5、+铁碳合金及Fe-Fe3C相图-1

第1篇金属学根本原理第1篇金属学根本原理第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图

吃透并熟练记忆铁碳相图；掌握钢铁合金中的根本相及其结构特点；熟悉钢、铸铁的概念；掌握各类铁碳合金的平衡结晶过程，组成相的相对量及组织形貌特点。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图碳钢(Steels)和铸铁(Castirons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的根本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合金〔alloysoftheiron－carbonsystem〕。铁碳相图是研究钢铁材料的组织、性能及其热加工和热处理工艺的重要工具。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。钢铁材料的生产已有几千年的历史。矿石Fe3O4、Fe2O3Fe(C)合金2007年我国钢年产量为亿吨；2021年为亿吨。2021年全世界钢年产量为13亿吨。预计2021年我国钢年产量为亿吨。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图铁碳相图是一个较复杂的二元合金相图，它概括了钢铁材料的成分、温度与组织之间的关系。在铁碳合金中，Fe与C可以形成一系列化合物：Fe3C、Fe2C、FeC。所以，整个Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C,Fe3C-Fe2C,Fe2C-FeC和FeC-C四个局部。由于Fe和C化合物是硬脆相，后面三局部相图实际上没有应用价值〔工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％〕。通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C局部。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图铁碳相图§4.1Fe-C合金的组元及根本相4.1.1合金中的组元一、纯铁〔Fe〕物理性能：元素周期表中第26号元素，属于过渡族元素，相对原子量为，在一个大气压下，熔点为1538℃，在2738℃时气化，密度为3。同素异构转变：δ-Feγ-Feα-Fe。磁性转变：纯铁具有磁性转变。高温顺磁性低温铁磁性机械性能：纯铁的强度低，塑性好，很少用于结构材料。主要利用其铁磁性，制造仪器、仪表的铁芯等。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图1394℃912℃768℃4.1.1合金中的组元纯铁的显微组织第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图二、渗碳体〔Fe3C〕Fe-C合金中，在非平衡凝固过程中，碳以化合物Fe3C形式出现的，即具有复杂结构的间隙化合物，通常称为渗碳体，用“Fe3C或Cm〞表示。Fe3C熔点为1227℃，Fe3C是一种亚稳化合物。在一定条件下〔高温下长时间保温〕，渗碳体可以分解形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe+C(石墨)这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。所以Fe-Fe3C相图又叫亚稳定系相图，Fe-C相图称为稳定系相图，假设把Fe-Fe3C相图与Fe-C相图画在同一图上，称为Fe-C合金双重相图。通常情况下，由于凝固过程不可能是无限缓慢的平衡过程，铁碳合金是按Fe-Fe3C系进行转变的。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图Fe-Fe3C和Fe-C双重相图Fe3C机械性能：

Fe3C在钢和铸铁中呈现片状，粒状，网状和板条状，其各种形态对应不同的宏观性能。渗碳体相硬而脆(HB800)，塑性极低，延伸率接近于零。它是钢铁材料中的主要强化相。

