铸铁第四章 铁碳合金相图1230.77一、共析钢一、共析钢•1 1点点点点：当液态合金：当液态合金L冷却到与液冷却到与液相线相线AC相交于１点的温度时，相交于１点的温度时，从液相中开始结晶出奥氏体。

从液相中开始结晶出奥氏体•温度下降温度下降温度下降温度下降：奥氏体量增加，：奥氏体量增加，成成分分沿固相线沿固相线AE改变；剩余液相改变；剩余液相就逐渐减少，就逐渐减少，成分成分沿液相线沿液相线AC改变•2 2点点点点：液相全部结晶成与原合金：液相全部结晶成与原合金成分相同的奥氏体成分相同的奥氏体C第四章 铁碳合金相图1230.77一、共析钢一、共析钢•2 2点到点到点到点到3 3点点点点：合金的：合金的组织组织不变不变•3 3点点点点：：727℃℃时，将发生时，将发生共析转变共析转变：：AS→（（FP+Fe3C）） 形成形成珠光体珠光体PC第四章 铁碳合金相图1230.77一、共析钢一、共析钢•温度继续下降：铁素体的温度继续下降：铁素体的溶溶碳量沿固溶线碳量沿固溶线PQ变化变化，析出，析出三次渗碳体（三次渗碳体（Fe3CⅢⅢ）•Fe3CⅢⅢ常与共析渗碳体连在一常与共析渗碳体连在一起，不易分辨，且数量极少，起，不易分辨，且数量极少，可忽略不计，故共析钢的室温可忽略不计，故共析钢的室温组织任为珠光体组织任为珠光体•室温珠光体是室温珠光体是F与与Fe3C的层状的层状细密混合物细密混合物。

C第四章 铁碳合金相图1230.77一、共析钢一、共析钢•珠光体中铁素体与渗碳体的珠光体中铁素体与渗碳体的相对量可用杠杆定律求得相对量可用杠杆定律求得C6.69K第四章 铁碳合金相图1230.77一、共析钢一、共析钢tT123’3第四章 铁碳合金相图共析钢（珠光体）显微组织共析钢（珠光体）显微组织铁素体铁素体——白色基底白色基底渗碳体渗碳体——黑色线条黑色线条　　层状珠光体　　层状珠光体中渗碳体的层片中渗碳体的层片较铁素体的层片较铁素体的层片薄，渗碳体数量薄，渗碳体数量较铁素体少较铁素体少第四章 铁碳合金相图1234•亚共析钢在亚共析钢在1点到点到3点温度间点温度间的结晶过程与共析钢相似待的结晶过程与共析钢相似待合金冷却到与合金冷却到与GS线相交于线相交于3点点温度时，奥氏体开始转变铁素温度时，奥氏体开始转变铁素体，称为体，称为先析铁素体先析铁素体•随着温度的下降，随着温度的下降，铁素体不铁素体不断的增加，断的增加，其成分沿其成分沿GP线改线改变，而变，而奥氏体量逐渐减少奥氏体量逐渐减少，其，其成分沿成分沿GS线改变二、亚共析钢二、亚共析钢第四章 铁碳合金相图•待冷却到与待冷却到与共析线共析线PSK相相交的交的4点的温度时，铁素体点的温度时，铁素体中含碳量为中含碳量为wC=0.0218%（碳的最大溶解度）（碳的最大溶解度）,而剩而剩余奥氏体的含碳量正好为共余奥氏体的含碳量正好为共析成分（析成分（wC=0.77%））,因此，因此，剩余奥氏体就发生共析转变剩余奥氏体就发生共析转变而形成了而形成了珠光体珠光体。

