第四章 铁碳合金相图
目的：通过掌握Fe—Fe3C相图的知识，为后续学习打下理论
基础，为解决铁碳合金的选材、热加工工艺等问题提供理论依据；掌握碳钢的分类、牌号、性能和应用，为正确合理地使用碳钢奠定基础。
要求：
1． 掌握铁碳合金的基本相和组织，了解合金成分—组织
—性能—用途之间的关系。 2． 熟练地掌握Fe—Fe3C相图：
（1） 能默写出Fe—Fe3C相图，正确地填写各临界点
的代号、成分和温度。掌握各临界点和线的物理意义，并能填写各相区的相组成物和组织组成物。
（2） 能正确地分析各典型成分铁碳合金的平衡结晶
过程，了解在冷却过程中各相成分的变化规律。能初步应用杠杆定律计算在一定温度下平衡相及组织的相对含量。
（3） 初步了解Fe—Fe3C相图的应用及局限性。 3． 掌握碳钢的分类、编号、性能和应用。
重点：Fe—Fe3C相图和典型合金的平衡结晶过程，特别是钢
的部分。
难点：包晶、共晶和共析转变，结晶过程中各相成分的变化
规律，平衡相及组织的相对含量计算。
§4-1 铁碳合金的基本组织与性能
一、工业纯铁
工业纯铁：0.10~0.20%杂质，熔点为1538℃。具有同素异构转变特性。
工业纯铁的机械性能：强度、硬度低，塑性、韧性好。770℃为磁性转变温度。
工业纯铁的应用：深冲用铁、低电阻通讯线、电工用纯铁。
二、铁碳合金中的基本相
结构、组织及其性能
1、 铁素体（F、a）：
铁素体：碳原子溶入到a-Fe的间隙中所形成的间隙固溶体。晶格类型为体心立方晶格，C的最大溶解度为0.0218%（727℃时），室温下溶解度为0.008%。性能：强度、硬度低，塑性、韧性好，耐蚀性好。
2、 奥氏体（A、γ）：
奥氏体：碳原子溶入到γ-Fe的间隙中所形成的间
隙固溶体。晶格类型为面心立方晶格，C的最大溶解度为2.11%（1148℃时）。性能：强度、硬度低，塑性好，易于锻压成型。
3、 渗碳体（Fe3C、Cm）：
渗碳体：铁和碳形成的一种具有复杂晶格结构的
金属间化合物。含碳量为6.69%。性能：硬度高，塑性、韧性趋于0，脆性极大。渗碳体合理分布可提高合金的强度、硬度等性能。
4、 珠光体（P）：
珠光体：铁素体和渗碳体的两相片层状机械混合物。性能介于F和Fe3C之间。
5、 莱氏体（Ld）：
莱氏体：奥氏体和渗碳体的两相机械混合物。
§4-2 铁碳合金相图
一、铁碳合金相图分析
1、组元：Fe、Fe3C 2、点：（温度、成分、意义） 3、线：
ACD——液相线； AECF——固相线
4、重要特性线：
平行线： 1） ECF：
共晶反应线，1148℃，LC?AE?Fe3C，生成莱氏体（Ld），含碳量在2.11~6.69%间的Fe-C合金会发生共晶反应。 2） PSK：
共析反应线，A1线，727℃，AS?FP?Fe3C，生成P，含碳量在0.0218~6.69%间的Fe-C合金会发生共析反应。 曲线：
1） ES线：
Acm线，碳在A中的固溶线，1148℃时最大，为2.11%C，727℃时最小，为0.77%C。含碳量大于0.77%的Fe-C合金从1148℃→727℃时，从A中沿A晶界析出Fe3CⅡ。从液相中结晶出的Fe3C称为Fe3CⅠ。
2） PQ线：
碳在F中的固溶线，727℃时最大，为0.0218%C，0℃时最小，为0.0008%C。含碳量大于0.0218%的Fe-C合金从727℃→0℃时，从F中或沿F晶界析出Fe3CⅢ。Fe3CⅠ、Fe3CⅡ和Fe3CⅢ仅在来源和分布方面有所不同，并无本质区别，它们的含碳量、晶格类型、本身性能均相同。
Fe-Fe3C相图 5、Fe-C合金分类
按含碳量和组织不同，铁碳合金相图上的各种合金分为三类：
1）工业纯铁：含碳量小于0.0218t-C合金
2）钢：含碳量在0.0218%~2.11%间的Fe-C合金，包括亚共析钢（0.0218~0.77）、共析钢（0.77）、过共析钢（0.77~2.11）
3）白口铸铁：含碳量在2.11%~6.69%间的Fe-C合金，包括亚共晶白口铸铁（2.11~4.30%）、共晶白口铸铁（4.30%），过共晶白口铸铁（4.30~6.69%）
二、典型合金结晶过程分析
1、共析钢（Ⅰ）
L???L?A???A???P
1232、亚共析钢（Ⅱ）
L???L?A???A???A?F???F?P
1234
3、过共析钢（Ⅲ）
L???L?A???A???A?Fe3CII???P?Fe3CII
1234
第四章 铁碳合金相图
