铁碳合金

铁碳合金

钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料。其基本组元是铁和碳，故统称为铁碳合金。由于碳的质量分数大于6.69%时，铁碳合金的脆性很大，已无实用价值。所以，实际生产中应用的铁碳合金其碳的质量分数均在6.69%以下。

第一节铁碳合金的基本组织

铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。

1．铁素体

碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。铁素体具有体心立方晶格，这种晶格的间隙分布较分散，所以间隙尺寸很小，溶碳能力较差，在727℃时碳的溶解度最大为0.0218%，室温时几乎为零。铁素体的塑性、韧性很好（δ=30～50%、a KU=160～200J ／cm2），但强度、硬度较低(σb=180～280MPa、σs=100～170MPa、硬度为50～80HBS)。

图4.1 铁素体的显微组织（200×）

2．奥氏体

碳溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。奥氏体具有面心立方晶格，其致密度较大，晶格间隙的总体积虽较铁素体小，但其分布相对集中，单个间隙的体积较大，所以γ-Fe的溶碳能力比α-Fe大，727℃时溶解度为0.77%，随着温度的升高，溶碳量增多，1148℃时其溶解度最大为2.11%。

奥氏体常存在于727℃以上，是铁碳合金中重要的高温相，强度和硬度不高，但塑性和韧性很好(σb≈400 MPa、δ≈40～50%、硬度为160～200HBS)，易锻压成形。

图4.2 奥氏体的显微组织示意图

3．渗碳体

渗碳体是铁和碳相互作用而形成的一种具有复杂晶体结构的金属化合物，常用化学分子

式Fe3C表示。渗碳体中碳的质量分数为6.69%，熔点为1227℃，硬度很高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、a KU≈0)，脆性大。渗碳体是钢中的主要强化相，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。

4．珠光体

珠光体是由铁素体和渗碳体组成的多相组织，用符号P表示。珠光体中碳的质量分数平均为0.77%，由于珠光体组织是由软的铁素体和硬的渗碳体组成，因此，它的性能介于铁素体和渗碳体之间，即具有较高的强度(σb=770MPa)和塑性(δ=20～25%)，硬度适中（180HBS）。

5．莱氏体

碳的质量分数为4.3%的液态铁碳合金冷却到1148℃时，同时结晶出奥氏体和渗碳体的多相组织称为莱氏体，用符号Ld表示。在727℃以下莱氏体由珠光体和渗碳体组成，称为变态莱氏体，用符号Ld′表示。莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。

第二节 Fe-Fe3C相图

图4.3 简化的Fe-Fe3C相图

一、相图分析

1．相图中的主要特性点

2．相图中的主要特性线

ACD线为液相线，在ACD线以上合金为液态，用符号L表示。液态合金冷却到此线时开始结晶，在AC线以下结晶出奥氏体，在CD线以下结晶出渗碳体，称为一次渗碳体，用符号Fe3C I表示。

AECF线为固相线，在此线以下合金为固态。液相线与固相线之间为合金的结晶区域，这个区域内液体和固体共存。

ECF线为共晶线，温度为1148℃。

PSK 线为共析线，又称A1线，温度为727℃。

即S点成分的奥氏体缓慢冷却到共析温度(727℃)时，同时析出P点成分的铁素体和渗碳体。共析转变后的产物称为珠光体，S点称为共析点。凡是碳的质量分数为0.0218～6.69%的铁碳合金均会发生共析转变。

ES线是碳在γ-Fe中的溶解度曲线，又称A cm线。碳在γ-Fe中的溶解度随温度的下降而减小，在1148℃时溶解度为2.11%，到727℃时降为0.77%。

GS线，又称A3线。是冷却时由奥氏体中析出铁素体的开始线。PQ线是碳在α-Fe中的固态溶解度曲线。

二、铁碳合金的分类

根据碳的质量分数和室温组织的不同，可将铁碳合金分为以下三类：

（1）工业纯铁w c≤0.0218%。

（2）钢 0.0218%＜w c≤2.11%。根据室温组织的不同，钢又可分为三种：共析钢、亚共析钢、过共析钢。

（3）白口铁 2.11%＜w c＜6.69%。根据室温组织的不同，白口铁又可分为三种：共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁。