Fe3C中碳和Fe可以被其它元素替代形成以Fe3C为基的固溶体。Fe被Cr、Mn等金属原子置换，形成以Fe3C为基的固溶体，称为合金渗碳体。如：(Fe,Cr)3C，(Fe,Mn)3C渗碳体高温无磁性低温具有一定铁磁性。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图230℃4.1.2合金中的相在Fe-Fe3C相图中，Fe-C合金在不同条件(成分/温度)下,有六个根本相：L相、δ相、γ相、α相、Fe3C相和石墨。液相L：Fe与C的液溶体。δ相:又称高温铁素体(hightemperatureferrite)，是C在δ-Fe中的间隙固溶体，呈bcc晶格，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大，为0.09%。α相：也称铁素体(Ferrite)，用符号F或α表示，是碳在α-Fe中的间隙固溶体，呈bcc晶格。铁素体中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008%，600℃时为0.0057%，在727℃时溶碳量最大，为0.0218%。铁素体性能特点是强度低、硬度低、塑性好。称为工业纯铁。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图γ相：称为奥氏体(Austenite)，用符号A或γ表示，是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，为fcc结构。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时溶碳量最大达2.11%。碳原子存在于面心立方晶格中正八面体间隙的中心。单相γ区存在于NJESGN区域内(7271459℃)(见P74相图〕。奥氏体的强度较低，硬度较低(HB170220)，塑性高(延伸率δ为40%50%)，易于塑性变形。γ铁是顺磁性，具有fcc结构。晶粒呈平直多边形。奥氏体的显微组织见以下图:第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图奥氏体的显微组织第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图Fe3C相(Cementite)：它具有复杂的晶格(斜方晶系)，Fe3C是由C原子构成的一个斜方晶格，C原子周围有六个Fe原子，构成一个八面体，而每个Fe原子属于两个八面体共有，晶胞中有12个Fe原子和4个C原子，Fe:C=3:1。其晶体结构如图：Fe3C在Fe-C合金中有条状、网状、片状、粒状等形态，通过热处理改变其形状和分布，对铁碳合金的机械性能有很大影响。石墨〔C〕〔graphite〕：在一定条件下，碳可以以游离态石墨稳定相存在，六方结构。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图碳在钢铁中的存在形式碳原子溶于α-Fe形成的间隙固溶体---铁素体F(bcc)碳原子溶于γ-Fe形成的间隙固溶体---奥氏体A(fcc)与铁原子形成复杂结构的间隙化合物---Fe3C、Cm(斜方点阵〕也可能以游离态石墨〔六方结构〕稳定相存在于基体中。§4.2Fe-Fe3C相图分析4.2.1Fe-Fe3C平衡相图第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图围绕三条水平线可把Fe-Fe3C相图分解为三个局部考虑：左上角的包晶局部、右边的共晶局部、左下角的共析局部。我们从分析相图中的点、线、区，特别是重要的点、三条水平恒温转变线、重要的相界线入手。到达掌握整个相图的目的。4.2.1Fe-Fe3C平衡相图相图中重要的点和线第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图液相线ABCD固相线AHJECF包晶线HJB，包晶点JL+δ0.09

A共晶线ECF，共晶点CL4.3(A+Fe3C)高温莱氏体,Le或Ld共析线PSK，共析点SA0.77(F+Fe3C)珠光体,PES线：C在A中的固溶线PQ线：C在F中的固溶线第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.1Fe-Fe3C平衡相图第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图符号温度,℃碳质量分数W(C)%

含义A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液态合金的成分C11484.30共晶点Lc

→

AE+Fe3CD12276.69Fe3C的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69Fe3C的成分G9120α-Fe→

γ-Fe同素异构转变点(A3)H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶点LB+δH

→

AJ

K7276.69Fe3C的成分N13940γ-Fe→

δ-Fe同素异构转变点(A4)P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点(A1)AS→FP+Fe3CQ室温0.0008室温时碳在α-Fe中的溶解度4.2.1Fe-Fe3C平衡相图一、相图中的点、线、区及其意义〔1〕相图中的点〔最重要的点〕J点：包晶点，合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时，B点成分的L与H点成分的δ发生包晶反响，生成J点成分的A。LB＋δHAJorL＋δA反响时三相共存，在恒温下进行。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图1495℃1495℃4.2.1Fe-Fe3C平衡相图C点：共晶点，合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时，C点成分的L发生共晶反响，生成E点成分的A和Fe3C。LCAE＋Fe3CorL4.3A＋Fe3C反响时三相共存，在恒温下进行。共晶反响的产物是A与渗碳体的共晶混和物，称为莱氏体(Ledeburite)，以符号Le表示。L4.3Le〔A+Fe3C〕注意：莱氏体中的渗碳体称共晶渗碳体。在显微镜下莱氏体的形态是：块状或粒状A(室温时为珠光体)分布在渗碳体基体上。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图1148℃1148℃1148℃4.2.1Fe-Fe3C平衡相图S点：共析点，合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时，S点成分的A发生共析反响，生成P点成分的F和Fe3C。ASFP＋Fe3CorA0.77F＋Fe3C共析反响的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体(Pearlite)，以符号P表示。珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图727℃727℃第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.1Fe-Fe3C平衡相图珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。在显微镜下珠光体的形态呈层片状。在放大倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗碳体片(窄条)与铁素体片(宽条)。