•当温度继续降低，铁素体当温度继续降低，铁素体中析出中析出Fe3CⅢⅢ，忽略二、亚共析钢二、亚共析钢1234K6.69第四章 铁碳合金相图•亚共析钢的室温组织为亚共析钢的室温组织为铁素体铁素体和和珠光体珠光体•所以亚共析钢的结晶过程相似，所以亚共析钢的结晶过程相似，它们在室温下的组织都是它们在室温下的组织都是由铁由铁素体和珠光体素体和珠光体组成其差别仅组成其差别仅在于：在于：F和和P的相对量有所不同的相对量有所不同•按杠杆定律可算得：凡距共析按杠杆定律可算得：凡距共析成分越近的亚共析钢，组织中成分越近的亚共析钢，组织中所含所含P越多越多 ，，F越少二、亚共析钢二、亚共析钢1234}第四章 铁碳合金相图123二、亚共析钢二、亚共析钢tT124’344第四章 铁碳合金相图亚共析钢显微组织亚共析钢显微组织黑色黑色——珠光体珠光体白色白色——铁素体铁素体第四章 铁碳合金相图123三、过共析钢三、过共析钢4•过共析钢在过共析钢在1点到点到3点温度间的点温度间的结晶过程与共析钢相似结晶过程与共析钢相似待合待合金冷却到与金冷却到与ES线相交于线相交于3点温点温度时，奥氏体中含碳量达到饱度时，奥氏体中含碳量达到饱和而开始析出二次渗碳体，和而开始析出二次渗碳体，二二次渗碳体沿着奥氏体晶界析出次渗碳体沿着奥氏体晶界析出而呈网状发布，这种二次渗碳而呈网状发布，这种二次渗碳体又称为体又称为先析渗碳体先析渗碳体。

第四章 铁碳合金相图123三、过共析钢三、过共析钢4•随着温度的下降，析出的随着温度的下降，析出的二次二次渗碳体量不断增加，渗碳体量不断增加，剩余奥氏剩余奥氏体中溶碳量沿体中溶碳量沿ES线变化而逐渐线变化而逐渐减少•待冷却到与共析线待冷却到与共析线PSK相交于相交于4点的温度时，剩余奥氏体的点的温度时，剩余奥氏体的含碳量正好为含碳量正好为共析成分共析成分（（wC=0.77%））,因此剩余奥氏因此剩余奥氏体就发生共析转变而形成了体就发生共析转变而形成了珠珠光体第四章 铁碳合金相图123三、过共析钢三、过共析钢4•过共析钢的室温组织为过共析钢的室温组织为渗碳体渗碳体网网和和珠光体珠光体•所以过共析钢的结晶过程相似，所以过共析钢的结晶过程相似，它们在室温下的组织都是由二次它们在室温下的组织都是由二次渗碳体和珠光体组成其差别仅渗碳体和珠光体组成其差别仅在于：在于：Fe3CⅡⅡ和和P的相对量有所的相对量有所不同不同•在室温组织中，在室温组织中， Fe3CⅡⅡ 的含量的含量随钢中含碳量的增加而增加，当随钢中含碳量的增加而增加，当wC=2.11%时，达到最大时，达到最大}第四章 铁碳合金相图123三、过共析钢三、过共析钢4当　　　　　时，二次渗碳体量当　　　　　时，二次渗碳体量达到最多，其值可由杠杆求得：达到最多，其值可由杠杆求得：　　　　　　　　　　}第四章 铁碳合金相图123三、过共析钢三、过共析钢tT124’344第四章 铁碳合金相图过共析钢显微组织过共析钢显微组织黑色黑色珠光体珠光体白色白色渗碳体网渗碳体网第四章 铁碳合金相图12四、共晶白口铸铁四、共晶白口铸铁•当共晶白口铸铁冷却到当共晶白口铸铁冷却到1点点（共晶点）时，（共晶点）时， 1148 ℃，将发生共晶转变将发生共晶转变•Lc→（（AE+Fe3C））•形成了莱氏体（形成了莱氏体（Ld）。

这）这种由共晶转变而结晶出的奥种由共晶转变而结晶出的奥氏体与渗碳体，分别称为氏体与渗碳体，分别称为共共晶奥氏体与共晶渗碳体晶奥氏体与共晶渗碳体A第四章 铁碳合金相图12四、共晶白口铸铁四、共晶白口铸铁A•随着温度的下降，奥氏随着温度的下降，奥氏体中的溶碳量沿体中的溶碳量沿ES线变线变化而不断降低，化而不断降低，故从奥故从奥氏体中不断析出二次渗氏体中不断析出二次渗碳体•当温度下降到与共析线当温度下降到与共析线PSK相交于相交于2点的温度时，点的温度时，奥氏体的含碳量是奥氏体的含碳量是wC=0.77%，奥氏体发生，奥氏体发生共析反应形成共析反应形成珠光体SK4.3第四章 铁碳合金相图12四、共晶白口铸铁四、共晶白口铸铁A•共晶白口铸铁的显微共晶白口铸铁的显微组织是组织是由珠光体、由珠光体、二二次渗碳体和共晶渗碳次渗碳体和共晶渗碳体体组成的共晶体即组成的共晶体即变变态莱氏体（态莱氏体（ L′d ）S第四章 铁碳合金相图12四、共晶白口铸铁四、共晶白口铸铁tT122’1’LL+Ld(A+Fe3C)Ld(A+Fe3C+Fe3CⅡ)L’d(P+Fe3C+Fe3CⅡ)第四章 铁碳合金相图黑色黑色珠光体珠光体白色基体白色基体渗碳体渗碳体第四章 铁碳合金相图123五、亚共晶白口铸铁五、亚共晶白口铸铁•当亚共晶白口铸铁冷却当亚共晶白口铸铁冷却到与液相线到与液相线AC相交于相交于1点点的温度时，液相中开始结的温度时，液相中开始结晶出晶出初晶奥氏体初晶奥氏体。