三、典型铁碳合金的结晶过程及组织

1．共析钢的结晶过程及组织

L →L ＋ A →P

图4.4 共析钢结晶过程示意图

在共析温度下，珠光体中铁素体与渗碳体的相对重量可用杠杆定律计算：

%8.88%1000218.069.677.069.6%100≈?--=?=PK SK Q F

%2.11%1000218.069.60218.077.0%1003≈?--=?=

PK PS Q C Fe 珠光体的显微组织如图4.5所示。在显微镜放大倍数较高时，能清楚地看到铁素体和渗碳体呈片层状交替排列的情况。由于珠光体中渗碳体量较铁素体少，因此渗碳体层片较铁素

体层片薄。

图4.5 珠光体的显微组织（500×）

2．亚共析钢的结晶过程及组织

L →L ＋ A →F ＋A →F ＋P

图4.6 亚共析钢结晶过程示意图

w c =0.45%的亚共析钢在727℃温度下，其组织中铁素体和珠光体的相对量可用杠杆定律计算：

%8.42%1000218.077.045.077.0%100=?--=?=PS fS Q F

%2.57%1000218.077.00218.045.0%100=?--=?=

PS Pf Q F

所有亚共析钢的室温组织都是由铁素体和珠光体组成，只是铁素体和珠光体的相对量不同。随着含碳量的增加，珠光体量增多，而铁素体量减少。图中白色部分为铁素体，黑色部分为珠光体，这是因为放大倍数较低，无法分辨出珠光体中的层片，故呈黑色。

图4.7 亚共析钢的显微组织（200×）

a ) w c =0.1%

b ) w

c =0.25% c ) w c =0.6%

根据显微组织中珠光体所占的面积可粗略地计算出亚共析钢中碳的质量分数。由于室温下铁素体中碳的含量几乎为零，可以忽略不计，所以钢中碳的质量分数约等于珠光体中碳的含量，即：

w

c =0.77%×S P

3．过共析钢的结晶过程及组织 L →L ＋ A →Fe 3C Ⅲ＋A →Fe 3C Ⅲ＋P

图4.8 过共析钢结晶过程示意图

w c =1.2%的过共析钢室温组织珠光体和二次渗碳体的相对量可用杠杆定律计算：

%7.92%10077.069.62.169.6%100=?--=?=SK jK Q F

%3.7%10077.069.677.02.1%1003=?--=?=

SK Sj Q C Fe 所有过共析钢的室温组织都是由珠光体和二次渗碳体组成。只是随着合金中含碳量的增加，组织中网状二次渗碳体的量增多。过共析钢的显微组织如图4.9所示。图中层片状黑白

相间的组织为珠光体，白色网状组织为二次渗碳体。

图4.9 过共析钢的显微组织（500×）

4．共晶白口铁的结晶过程及组织

L→Ld→Ld′

图4.10 共晶白口铁结晶过程示意图

共晶白口铁的显微组织如图4.11所示。图中黑色部分为珠光体，白色基体为渗碳体。

图4.11 共晶白口铁的显微组织（125×）

5．亚共晶白口铁的结晶过程及组织

L→A+Ld→A+ Fe3CⅡ+ Ld→P+Fe3CⅡ+Ld′

图4.12 亚共晶白口铁的结晶过程示意图

亚共晶白口铁的显微组织如图4.13所示。图中黑色块状或呈树枝状分布的为由初生奥氏体转变成的珠光体，基体为变态莱氏体。组织中的二次渗碳体与共晶渗碳体连在一起，难以分辨。所有亚共晶白口铁的室温组织都是由珠光体和变态莱氏体组成。只是随着含碳量的增加，组织中变态莱氏体量增多。