w(Fe3C)＝1－w(F)＝11.3%∴w(Fe3C)/w(F)≈1:8故显微镜下铁素体片宽，而渗碳体片窄。4.2.1Fe-Fe3C平衡相图〔2〕相图中的线〔重要的线〕ABCD线－液相线AHJECF线－固相线水平线HJB－包晶反响线，碳质量分数为0.09%－0.53%的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生包晶反响。水平线ECF－共晶反响线，碳质量分数在2.11%6.69%之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共晶反响。水平线PSK－共析反响线，碳质量分数为0.0218%6.69%的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共析反响。PSK线亦称A1线。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.1Fe-Fe3C平衡相图GS线－合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线，通常称A3线。合金加热时F转变为A的终了线。GS线是由G点〔A3点〕演变而来，随着C含量的增加，使γ向α的同素异构转变温度逐渐下降，从A3点延伸为A3线。ES线－碳在A中的固溶线，通常叫做Acm线。由于在1148℃时A中溶碳量最大可达2.11%，而在727℃时仅为0.77%，因此碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中，将从A中析出Fe3C。析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII)。Acm线亦为从A中开始析出Fe3CII的临界温度线。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.1Fe-Fe3C平衡相图PQ线—碳在F中固溶线。在727℃时F中溶碳量最大可达0.0218%，室温时仅为0.0008%，因此碳质量分数大于0.0008%的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中，将从F中析出Fe3C。析出的渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII)。

PQ线亦为从F中开始析出Fe3CIII的临界温度线。Fe3CIII数量极少，往往予以忽略。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.1Fe-Fe3C平衡相图〔3〕相图中的区五个单相区:L、δ、A〔γ〕、F〔α〕、Fe3C〔Cm〕七个双相区:L＋δ、L＋γ、L＋Fe3C、δ＋γ、γ＋α、γ＋Fe3C、α＋Fe3C三个三相共存线区：HJB、ECF、PSK线第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图§4.2Fe-Fe3C相图分析4.2.2典型铁碳合金的平衡结晶过程及平衡组织4.2.2.1钢铁材料的划分根据Fe-Fe3C相图，铁碳合金可分为三类：工业纯铁[Wc%＜0.0218%]钢[0.0218%≤Wc%≤2.11%]

