鐵碳合金[目標]1.了解鐵碳相圖在鑄造、鍛造、焊接等工藝技術中的應用；2.掌握鐵碳合金基本相；鐵碳相圖分析；典型鐵碳合金平衡結晶過程及組織；鐵碳合金成分-組織-性能關系；[重點]1.掌握鐵碳合金基本相及其性能特點；

2.鐵碳合金成分-組織-性能關系；

[難點]

典型鐵碳合金平衡結晶過程及組織。鐵碳合金4.1純鐵的結構及其同素異晶轉變純鐵冷卻曲線及同素異晶轉變

鐵的晶體結構會隨溫度變化而改變，這種現象稱為同素異晶轉變（或同素異構轉變）。1394℃912℃(bcc)(bcc)(fcc)

-Fe

-Fe

-Fe鐵碳合金γ-Fe

Fe

α-Fe

Fe3C：

C→

:鐵素體F0.02%近于純鐵硬、脆多:奧氏體A2.11%4.2鐵碳合金的基本相溶入塑性韌性高碳溶入

-Fe中形成的間隙固溶體。最大溶碳量（727C時）為0.0218%，室溫溶碳量為0.0008%。符號：F或

性能：強度和硬度低（80HBW）、塑性和韌性高（A≈40%）4.2.1鐵素體（Ferrite）鐵素體晶體結構示意圖

鐵素體顯組織示意圖

碳溶入

-Fe中形成的間隙固溶體

最大溶碳量（1148C時）為2.11%、727C時溶碳量為0.77%。

符號：A或

性能：強度硬度較低（160～200HBW）塑性韌性高（A≈40～50%）相比F，A可溶入更多的碳，強度和硬度更高；同時因具有面心立方晶格，也具有更好的塑性韌性

4.2.2奧氏體（Austenite）奧氏體晶體結構示意圖

奧氏體顯微組織示意圖碳和鐵相互作用形成的間隙化合物符號：Cm

或Fe3C。性能：硬度高（800HBW）；

脆性大，塑性幾乎為零（A≈0）

鐵碳合金的室溫組織，一般是在鐵素體基體中分布著片狀、粒狀或網狀滲碳體，滲碳體的大小、形狀和分布對鐵碳合金的性能有很大的影響。

當C含量高達6.69%時，鐵碳合金的組織全部為硬而脆的滲碳體而不能使用。4.2.3滲碳體（Cementite）Fe3C晶格示意圖

4.3鐵碳合金相圖4.3.1

Fe-Fe3C相圖概述簡化后的Fe-Fe3C相圖

點

CwC%說明A15380純鐵的熔點D12276.69滲碳體的熔點C11484.3共晶點G9120

-Fe

-Fe的轉變溫度（A3）S7270.77共析點（A1）E11482.11碳在

-Fe中的最大溶解度P7270.02碳在

-Fe中的最大溶解度Q6000.0057碳在

-Fe中的溶解度液相線：ACD固相線：AECF共晶線：ECFGS線（A3線）：A向F轉變開始線ES線（Acm線）：C在A中的溶解度曲線PSK線（A1線）：共析線GP線：A向F轉變結束線PQ線：C在F中的溶解度曲線鐵碳相圖中的重要線單相區:含有一個相的區域

如：L、A、F、Fe3C，共四個；兩相區：含有兩個相

如：L+A、L+Fe3CI、A+F、A+Fe3CII、A+Fe3CIII，共五個；三相區：兩條水平線——共晶線和共析線即：L+A+Fe3C和A+F+Fe3C相區。鐵碳相圖中的重要區域1.鐵碳合金相圖——如何畫共晶點共晶轉變L→(A

+Fe3C)Ldc1148℃共析轉變A→(F

+Fe3C)PS727℃共析點2.鐵碳合金相圖——相區AFe3CFLA+FA+Fe3CF+Fe3CL+AL+Fe3C3.鐵碳合金相圖——線的含義AFe3CFLC液相線C在A中溶解度曲線T↓