图4.13 亚共晶白口铁的显微组织（125×）

6．过共晶白口铁的结晶过程及组织

L→Fe3CⅠ+Ld+→Fe3CⅠ+Ld′

图4.14 过共晶白口铁的结晶过程示意图

所有过共晶白口铁室温组织都是由一次渗碳体和变态莱氏体组成。只是随着含碳量的增加，组织中一次渗碳体量增多。过共晶白口铁的显微组织如图4.15所示。图中白色板条状为一次渗碳体，基体为变态莱氏体。

图4.15 过共晶白口铁的显微组织（125×）

四、碳含量对铁碳合金组织和性能的影响

1．碳含量对平衡组织的影响

从上面分析可知，不同成分的铁碳合金在共析温度以下都是由铁素体和渗碳体两相组成。随着含碳量的增加，渗碳体量增加，铁素体量减小，而且渗碳体的形态和分布情况也发生变化，所以，不同成分的铁碳合金室温下具有不同的组织和性能。其室温组织变化情况如下：

F +P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld′→Ld′→Ld′+Fe3CⅠ

2．含碳量对力学性能的影响

钢中铁素体为基体，渗碳体为强化相，而且主要以珠光体的形式出现，使钢的强度和硬度提高，故钢中珠光体量愈多，其强度、硬度愈高，而塑性、韧性相应降低。但过共析钢中当渗碳体明显地以网状分布在晶界上，特别在白口铁中渗碳体成为基体或以板条状分布在莱氏体基体上，将使铁碳合金的塑性和韧性大大下降，以致合金的强度也随之降低，这就是高碳钢和白口铁脆性高的主要原因。

图4.16 含碳量对钢力学性能的影响

由图可见，当钢中碳的质量分数小于0.9%时，随着含碳量的增加，钢的强度、硬度直线上升，而塑性、韧性不断下降；当钢中碳的质量分数大于0.9%时，因网状渗碳体的存在，不仅使钢的塑性、韧性进一步降低，而且强度也明显下降。

五、Fe-Fe

C相图的应用

3

Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，根据组织可以大致判断出力学性能，便于合理地选择材料。例如，建筑结构和型钢需要塑性、韧性好的材料，应选用低碳钢(w c≤0.25%)；机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料，应选用中碳钢；工具需要硬度高、耐磨性好的材料，应选用高碳钢。而白口铁可用于需要耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，如拔丝模、冷轧辊、犁铧等。

Fe-Fe3C铁碳相图不仅可作为选材的重要依据，还可作为制定铸造、锻造、焊接、热处理等热加工工艺的重要依据，如确定浇注温度、确定锻造温度范围及热处理的加热温度等。这些将在后续章节、后续课程详细介绍。

必须指出，铁碳相图是在极缓慢的加热或冷却条件下得到的，而实际生产中冷却速度较快，合金的相变温度与冷却后的组织都将与相图中不同。另外，通常使用的铁碳合金，除铁、碳两元素外，往往还含有多种杂质或合金元素，这些元素对相图将有影响，应予以考虑。

第三节碳钢

一、存杂质元素对钢性能的影响

1．锰的影响

锰来自于生铁和脱氧剂，在钢中是一种有益的元素，其含量一般在0.8%以下。锰能溶入铁素体中形成固溶体，产生固溶强化，提高钢的强度和硬度；少部分的锰则溶于Fe3C，形成合金渗碳体；锰能增加组织中珠光体的相对量，并使其变细；锰还能与硫形成MnS，以

减轻硫的有害作用。

2．硅的影响

硅也是来自于生铁和脱氧剂，在钢中也是一种有益的元素，其含量一般在0.4%以下。硅和锰一样能溶入铁素体中，产生固溶强化，使钢的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低。当硅含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，对钢的性能影响亦不显著。

3．硫的影响

硫是由生铁和燃料带入的杂质元素，在钢中是一种有害的元素。硫在钢中不溶于铁，而与铁化合形成化合物FeS，FeS与Fe能形成低熔点共晶体，熔点仅985℃，且分布在奥氏体的晶界上。当钢材在1000～1200℃进行压力加工时，共晶体已经熔化，并使晶粒脱开，钢材变脆，这种现象称为热脆性，为此，钢中硫的含量必须严格控制。在钢中增加锰含量，使之与硫形成MnS(熔点1620℃)，可消除硫的有害作用，避免热脆现象。