•随着温度的下降，随着温度的下降，奥氏奥氏体量不断增加体量不断增加，其成分沿，其成分沿固相线固相线AE改变，而剩余改变，而剩余液相量逐渐减少液相量逐渐减少，其成分，其成分沿液相线沿液相线AC改变AA第四章 铁碳合金相图123五、亚共晶白口铸铁五、亚共晶白口铸铁•当冷却到与共晶线当冷却到与共晶线ECF相交于相交于2点温度时，初晶点温度时，初晶奥氏体的含碳量为奥氏体的含碳量为wC=2.11%，，液相的含碳液相的含碳量正好是共晶成分量正好是共晶成分wC=4.3%，，因此剩余液因此剩余液相发生共晶转变而形成相发生共晶转变而形成莱莱氏体AA第四章 铁碳合金相图123五、亚共晶白口铸铁五、亚共晶白口铸铁•在在2点到点到3到间冷却时，到间冷却时，初晶奥氏体与共晶奥氏体初晶奥氏体与共晶奥氏体中不断析出二次渗碳体，中不断析出二次渗碳体，并在并在3点的温度时，这两点的温度时，这两种奥氏体的含碳量正好是种奥氏体的含碳量正好是wC=0.77%，，故发生共析故发生共析转变而形成转变而形成珠光体AA第四章 铁碳合金相图123五、亚共晶白口铸铁五、亚共晶白口铸铁•亚共晶白口铸铁的室温亚共晶白口铸铁的室温组织为组织为珠光体、二次渗碳珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体。

体和变态莱氏体AA第四章 铁碳合金相图123五、亚共晶白口铸铁五、亚共晶白口铸铁tT123’32’LL+AA+LdP+L’d第四章 铁碳合金相图亚共晶白口铸铁显微组织亚共晶白口铸铁显微组织黑色块状或树枝状黑色块状或树枝状珠光体珠光体白色基体白色基体变态莱氏体变态莱氏体第四章 铁碳合金相图六、过共晶白口铸铁六、过共晶白口铸铁123•当过共晶白口铸铁冷却当过共晶白口铸铁冷却到与液相线到与液相线CD相交于相交于1点点的温度时，液相中开始结的温度时，液相中开始结晶出晶出一次渗碳体一次渗碳体•随着温度的下降，一次随着温度的下降，一次渗碳体量不断增加渗碳体量不断增加，剩余，剩余液相量逐渐减少液相量逐渐减少，其成分，其成分沿液相线沿液相线CD线改变DA第四章 铁碳合金相图六、过共晶白口铸铁六、过共晶白口铸铁123•当冷却到与共晶线当冷却到与共晶线ECF相交于相交于2点的温度时，液点的温度时，液相的含碳量正好为共晶成相的含碳量正好为共晶成分分wC=4.3%，因此剩余，因此剩余的液相发生共晶转变而形的液相发生共晶转变而形成莱氏体成莱氏体DAF第四章 铁碳合金相图六、过共晶白口铸铁六、过共晶白口铸铁123•在在2点到点到3点间冷却时，点间冷却时，奥氏体中同样要析出二次奥氏体中同样要析出二次渗碳体，并在渗碳体，并在3点的温度点的温度时，奥氏体发生共析转变时，奥氏体发生共析转变而形成而形成珠光体珠光体。