→

A中析出多余的C：Fe3CⅡC在F中溶解度曲線T↓

→

F中析出多余的C：Fe3CⅢL+Fe3CⅠ固相線3.鐵碳合金相圖——線的含義AFe3CFLC液相線L+Fe3CⅠ固相線GS:A→

F轉變開始線GP:A→F轉變終止線∵

γ-Fe

→

α-Fe∴A→

F1）同素異構溫度隨含碳量增加而降低2）同素異構溫度不再是恒溫2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%工業純鐵共析鋼亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鐵過共晶白口鐵共晶白口鐵鋼鑄鐵ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%4.3.2鐵碳合金的分類4.3.3碳素鋼平衡結晶過程及組織碳鋼平衡組織轉變示意圖

分別介紹共析鋼、亞共析鋼、過共析鋼平衡結晶過程及組織1.共析鋼的組織轉變

a）光學顯微鏡AS

P（FP+Fe3C）A1（727℃）b）掃描電鏡珠光體顯微組織

（2）珠光體性能：綜合性能

——較高強硬度

一定塑韌性（1）珠光體形態：F片

+Fe3C片片層結構、交錯排列；緊密混合，機械混合物組

成

物Rm/（MPa）HBWA×100αK/（J/㎝2）鐵

素

體150～2308040200滲

碳

體－≈800≈0≈0珠

光

體77018025≈302.亞共析鋼的組織轉變

a)WC=0.20%

b)WC=0.40%

c)WC=0.60%亞共析鋼的室溫平衡組織3.過共析鋼的組織轉變

WC=1.2%鋼的室溫平衡組織WC=1.4%鋼的室溫平衡組織4.3.4白口鑄鐵結晶過程簡介1.共晶白口鑄鐵結晶過程

共晶白口鑄鐵室溫平衡組織Lc

Ld（AE+Fe3C）（1148℃）共晶白口鑄鐵結晶過程示意圖2.亞共晶白口鑄鐵結晶過程

亞共晶白口鑄鐵室溫平衡組織3.過共晶白口鑄鐵結晶過程

過共晶白口鑄鐵室溫平衡組織12S1.共析鋼的組織轉變（另一種描述，可根據需要選用）

12S=tS:A→(F

+Fe3C)P<tS:(F

+Fe3C)Pp+Fe3CⅢA1線后基本無變化S12432.亞共析鋼的組織轉變

（另一種描述，可根據需要選用）

=t4:A

+FP

(F

+Fe3C)+FPS<t4:Fe3CⅢ=t3:A

+FF343’t3~t4：A

↓

+F

↑

3→S

3’→PppFFQ≈03’12433.過共析鋼的組織轉變（另一種描述，可根據需要選用）

43=t4:A

+Fe3CⅡP

(F

+Fe3C)+Fe3CⅡA

+

Fe3CⅡt3~t4：A

↓

+

Fe3CⅡ

↑

3→Sp=t3:A中C處于飽和

狀態S<t4:Fe3C

ⅢQ≈04.4鐵碳合金組織組成物及其含量計算1.碳含量為0~0.0218%的工業純鐵室溫平衡組織：F+Fe3CⅢ當碳含量為0.0218%時，工業純鐵（或F）中Fe3CⅢ的含量最大：

2.碳含量為0.0218%~0.77%的亞共析鋼室溫平衡組織：F+P碳質量分數x%的亞共析鋼的室溫平衡組織中F和P的相對含量為：3.碳含量為0.77%的共析鋼室溫平衡組織：P

相組成：F+Fe3C

碳質量分數0.77%的共析鋼中F和Fe3C的相對含量為：

4.碳含量為0.77%~2.11%的過共析鋼室溫平衡組織：P+Fe3CⅡ碳質量分數x%過共析鋼室溫平衡組織P和Fe3CⅡ相對含量為：4.5鐵碳合金的性能及其相圖應用4.5.1鐵碳合金成分與平衡組織、力學性能關系1.碳鋼成分→相→組織關系鐵碳合金含碳量與相及組織的關系2.碳素鋼中碳含量對其力學性能的影響1）Wc↑：F↓Fe3C↑Rm、HRC↑

,A、Z↓2）Wc＞1％時，Fe3C呈連續網狀，脆性大

生產中Wc＜1.35％銼刀

1.鋼鐵材料選用建筑結構鋼：低碳鋼機器零件：中碳鋼工模具：高碳鋼

4.5.2