铁-碳合金相图

基本概念

晶体与非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状况的称为非晶体。相反，

反原子呈有序、有规则排列的物体称为晶体。

晶格和晶胞：假想的能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格。晶格是由

许多形状、大小相同的小几何单元重复堆积而成的。我们把其中能够完整地反映

晶体晶格特征的最小几何单元称为晶胞。

金属中主要有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三种晶格类

型，

体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子位于立方外的八个顶点和立方体的

中心；面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方

体六个面的中心；密排六方晶格的晶胞是一个正六棱柱，原子除排列于柱体的每

个顶点和上、下两个底面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子。

刚球模型质点模型晶胞原子数

图一体心立方晶格

刚球模型质点模型晶胞原子数

图二面心立方晶格

刚球模型质点模型晶胞原子数

图三密排六方晶格

QOO

QOC

四Mm

图四固溶体

所谓固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂的品格中所组成的合金相。两组

元在液态下互溶，固态也相互溶解，且形成均匀一致的物质。形成固溶体

时，含量大者为溶剂，含量少者为溶质；溶剂的晶格即为固溶体的晶格。

•固溶体的分类

按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体。

1、置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体

称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15%以内时，易

于形成置换固溶体。铜银二元合金即形成置换固溶体，锲原子可在铜晶格

的任意位置替代铜原子。

2、间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固

溶体。间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属，而溶质是直径很小的

碳、氢等非金属元素。其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小

于0.59。如铁碳合金中，铁和碳所形成的固溶体一一铁素体和奥氏体，皆

为间隙固溶体。

金属化合物:合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为

金属化合物。金属化合物的组成一般可用化学式表示。金属化合物的晶格类型不

同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构。其性能特点是熔点高、硬度高、脆性

大。当合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧

性会降低。金属化合物是许多合金的重要组成相。

机械混合物：机械混合物由纯金属、固溶体、金属化合物这些合金的基本

相按照固定比例构成的组织称为机械混合物。

同素异构转变：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格

的现象称为金属的同素异构转变。具有同素异构转变的金属有铁、镭、锡、钛等。

纯铁的同素异构转变：液态纯铁在1538°C进行结晶，得到具有体心立方晶

格的3—Fe,继续冷却到1394°C时发生同素异构转变，6—Fe转变为面心立

方品格的丫一Fe,再冷却到912°C时乂发生同素异构转变，Y—Fe转变为体心

立方晶格的a—Fe,如再继续冷却到室温，晶格的类型不再发生转变。

共析转变：在保持温度不变的条件下，从个固相（奥氏体）同时析出两个

固相（铁素体和渗碳体），这种转变称为共析转变。

共晶转变:在保持温度不变的条件下，从一个液相中同时结晶出两种固相（奥

氏体和渗碳体），这种转变称为共晶转变。

铁碳合金相图

铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具,是研究碳钢和铸铁的成分、

温度、组织及性能之间关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等

工艺依据.

铁碳合金的相及组织的定义、晶格结构、符号及性能

铁素体（F）定义：碳溶于a-Fe中所形成的间隙固溶体。晶格结构：

体心立方晶格

奥氏体（A）定义：碳溶于Y-Fe中所形成的间隙固溶体。晶格结构：

面心立方晶格。强度低、塑性好，钢材热加工都在/区进行，碳钢室

温组织中无奥氏体。

渗碳体（FesC）定义：Fe与C所形成的金属化合物

晶格结构：复杂正交。Fe3c硬度高、强度低（ob，35MPa）,脆性大，塑

性几乎为零。由于碳在bFe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合

金中主要以Fe3c或石墨的形式存在。

珠光体（P）定义：F与Fe3c所形成的混合物。珠光体的组织特点是两

相呈片层相间分布,性能介于两相之间。

莱氏体（Ld,Vd）定义：A与Fe3C所形成的混合物。性能硬而脆。

铁碳合金相图

1、什么是铁碳合金相图？

表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状•态•

或组纵随温度变化的图形。

2、铁碳合金相图组成

（1）在铁碳合金中，碳与铁可组成哪几类物质？

可组成化合物、也可以形成固溶体、还可以形成混合物。

（2）相图横坐标与纵坐标的含义

图中纵坐标为温度，横坐标为含碳量的质量分数。

A1538

L+AD1227.

-L+Fe3cl

1148F

G912A+

727

F.

Q

°0.02180.772.114.36.69

Wc/%

Fe-Fe3c相图中的特性点、线的含义及各区域的组织

相图由哪些点、线组成？

主要特性点:A、C、D、E、G、S、P。

主要特性点的温度、含碳量及物理含义（见下表）

特性点温度七含碳量含义

A15380纯铁的熔点

C11484.3共晶点，Lc->A+Fe3C

D12276.69渗碳体的熔点

E11482.11碳在Y-Fe中最大溶解度

G9120纯铁的同素异构转变点

a-Fe-*y-Fe

S7270.77共析点AsfF+Fe3c

P7270.0218碳在a-Fe中最大溶解度

主要特性线：ECF、ES、GS、PSKo

相图中特性线的含义（见下表）

特性线含义

ACD液相线

AECF固相线

GS常称A3线。冷却时，从不同含碳量的奥氏体析出

铁素体的开始线

ES常称Acm线，碳在丫-Fe中的溶解度线

ECF共晶线LcfA+Fe3c

PSK共析线，常称4线，AsfF+Fe3c

共晶转变反应式、共析转变反应式。

共晶转变：一定成分的液态合金，在某一恒温下，同时结晶出两种固相的转变。

屋《>A+Fe3c

共析转变：一定成分的固溶体，在某一恒温下，同时析出两种固相的转变C

A.F+Fe3c

铁碳合金的分类

铁碳合金的分类

含碳量分类：

'工业纯铁：CW0.0218%C