铁碳合金的结构及其相图

1、铁碳合金相图分析铁碳合金相和组织组成纯铁及其同素异构转变金属的多晶型性（同素异构现象）金属的多晶型性（同素异构现象）多晶型转变（同素异构转变）多晶型转变（同素异构转变）纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变1394 912 -Fe-Fe -Fe-Fe-Fe-Febccbccfccfccbccbcc 符合形核、长大的结晶规律符合形核、长大的结晶规律固态金属在不同的温度和压力固态金属在不同的温度和压力范围内，具有二种或二种以上范围内，具有二种或二种以上晶格结构的现象晶格结构的现象 转变过程恒温、可逆转变过程恒温、可逆纯铁及其同素异构转变纯铁及其同素异构转变纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变 纯铁的

2、成分及性能纯铁的成分及性能纯铁（工业纯铁）纯铁（工业纯铁）：含杂质0.10%0.20%性能及组织：性能及组织： b b=180=180230MPa230MPa 0.20.2=100=100170MPa170MPa =30%=30%50%50% =70%=70%80%80% A Ak k=128=128160J160J HBS=50HBS=508080铁素体铁素体（F F 或或）：碳溶于-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体 晶格结构：晶格结构：bccbcc 最大溶解度：最大溶解度：0.02%0.02%（727727） 性能性能： b b=180=180230MPa230MPa 0.20.2=100=

3、100170MPa170MPa HBS=50HBS=508080 =30%=30%50%50% =70%=70%80%80% a ak k=160=160200J/cm200J/cm2 2-铁素体铁素体：碳溶于-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体 最大溶解度：0.09%0.09%（14951495） 奥氏体（奥氏体（A A 或或）：）：碳溶于-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体晶格结构：晶格结构：fccfcc 最大溶解度：最大溶解度：2.11%2.11%（11481148）（高温组织） 性能：性能： b400MPa HBS=170220 =40%50% 高塑性、无磁高塑性、无磁 渗碳体（渗碳体（FeF

4、e3 3CC）：）：Fe 与 C 所形成的金属化合物金属化合物 晶格结构：晶格结构：复杂正交 性能：性能：b30MPa HBS=800 0 0 硬而脆硬而脆（耐磨性好） 亚稳定：亚稳定： Fe3C 3Fe+C（石墨） 合金渗碳体：合金渗碳体： (Fe、Me)3C Fe3(C、N)或 Fe3(C、B) 石墨石墨 晶格结构：晶格结构：简单六方 性能性能: : 加工性能 机械性能高温 珠光体（珠光体（P P）F与 Fe3C 所形成的机械混合物机械混合物（平均含碳量：0.77%0.77%）性能：性能： b b750MPa750MPa HBS=180HBS=180 20%20%25%25% a ak k

5、=30=3040J/cm40J/cm2 2 综合性能综合性能莱氏体（莱氏体（ ）A与 Fe3C 所形成的机械混合物机械混合物（平均含碳量：4.3%4.3%）性能：性能：硬而脆eeddLLLL、ABCDFENGPSKQJHA(A() )L LF(F() )Fe-FeFe-Fe3 3C C 亚稳平衡相图亚稳平衡相图T()T()wC（%）FeFeFeFe3 3C CLALACFeL3AF CFeA3CFeF3 4+2个单相区个单相区 7个双相区个双相区相相区区6.69%ABCDFENGPSKQJH11487271495ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C CH：0.09%1495J：0.17%1

6、495B：0.53%14952.11%4.3%6.69%0.77%0.02%0.0008%包晶反应包晶反应( (0.09 0.09 0.530.53) )共晶反应共晶反应( (2.11 2.11 6.696.69) )共析反应共析反应( (0.02 0.02 6.696.69) )17. 0149509. 053. 01495ALALJHBCFeALCFeALEC311. 211483 . 431148 CFeFACFeFAPS30218. 072777. 03727 dLP基本转变基本转变铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJH11487271495ALFwC（%）FeF

7、eFeFe3 3C C153812279122.11%6.69%0.02%0.0008%1394A A Fe Fe 熔点熔点D D Fe Fe3 3C C 熔点熔点N N 同素异构转变点同素异构转变点G G 同素异构转变点同素异构转变点H H c c在在 最大溶解度点最大溶解度点E E c c在在 A 最大溶解度点最大溶解度点P P c c在在 F 最大溶解度点最大溶解度点Q Q c c在在 F 中中室温室温溶解度点溶解度点铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析J包晶点包晶点C共晶点共晶点S共析点共析点重要点重要点ABCDFENGPSKQJH11487271495ALFwC（%）FeFeFeFe3

8、3C CLALACFeL3AF CFeA3CFeF3132一次渗碳体一次渗碳体FeFe3 3C CABCDABCDAHJECFAHJECFCDCD液相线的一部分液相线的一部分CFeL3%3 . 4L1148dLL 固固相线相线液液相线相线T铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析HJB包晶线包晶线ECD共晶线共晶线PSK共析线共析线重要线重要线ABCDFENGPSKQJH11487271495ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C CLALACFeL3AF CFeA3CFeF3A3AcmGSGS（A A3 3）F和A两相平衡线Fe3C和A两相平衡线C 在 A 溶解度曲线1148，AE = = A2.