4．磷的影响

磷是由生铁带入钢中的有害杂质元素。磷在钢中能全部溶入铁素体，使钢的强度、硬度有所提高，但却使室温下钢的塑性、韧性急剧降低，使钢变脆。这种情况在低温时更为严重，因此称为冷脆性。所以，钢中的磷含量也应严格控制。

总之，钢中锰、硅是有益的元素，允许一定的含量，而硫、磷是有害的元素，应严格控制其含量。但是，在易切钢中适当提高硫、磷的含量，使切屑易断，可改善切削加工性能。

二、碳钢的分类

1．按钢中碳的含量分类

根据钢中含碳量的不同，可分为：

（1）低碳钢：w c≤0.25%；

（2）中碳钢：0.25%＜w c≤0.6%；

（3）高碳钢：w c＞0.6%。

2．按钢的质量分类

根据钢中有害杂质硫、磷含量的多少，可分为：

（1）普通质量钢钢中硫、磷含量较高(w s≤0.050%，w p=0.045%)；

（2）优质钢钢中硫、磷含量较低(w s≤0.035%，w p=0.035%)；

（3）高级优质钢钢中硫、磷含量很低(w s≤0.020%,w p≤0.030%)。

3．按钢的用途分类

根据钢的用途不同，可分为：

（1）碳素结构钢主要用于制造各种机械零件和工程结构。这类钢一般属于低、中碳钢。

（2）碳素工具钢主要用于制造各种刃具、量具和模具。这类钢含碳量较高，一般属于高碳钢。

（3）碳素铸钢主要用于制作形状复杂，难以用锻压等方法成形的铸钢件。

三、碳钢的牌号、性能和用途

1．碳素结构钢

碳素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等符号四部分按顺序组成。其中质量等级共有四级，分别用A(w s≤0.050%，w p≤0.045%)、B(w s ≤0.045%，w p≤0.045%)、C(w s≤0.040%，w p≤0.040%)、D(w s≤0.035%，w p≤0.035%)表示。脱氧方法符号用汉语拼音字母表示。“F”表示沸腾钢；“b”表示半镇静钢；“Z”表示镇静钢；“TZ”表示特殊镇静钢，在钢号中“Z”和“TZ”符号可省略。例如：Q235—A·F，牌号中“Q”代表屈服点“屈”字汉语拼音首位字母，“235”表示屈服点σs≥235 MPa，“A”表示质量等级为A级，“F”表示沸腾钢(冶炼时脱氧不完全)。

Q195、Q215、Q235属低碳钢，有良好的塑性和焊接性能，并具有一定的强度，通常轧制成型材、板材和焊接钢管等用于桥梁、建筑等工程结构，在机械制造中用作受力不大的零件，如螺钉、螺帽、垫圈、地脚螺钉、法兰以及不太重要的轴、拉杆等，其中以Q235应用最广。Q235C、Q235D质量好，用作重要的焊接结构件。Q255、Q275强度较高，可用作受力较大的机械零件。

2．优质碳素结构钢

优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万倍数。例如45钢，表示钢中平均碳的质量分数为0.45%。若钢中锰的含量较高，则在两位数字后面加锰元素的符号“Mn”。例如65Mn钢，表示钢中平均碳的质量分数为0.65%，含锰量较高(w Mn=0.9～1.2%)。若为沸腾钢，在两位数字后面加符号“F”，例如08F钢。

优质碳素结构钢随含碳量的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性降低。不同牌号的优质碳素结构钢具有不同的性能特点及用途。