•共晶白口铸铁的室温组共晶白口铸铁的室温组织为：织为：一次渗碳体一次渗碳体和和变态变态莱氏体莱氏体DA第四章 铁碳合金相图六、过共晶白口铸铁六、过共晶白口铸铁123•在在2点到点到3点间冷却时，点间冷却时，奥氏体中同样要析出二次奥氏体中同样要析出二次渗碳体，并在渗碳体，并在3点的温度点的温度时，奥氏体发生共析转变时，奥氏体发生共析转变而形成而形成珠光体珠光体•共晶白口铸铁的室温组共晶白口铸铁的室温组织为：织为：一次渗碳体一次渗碳体和和变态变态莱氏体莱氏体DA第四章 铁碳合金相图12六、过共晶白口铸铁六、过共晶白口铸铁123tT3’32’LL+Fe3CⅠFe3CⅠ+LdFe3CⅠ+L’d第四章 铁碳合金相图过共晶白口铸铁显微组织过共晶白口铸铁显微组织基体基体变态莱氏体变态莱氏体亮白色板条状亮白色板条状一次渗碳体一次渗碳体第四章 铁碳合金相图第四章 铁碳合金相图第四节第四节 铁碳合金的成分、组织、性能间的关系铁碳合金的成分、组织、性能间的关系•一、含碳量与平衡组织间的关系一、含碳量与平衡组织间的关系•二、含碳量与力学性能间的关系二、含碳量与力学性能间的关系•三、含碳量与工艺性能间的关系三、含碳量与工艺性能间的关系第四章 铁碳合金相图一一   含含碳碳量量与与平平衡衡组组织织间间的的关关系系返回返回第四章 铁碳合金相图一、含碳量与平衡组织间的关系一、含碳量与平衡组织间的关系1、含碳量、含碳量——相相对量（相相对量（图图））•C%↑→F%↓，，Fe3C%↑2、含碳量、含碳量——组织（组织（图图））•F→F+P→P→P+Fe3CII→P+Fe3CII+Ld’ →Ld’ →Ld’+Fe3CII→Fe3C第四章 铁碳合金相图二、含碳量与力学性能间的关系二、含碳量与力学性能间的关系1、硬度（、硬度（图图）） ：：•取决于相及相对量。

随取决于相及相对量随碳含量碳含量碳含量碳含量的增加的增加, 由于由于硬度硬度硬度硬度高高的的Fe3C增多增多, 硬度低的硬度低的F减少减少,合金的硬度合金的硬度呈直线呈直线呈直线呈直线关系增大关系增大, 由全部为由全部为F的硬度约的硬度约80HB增大到全部增大到全部为为Fe3C时的约时的约800HB2、强度（、强度（图图）） ：：•C%↑→σ↑，，—— 0.9%↑→σ↓（因网状（因网状Fe3CII的存的存在）在）3、塑性、韧性（、塑性、韧性（图图）） ：：•C%↑→塑性塑性↓、韧性、韧性↓ 第四章 铁碳合金相图三、含碳量与工艺性能间的关系三、含碳量与工艺性能间的关系1.铸造性能铸造性能•合金的铸造性能取决于相图中合金的铸造性能取决于相图中液相线与固相线的液相线与固相线的水平距离和垂直距离水平距离和垂直距离距离越大，合金的铸造性距离越大，合金的铸造性能越差    ①①①①铸铁铸铁铸铁铸铁（（图图））•有有Fe-Fe3C相图可见，相图可见，共晶成分共晶成分（（wC=4.3%）的）的铸铁，不仅液相线与固相线的距离最小，而且熔铸铁，不仅液相线与固相线的距离最小，而且熔点亦最低，故流动性好，分散缩孔少，偏析小，点亦最低，故流动性好，分散缩孔少，偏析小，是铸造性能良好的铁碳合金。