9、11TAX+ +FeFe3 3C C727AS= =A0.77P二次渗碳体二次渗碳体 FeFe3 3C C铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析重要线重要线ESES（A Acmcm）PSKPSK（A A1 1）A1ABCDFENGPSKQJH11487271495ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C CLALACFeL3AF CFeA3CFeF3A3Acm ？ FeFe3 3C C、FeFe3 3C C、 FeFe3 3C C 有何异同有何异同FeFe3 3C C和和F两相平衡线两相平衡线C C 在在 F 溶解度曲线溶解度曲线727，FP = = F0.0218TFX+ +FeFe3 3C C室

10、温室温FQ= =F0.0008三次渗碳体三次渗碳体 FeFe3 3C CPQPQ铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析重要线重要线A1ABCDFENGPSKQJH1148727ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C CLALACFeL3AF CFeA3CFeF3A3AcmA1dLdLECFECF共晶线共晶线CFeALCFeALEC311. 211483 . 431148 dLTAX+ +FeFe3 3C CCFe3A0.77+ +FeFe3 3C C727CFe3P+ +FeFe3 3C CCFe3dL铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析重要线重要线2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%工工

11、业业纯纯铁铁共共析析钢钢亚亚共共析析钢钢过过共共析析钢钢亚亚共共晶晶白白口口铁铁过过共共晶晶白白口口铁铁共共晶晶白白口口铁铁钢钢铸铁铸铁ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%共析钢共析钢wwc c =0.77% =0.77%ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%1320铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析共析钢共析钢wwc c =0.77% =0.77%室温平衡组织室温平衡组织: :100% P100% P（F F和和FeFe3 3C C）组成相的

12、质量分数为：组成相的质量分数为： %12%881%88%10002. 069. 677. 069. 6(%)3CFeF铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%亚共析钢亚共析钢0.0218% w0.0218% wc c 0.77% 0.77%13204铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析0.20%C0.20%C组成相的质量分数为：组成相的质量分数为：室温平衡组织室温平衡组织: :F+PF+P，其相对量为：，其相对量为：0.40%C0.40%C %49%511%51%10002.

13、 077. 002. 04 . 0(%)FP %6%961%94%10002. 069. 64 . 069. 6(%)3CFeF亚共析钢亚共析钢0.0218% w0.0218% wc c 0.77% 0.77%铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%1320过共析钢过共析钢0.077% w0.077% wc c 2.11% 2.11%4铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析硝酸酒精侵蚀苦味酸侵蚀室温平衡组织室温平衡组织: :P+ FeP+ Fe3 3C C ，其相对量为：，其相

14、对量为： %93%71%7%10077. 069. 60.771.2(%)3PCFe过共析钢过共析钢0.077% w0.077% wc c 2.11% 2.11%铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%120共晶白口铁共晶白口铁wwc c=4.3%=4.3%铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析共晶白口铁共晶白口铁wwc c=4.3%=4.3%室温平衡组织室温平衡组织: :100%100%dL铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFFeFeF

15、eFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%130亚共晶白口铁亚共晶白口铁2.11% w2.11% wc c 4.3% 4.3%24铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析亚共晶白口铁亚共晶白口铁2.11% w2.11% wc c 4.3% 4.3%室温平衡组织室温平衡组织: :dL铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%13024过共晶白口铁过共晶白口铁4.3% w4.3% wc c 6.69% 6.69%铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析过共晶

16、白口铁过共晶白口铁4.3% w4.3% wc c 6.69% 6.69%室温平衡组织室温平衡组织: : + Fe+ Fe3 3C CdL铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKQJHALFFeFeFeFe3 3C CLAL ACFeL3AFCFeA3CFeF3CFeP3dLCFeP3dLCFeA3CFeLd3CFeLd3FPPdLdL 铁碳合金平衡组织铁碳合金平衡组织含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响相组成物相对量相组成物相对量组织组成物相对量组织组成物相对量dLCFeA3dLCFe3dLdL项目 碳钢 亚共析钢 共析钢 过共析钢含碳量0.02%0.77% 0.77% 0.77% 2.11%各种组织的相对量工艺性能力学性能应用结构用钢结构用钢工具用钢工具用钢CFe3FP切削性能切削性能焊接性能焊接性能铸造性能铸造性能锻造性能锻造性能强度强度塑性塑性硬度硬度韧性韧性 钢的成分、组织与性能之间的关系钢的成分、组织与