08F钢是一种含碳量很低的沸腾钢，强度很低，塑性很好。一般由钢厂轧成薄钢板或钢

带供应，主要用于制造冷冲压件，如外壳、容器、罩子等。

10～25钢属低碳钢，强度、硬度低，塑性、韧性好，并具有良好的冷冲压性能和焊接性能。常用于制造冷冲压件和焊接构件，以及受力不大、韧性要求高的机械零件，如螺栓、

螺钉、螺母、轴套、法兰盘、焊接容器等。还可用作尺寸不大，形状简单的渗碳件。

30～55钢属中碳钢，经调质处理后，具有良好的综合力学性能，主要用于制造齿轮、连杆、轴类零件等，其中以45钢应用最广。

60、65钢属高碳钢，经适当热处理后，有较高的强度和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件，如弹簧、弹簧垫圈、轧辊等。

3．碳素工具钢

碳素工具钢碳的质量分数为0.65～1.35%。根据有害杂质硫、磷含量的不同又分为优质碳素工具钢(简称为碳素工具钢)和高级优质碳素工具钢两类。碳素工具钢的牌号冠以“碳”的汉语拼音字母“T”，后面加数字表示钢中平均碳的质量分数的千倍数，如为高级优质碳素工具钢，则在数字后面再加上“A”。例如T8钢表示平均碳的质量分数为0.8%的优质碳素工

具钢。T10A钢表示平均碳的质量分数为1.0%的高级优质碳素工具钢。

T7、T8钢适于制造承受一定冲击而要求韧性较高的工具，如大锤、冲头、凿子、木工工具、剪刀等。T9、T10、T11钢用于制造冲击较小而要求高硬度和较高耐磨性的工具，如丝锥、板牙、小钻头、冷冲模、手工锯条等。T12、T13钢的硬度和耐磨性很高，但韧性较差，用于制造不受冲击的工具，如锉刀、刮刀、剃刀、量具等。

4．碳素铸钢

碳素铸钢其碳的质量分数一般为0.15～0.60%。碳素铸钢的牌号用“铸钢”两字汉语拼音的第一个字母“ZG”加两组数字表示，第一组数字为最小屈服强度值，第二组数字为最小抗拉强度值。如ZG310—570表示最小屈服强度为310 MPa，最小抗拉强度为570 MPa的碳素铸钢。工程用碳素铸钢的牌号、化学成分、力学性能和用途如表4.5所示。

铁碳合金相图分析及应用

第五章铁碳合金相图及应用 [重点掌握] 1、铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌； 2、根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程； 3、铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系。 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也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，通常称其为 Fe-Fe3C相图,相图中的组元只有Fe和Fe3C。 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 γ相奥氏体（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（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 第二节 Fe-Fe3C相图分析 一、相图中的点、线、面 1．三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 （2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。冷却到1148℃时, 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）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe3C三相共存。 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。 （3）共析转变线PSK，S点为共析点。合金（在平衡结晶过程中冷）却到727℃时, S点成分的A发生共析反应：

铁碳相图以及铁碳合金

铁碳相图以及铁碳合金 Post By：2009-12-6 16:33:51 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。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。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。，后面三部分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化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C 相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe -石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。

铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下： 由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1 394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体

铁碳合金相图全面分析

铁碳平衡图 （The Iron-Carbon Diagrams） 连聪贤 本章阐述了铁碳合金的基本组织，铁碳合金状态图，碳钢的分类、编号和用途。要求牢固掌握铁碳合金的基本组织(铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体)的定义、结构、形成条件和性能特点。牢固掌握简化的铁碳合金状态图；熟练分析不同成分的铁碳合金的结晶过程；掌握铁碳合金状态图各相区的组织及性能，以及铁碳合金状态图的实际应用。掌握碳钢中常存元素对碳钢性能的影响；基本掌握碳钢的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金基本组织铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的定义、表示符号、晶体结构、显微组织特征、形成条件及性能特点。铁碳合金状态图的构成、状态图中特性点、线的含义。典型合金的结晶过程分析及其组织，室温下不同区域的组织组成相。碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。铁碳合金状态图的实际应用。锰、硅、硫、磷等常存杂质元素对钢性能的影响。碳铁的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金状态图是金属热处理的基础。必须配合铁碳合金平衡组织的金相观察实验，结合课堂授课，作重点分析铁碳合金的基本组织及其室温下不同成分铁碳合金的组织特征。练习绘制铁碳合金状态 四、课程纲要 （一）铁碳合金的构成元素及基本相