偏离共晶成分远的是铸造性能良好的铁碳合金偏离共晶成分远的铸铁，其铸造性能则变差铸铁，其铸造性能则变差第四章 铁碳合金相图三、含碳量与工艺性能间的关系三、含碳量与工艺性能间的关系1.铸造性能铸造性能    ②②②②钢钢钢钢（（图图））•低碳钢的液相线与固相线之间距离较小，则有较低碳钢的液相线与固相线之间距离较小，则有较好的铸造性能，但其熔点较高，使钢液的过热度好的铸造性能，但其熔点较高，使钢液的过热度较小，这对钢液的流动性不利较小，这对钢液的流动性不利•随着钢中的含碳量的增加，虽然其熔点随之降低，随着钢中的含碳量的增加，虽然其熔点随之降低，但其液相线与固相线的距离却增大，铸造性能变但其液相线与固相线的距离却增大，铸造性能变差•故钢的铸造性能都不太好故钢的铸造性能都不太好第四章 铁碳合金相图三、含碳量与工艺性能间的关系三、含碳量与工艺性能间的关系1.铸造性能铸造性能•根据根据Fe—Fe3C相图相图可以确定合金的浇注温度浇可以确定合金的浇注温度浇注温度一般在液相线以上注温度一般在液相线以上50 ℃℃~100 ℃℃在铸钢铸钢铸钢铸钢生产中生产中, 碳质量分数在碳质量分数在0.15%-0.6%之间之间, 因为这个因为这个范围内钢的范围内钢的结晶温度区间较小结晶温度区间较小, 铸造性能较好。

铸造性能较好第四章 铁碳合金相图三、含碳量与工艺性能间的关系三、含碳量与工艺性能间的关系2.可锻性和可焊性可锻性和可焊性    ①①①①可锻性可锻性可锻性可锻性（（图图））•可锻性是指金属可锻性是指金属压力加工压力加工压力加工压力加工时，能改变形状而不产时，能改变形状而不产生裂纹的性能生裂纹的性能•钢加热到高温，可获得塑性良好的钢加热到高温，可获得塑性良好的单相奥氏体单相奥氏体单相奥氏体单相奥氏体组组织，因此其可锻性良好织，因此其可锻性良好•低碳钢的可锻性优于高碳钢低碳钢的可锻性优于高碳钢•白口铸铁在低温和高温下，组织都是以硬而脆的白口铸铁在低温和高温下，组织都是以硬而脆的渗碳体为基体，所以不能锻造渗碳体为基体，所以不能锻造第四章 铁碳合金相图三、含碳量与工艺性能间的关系三、含碳量与工艺性能间的关系2.可锻性和可焊性可锻性和可焊性    ②②②②可焊性可焊性可焊性可焊性•可焊性是以焊接接头的可靠性和出现焊接裂纹的可焊性是以焊接接头的可靠性和出现焊接裂纹的倾向性为其技术判断指标倾向性为其技术判断指标•在铁碳合金中，在铁碳合金中，钢钢钢钢都可以进行焊接，但钢中都可以进行焊接，但钢中含碳含碳量越高量越高，其，其可焊性越差可焊性越差，故焊接用钢要是低碳钢，故焊接用钢要是低碳钢和低碳合金钢。

和低碳合金钢•铸铁铸铁铸铁铸铁的的可焊性差可焊性差，故焊接主要用于铸铁件的，故焊接主要用于铸铁件的修复修复和焊补和焊补第四章 铁碳合金相图三、含碳量与工艺性能间的关系三、含碳量与工艺性能间的关系3.切削加工性能切削加工性能•低碳钢低碳钢（（wC≤0.25%）中有大量铁素体，硬度低，）中有大量铁素体，硬度低，塑性好，因而切削时产生切削热较大，容易粘刀，塑性好，因而切削时产生切削热较大，容易粘刀，而且不易断屑和排屑，影响工件的表面粗糙度，而且不易断屑和排屑，影响工件的表面粗糙度，故切削性能差；故切削性能差；•高碳钢高碳钢（（wC＞＞0.60%）中渗碳体较多，当渗碳体）中渗碳体较多，当渗碳体呈层状或网状发布时，刃具易磨损，切削加工性呈层状或网状发布时，刃具易磨损，切削加工性能也差第四章 铁碳合金相图三、含碳量与工艺性能间的关系三、含碳量与工艺性能间的关系3.切削加工性能切削加工性能•中碳钢中碳钢（（wC=0.25%~ 0.60% ）中铁素体与渗碳体）中铁素体与渗碳体的比例适当，硬度和塑性比较适中，因而切削加的比例适当，硬度和塑性比较适中，因而切削加工性能较好；工性能较好；•一般认为钢的硬度在一般认为钢的硬度在160~230HBS时，切削加工时，切削加工性能最好。

碳钢可通过热处理来改变渗碳体的形性能最好碳钢可通过热处理来改变渗碳体的形态与分布，从而改善其切削加工性能态与分布，从而改善其切削加工性能第四章 铁碳合金相图。