铁碳合金相图知识汇总

关于铁碳合金相图知识汇总第1页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三[重点掌握]1、铁碳合金的基本组织和性能特点；2、根据铁碳相图，分析典型成份的结晶过程；3、成份、组织与性能之间的关系。

第2页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用、热加工及热处理工艺的制定都具有重要的指导意义。

铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等,有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，Fe-Fe3C相图中的组元只有Fe和Fe3C。第3页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三第一节铁碳合金基本相一、铁素体1．δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。2．α相铁素体（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）二、奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）强度低，易塑性变形三、渗碳体Fe3C相，由Fe与C组成一种复杂结构的间隙化合物,渗碳体的熔点高，性能：硬而脆，塑性、韧性几乎为零。按不同生成条件形状有：条状、网状、片状、粒状等形态,对铁碳合金的机械性能有很大影响。第4页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三第二节Fe-Fe3C相图分析第5页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三一、相图中的点、线、面：三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495摄氏度，C%=0.09-0.53%L+δ→

A

第6页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三（2）共晶转变线ECF,C点为共晶点。在1148℃,C点成分的L发生共晶反应：L→

A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳体）。共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物,称莱氏体,以符号Le表示。第7页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三（3）共析转变线PSK，S点为共析点。在727℃,S点成分的A发生共析反应：A→

F+Fe3C（0.0218%C）（6.69%C共析渗碳体）共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物,称珠光体,以符号P表示。第8页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三珠光体的强度较高,塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间,其机械性能如下：抗拉强度极限σb

≈770MPa冲击韧性ak≈3×105J/m2～4×105J/m2延伸率δ≈20%～35%硬度：180HB第9页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三2．液固相线液相线ABCD固相线AECF第10页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三二、Fe-C合金平衡结晶过程7种典型Fe-C合金的平衡结晶过程：（看动画：Fe-C合金平衡结晶过程3种）1.工业纯铁2.共析钢3.亚共析钢4.过共析钢5.共晶白口铁6.亚共晶白口铸铁7.过共晶白口铸铁第11页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三1．工业纯铁（C%≤0.0218%）

铁熔点或凝固点为1538℃,相对密度是7.87g/cm3。纯铁从液态结晶为固态后,继续冷却到1394℃及912℃时,先后发生两次同素异构转变。

第12页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三1．工业纯铁（C%≤0.0218%）L→

L+A→

A→

A+F→

F→

F+Fe3CIII相组成物：F+Fe3C(C%>0.0008%)或F（C%<0.0008%）相相对量：F%=Fe3C%=组织组成物：F和Fe3CIII第13页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、塑性好。主要机械性能如下：抗拉强度极限σb

180MPa～230MPa抗拉屈服极限σ0.2100MPa～170MPa

延伸率δ30%～50%

断面收缩率ψ70%～80%冲击韧性ak

1.6×106J/m2～2×106J/m2

硬度50HB～80HB第14页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三2．共析钢

C%=0.77%

第15页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三2．共析钢

C%=0.77%

相组成物：F和Fe3C相相对量：F%=Fe3C%=组织组成物：P第16页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三3．亚共析钢0.0218%＜C%＜0.77%

第17页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三L→

L+A→

A→

A+F→

A+P+F→

P+F

3．亚共析钢0.0218%＜C%＜0.77%

第18页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三相组成物：F，Fe3C相相对量：F%=Fe3C%=组织组成物：F、PP%=F%=3．亚共析钢0.0218%＜C%＜0.77%

第19页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三4．过共析钢

第20页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三L→

L+A→

A→

A+Fe3CII→

A+P+Fe3CII→

P+Fe3CII

4．过共析钢

第21页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三相组成物：F%=Fe3C%=组织相对量：Fe3CII%=P%=4．过共析钢

第22页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三5．共晶白口铁（C%=4.3%）

L→L+Le→

Le(A+Fe3C共晶)→

Le(A+Fe3C共晶+Fe3CII)→

Le’(P+Fe3CII+Fe3C)第23页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三6．亚共晶白口铸铁，2.11%＜C%＜4.3%

相组成物：F%=Fe3C%=组织组成物：P，Le’，Fe3CII第24页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三7．过共晶白口铸铁

相组成物：F%=Fe3C%=组织组成物：Le’%=Lc%=

Fe3C%=第25页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三小结：标注组织的铁碳相图

第26页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三第三节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系

含碳量——铁碳合金在室温下的组织都由F和Fe3C两相组成,两相的质量分数由杠杆定律确定。随C%↑→F%↓，Fe3C%↑第27页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三含碳量——性能HB：取决于相及相对量强度：C%↑→σ↑，而C%≻0.9%↑→σ↓塑性、韧性：C%↑→塑性↓、韧性↓

第三节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系

第28页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三第四节、Fe-Fe3C相图的应用

Fe-Fe3C相图在生产中具有巨大的实际意义,主要应用在钢铁材料的选用和加工工艺的制订两个方面。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。第29页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三相图的应用机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料,应选用碳含量适中的中碳钢。第30页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三工具要用硬度高和耐磨性好的材料,则选碳含量高的钢钟。相图的应用第31页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三相图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、犁铧、球磨机的磨球等。

第32页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三相图的应用——铸造工艺方面的应用

根据Fe-Fe3C相图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,所以选在共晶成分附近。在铸钢生产中,碳含量规定在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33页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三相图的应用——热锻、热轧工艺方面的应用

钢处于奥氏体状态时强度较低,塑性较好,因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以下100℃～200℃范围内。一般始锻温度为1150℃～1250℃,终锻温度为750℃～850℃。第34页，讲稿共37页，2023年5月2日，星期三一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据Fe-Fe3C相图确定的。因此有重要的意义。相图的应用——在热处理工艺方面的应用第35页，讲稿共37页，20