亚共析钢

0.0218%≤Wc%＜0.77%共析钢

Wc%＝0.77%过共析钢

0.77%＜Wc%

≤

2.11%类型亚共析钢共析钢过共析钢钢号20

45

60T8T10

T12WC%0.20

0.45

0.600.801.00

1.204.2.2典型铁碳合金的平衡结晶过程及平衡组织白口铸铁[2.11%＜Wc%＜6.69%]其特点液态合金结晶时都发生共晶反响，液态时有良好的流动性，因而铸铁都具有良好的铸造性能。但因共晶产物是以Fe3C为基的莱氏体组织，所以性能很脆，不能锻造。它们的断口呈银白色，故称为白口铸铁。可见Wc＝2.11%是钢和铸铁(生铁)的理论分界线。根据白口铸铁室温组织不同，可分为三种：亚共晶白口铸铁:2.11%＜Wc%＜4.3%共晶白口铸铁:Wc%＝4.3%过共晶白口铸铁:4.3%＜Wc%＜6.69%第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图亚共析钢过共析钢过共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁共析钢共晶白口铁4.2.2典型铁碳合金的平衡结晶过程及平衡组织4.2.2.2工业纯铁[Wc%≤0.0218%]以Wc%＝0.01%的铁碳合金为例室温组成相：F+Fe3C室温平衡组织：F+Fe3CIII；F呈白色块状，Fe3CIII量极少，呈小白片状分布于F晶界处。假设忽略Fe3CIII，那么组织全为F。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.2工业纯铁[Wc%≤0.0218%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.2工业纯铁[Wc%≤0.0218%]可见，Wc%=0.01%的工业纯铁转变过程：L→L+δ→δ→δ+γ→γ→α+γ→α→α+Fe3CⅢ其室温组织组成物为：α+Fe3CⅢ工业纯铁室温组织图〔200×〕Fe3CⅢ最多为0.33%第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.3共析钢[Wc%=0.77%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图0.774.2.2.3共析钢[Wc%=0.77%]室温组织：P，P呈层片状，是α和Fe3C的层片交替重叠的机械混合物。白色片状为α，黑色片状为Fe3C。匀晶转变＋共析转变＋脱溶沉淀组成相：F和Fe3C，它们的质量分数为：第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.3共析钢[Wc%=0.77%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图显微组织示意图4.2.2.3共析钢[Wc%=0.77%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图显微组织图4.2.2.3共析钢[Wc%=0.77%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图共析钢的室温平衡组织〔500×〕4.2.2.4亚共析钢[0.0218%<w(C)<0.77%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图0.44.2.2.4亚共析钢[0.0218%<w(C)<0.77%]室温组织：F＋PF呈白色块状；P呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块状。珠光体的室温平衡组织第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.4亚共析钢[0.0218%<w(C)<0.77%]室温组织为F+P，由于F是发生在共析转变之前，我们称之为先共析铁素体。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图显微组织示意图4.2.2.4亚共析钢[0.0218%<w(C)<0.77%]碳质量分数大于0.6%的亚共析钢，室温平衡组织中的F常呈白色网状，包围在P周围.第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.4亚共析钢[0.0218%<w(C)<0.77%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图亚共析钢的室温组织〔200×〕4.2.2.4亚共析钢[0.0218%<w(C)<0.77%]组织组成物相对质量分数：组成相：F和Fe3C

相对质量分数：第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.4亚共析钢[0.0218%<w(C)<0.77%]近似计算：亚共析钢的碳质量分数的估算假设将F中的碳含量忽略不计，那么钢中的碳含量全部在P中，因此由钢中P的碳质量分数可求出钢的碳质量分数。

式中，W(C%)表示钢的碳质量分数，W(P%)表示钢中P的质量分数。由于P和F的密度相近，钢中P和F的质量分数可以近似用P和F的相对面积分数来估算。4.2.2.5过共析钢[0.77%＜w(C)≤2.11%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图1.24.2.2.5过共析钢[0.77%＜w(C)≤2.11%]室温组织：P＋Fe3CⅡ

Fe3CII呈网状分布在片层状P周围第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图硝酸酒精浸蚀：白色网状为Fe3CII，暗黑色为P苦味酸钠浸蚀：黑色为Fe3CII，浅白色为P4.2.2.5过共析钢[0.77%＜w(C)≤2.11%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图铁碳合金的室温平衡组织：P＋Fe3CII室温平衡组织中的P显微组织示意图4.2.2.5过共析钢[0.77%＜w(C)≤2.11%]室温组织为：P+Fe3CⅡ，组织转变示意图如下：第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图显微组织示意图4.2.2.5过共析钢[0.77%＜w(C)≤2.11%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图过共析钢的室温组织〔500×〕4.2.2.5过共析钢[0.77%＜w(C)≤2.11%]组织组成物相对质量分数：组成相：F和Fe3C

相对质量分数：第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.6共晶白口铁[w(C)=4.3%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.34.2.2.6共晶白口铁[w(C)=4.3%]室温组织：〔P＋Fe3CⅡ＋Fe3C〕〔L'd〕由黑色条状或粒状P和白色Fe3C基体组成室温组成相：F＋Fe3C第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.7亚共晶白口铁[2.11%<w(C)<4.3%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图3.04.2.2.7亚共晶白口铁[2.11%<w(C)<4.3%]室温组织：P＋Fe3CⅡ＋L'dL'd=P＋Fe3CⅡ＋Fe3C网状Fe3CII分布在粗大块状P〔黑色〕的周围，L'd那么由条状或粒状P和Fe3C基体组成第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.2.2.8过共晶白口铁[4.3%<w(C)<6.69%]第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图5.04.2.2.8过共晶白口铁[4.3%<w(C)<6.69%]室温组织：Fe3CⅠ＋L'd

L'd=P＋Fe3CⅡ＋Fe3CFe3CI呈长条状，L'd由黑色条状或粒状P和白色Fe3C基体组成。室温组成相：F＋Fe3C第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图△！注意区别组织中的渗碳体一次渗碳体Fe3CⅠ，长条状，尺寸较大；共晶渗碳体Fe3C，作为基体；二次渗碳体Fe3CⅡ，延A周围析出；共析渗碳体Fe3C，在P中呈片层状；三次渗碳体Fe3CⅢ，量极少，一般忽略。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图Fe-Fe3C相图分析第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图工业纯铁亚共析钢过共析钢过共晶白口铁亚共晶白口铁共析钢共晶白口铁包晶温度共晶温度共析温度§4.3铁碳合金的成分与平衡组织和性能的关系4.3.1含碳量对平衡组织的影响室温下，碳含量不同时，F和Fe3C两相相互组合的形态即合金的组织在变化。随碳含量增大，组织按以下顺序变化：F→F+P→P→P+Fe3CII→P+Fe3CII+L'd→L'd→L'd+Fe3CI→Fe3C各个区间的组织组成物的质量分数用杠杆定律求出。w(C)＜0.0218%，合金的组织全部为F；w(C)＝0.77%，合金的组织全部为P；w(C)＝4.3%，合金的组织全部为L′d；w(C)＝6.69%，合金的组织全部为Fe3C；在上述碳含量之间，那么为相应组织组成物的混合物。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图室温下的组织都由F和Fe3C两相组成，两相的质量分数由杠杆定律确定。随碳含量的增加，F的量逐渐变少，由100%按直线关系变至0%(w(C)=6.69%时)；Fe3C的量那么逐渐增多，由0%按直线关系变至100%。随着含碳量的增加,Fe-C合金的组织发生以下变化：α+Fe3CⅢ→α+P→P→P+Fe3CⅡ→Fe3CⅡ+L’d+P→L’d→Fe3CⅠ+L’d称为组织组成物。所有Fe-Fe3C合金的室温组织都是由铁素体F和渗碳体Fe3C两相组成，所以，铁素体和渗碳体称为Fe-C合金的相组成物。注：随着Wc的增加，Fe-C合金中F的量逐渐减少，Fe3C的量逐渐增多，其变化呈线性关系。随碳含量的增加，Fe3C的量增加，Fe3C形态也发生变化，由片状及球状形式分布在F根本内(P)，Fe3CⅡ成网状分布在原A晶界上，当L’d形成时，Fe3C成为基体。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.3.1含碳量对平衡组织的影响含碳量与Fe-Fe3C合金相组成物相对量、组织组成物相对量的关系图示第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图§4.3铁碳合金的成分与平衡组织和性能的关系4.3.2含碳量对机械性能的影响4.3.2.1含碳量－组织－硬度关系硬度主要决定于组织中组成相或组织组成物的硬度和质量分数，随碳含量的增加，由于硬度高的Fe3C增多，硬度低的F减少，合金的硬度呈直线关系增大，由全部为F的硬度约80HB增大到全部为Fe3C时的约800HB。图示如下：第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.3.2.1含碳量－组织－硬度关系第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图含碳量与组成相含碳量与硬度4.3.2.2含碳量－组织－强度关系强度对组织形态很敏感亚共析钢的强度随碳含量的增大而增大。随碳含量的增加，亚共析钢中P增多而F减少。F的强度较低而P的强度比较高，强度决定于P大小与细密程度有关，组织越细密，那么强度值越高。钢在w(C)=0.9%时获得最大强度当碳质量分数超过共析成分之后，由于强度很低的Fe3CII沿晶界出现，合金强度的增高变慢，到约0.9%C时，获得最大强度。钢在w(C)>0.9%时，Fe3CII沿晶界形成完整的网，强度迅速降低，随着碳质量分数的进一步增加，强度不断下降。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.3.2.2含碳量－组织－强度关系w(C)＞2.11%后，合金中出现Le，强度降到很低的值。再增加碳含量时，由于合金基体都为脆性很高的Fe3C，强度变化不大且值很低，趋于Fe3C的强度(20MPa30MPa)。F为软韧相，Fe3C为硬脆相，故Fe-C合金的力学性能取决于F和Fe3C两相的相对量及它们的相互分布特征。珠光体的强度比F高，比Fe3C低，而P的韧性和塑性比F低，比Fe3C高，而且P的强度随P片间距的减小而增大。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图在钢中Fe3C是一种强化相，随钢中Wc的增加使Fe-C合金强度升高，当Wc超过0.77%后，先析出F消失而Fe3CⅡ出现，合金强度增加变缓；当Wc到达0.90%时，由于沿晶界上形成网状分布，强度开始迅速下降。当到达2.11%时，出现L’d，强度降到最低。钢的塑性完全由F来提供，Wc的增加使F减少，塑性和韧性显著下降，当基体为Fe3C后，塑性就接近于0。为保证钢有足够的强度和适当的韧性配合，其Wc一般不超过～1.4%。对于白口铸铁，组织中存在大量的L’d，而L’d是以Fe3C为基的硬脆组织，因此白口铸铁具有很大的脆性。但由于大量的Fe3C存在，铸铁的硬度和耐磨性很高。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.3.2.2含碳量－组织－强度关系第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图含碳量与组成相含碳量与强度4.3.2.3含碳量－组织－塑性关系铁碳合金中Fe3C是极脆的相，没有塑性。合金的塑性变形全部由F提供。所以随碳含量的增大，F量不断减少时，合金的塑性连续下降。到合金成为白口铸铁时，塑性就降到近于零值。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图含碳量与组成相含碳量与塑性4.3.2含碳量对机械性能的影响综上所述，Wc对铁碳合金的机械性能的影响如下图第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.3.2含碳量对机械性能的影响亚共析钢的硬度、强度和塑性可根据成分或组织作如下的估算：硬度≈80×w(F)+180×w(P)

(HB)硬度≈80×w(F)+800×w(Fe3C)

(HB)强度(σb)≈230×w(F)＋770×w(P)

(MPa)延伸率(δ)≈50×w(F)＋20×w(P)

(%)式中的数字相应为F、P或Fe3C的大概硬度、强度和延伸率；w〔F〕、w〔P〕、w(Fe3C)相应表示组织中F、P或Fe3C的质量分数。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图§4.4Fe-Fe3C相图的应用4.4.1在钢铁材料选用方面的应用Fe-Fe3C相图所说明的成分－组织－性能的规律，为钢铁材料的选用提供了根据。建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料，选用碳含量较低的钢材。机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料，选用碳含量适中的中碳钢。

工具要用硬度高和耐磨性好的材料，那么选碳含量高的钢种。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.4.1在钢铁材料选用方面的应用纯铁的强度低，不宜用做结构材料，但由于其导磁率高，矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁芯等。白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.4.2在加工工艺制定方面的应用4.4.2.1在铸造工艺上的应用根据Fe-Fe3C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50℃－100℃。纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好，它们的凝固温度区间最小，因而流动性好，分散缩孔少，可以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总是选在共晶成分附近。在铸钢生产中，碳质量分数在0.15%－0.6%之间，因为这个范围内钢的结晶温度区间较小，铸造性能较好。第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图4.4.2.2在热锻、热轧工艺方面的应用

锻造或轧制选在单相奥氏体区进行；原因：钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好。始锻、始轧温度控制在固相线以下100℃－200℃范围内，约为1150℃－1250℃。原因：一方面降低变形抗力，节约能源，减小设备吨位；另一方面防止钢材严重烧损或过烧〔晶界熔化〕。终锻、终轧温度750℃－850℃亚共析钢：GS线以上一点过共析钢：PSK线以上一点原因：一方面防止钢材因温度低塑性差而发生开裂；另一方面防止亚共析钢中出现F，使合金韧性降低；把过共析钢中的网状Fe3CⅡ打碎。终轧温度不能过高，以防止再结晶后A的晶粒粗大。