1. 合金的构成元素与名词解释 （1）金属特性：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特 性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶 体）。 （2）合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 （3）相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分，物理上均质且可区分的部分。 （4）固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态 金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。（5）固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 （6）化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 （7）机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。

铁碳合金状态图

图3-1 渗碳体的晶体结构 第三章 铁碳合金状态图 钢和铸铁是机械工业上广泛应用的金属材料，它主要由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。铁碳合金状态图就是研究铁碳合金的成分、温度和组织之间变化关系的图解。 第一节 铁碳合金的基本组织 铁碳合金在液态时，铁和碳可以无限互溶，在固态时碳能溶解于铁的晶格中，形成间隙固溶体。当含量超过铁的溶解度时，多余的碳与铁形成化合物(Fe 3C)。此外，还可以形成由固溶体与化合物组成机械混合物。铁碳合金的基本组织有以下五种。 一、铁素体(F) 铁素体是指碳溶于a-Fe 中而形成的间隙固溶体。碳在a-Fe 中溶解度极小，在727℃时最大溶解度为0．0218％，而在室温时只有0．008％。因此，铁素体强度、硬度较低(σb =l80～280MPa 。50～80HBS)，塑性，韧性较好(δ=30％～500%、αkU =160—200J ／cm 2)。 铁索体组织适于压力加工。 二、奥氏体(A) 奥氏体是指碳溶于γ-Fe 碳在γ—Fe 中而形成的间隙固溶体。溶解度较大，在1148℃时最大溶碳量为2.11％，在727℃时最大溶碳量为0．77％。因此，固溶强化效应较高，其强度、硬度较高(σb =400 MPa ，160—200HBS)．而塑性、韧性也较好(δ=40％～50％)。奥氏体组织也适用于压力加工。 三、渗碳体(Fe 3C) 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，化学式近似于Fe 3C(碳化三铁)。 Fe 3C 的含碳量为6.69%，如图3—1所示。它无同素异构转变，熔点约为1227℃。其硬度极高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、αku ≈0)，即硬而脆。

钢铁的分类

钢铁的分类

线材：普线高线螺纹钢 型材：工字钢槽钢角钢方钢重轨高工钢 H型钢圆钢不等边角钢扁钢轻轨齿轮钢 六角钢耐热钢棒合结圆钢合工圆钢方管 碳工钢轴承钢碳结圆钢不锈圆钢轴承圆钢 矩型管弹簧钢 板材：中厚板容器板中板碳结板锅炉板低合金板花纹板冷板热板冷卷板热卷板镀锌板 电镀锌板电镀锌卷锰板不锈钢板硅钢片 彩涂板彩钢瓦楞铁镀锌卷板热轧带钢 管材：焊管不锈钢管热镀锌管冷镀锌管无缝管螺旋管热轧无缝 金属材料：生铁马口铁铝铅黄铜锡锌 一、黑色金属、钢和有色金属

在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢与有色金属的基本概念。 1、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。 生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。 把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。 铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。 2、把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。 3、有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等，这些金属主要用作合金附加物，以改善金属的性能，其中钨、钛、钼等多用以生产刀具用的硬质合金。以上这些有色金属都称为工业用金属，此外还有贵重金属：铂、金、银等和稀有金属，包括放射性的铀、镭等。 二、钢的分类 钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其

铁碳相图以及铁碳合金

铁碳相图以及铁碳合金Post By：2009-12-6 16:33:51 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。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。 Fe和C能够形成Fe C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, 3 Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。，后面三部分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化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C 相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：

由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1 394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥

铁碳合金相图详解

第三章 铁碳合金相图 非合金钢[（GB ／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。 铁与碳可以形成一系列化合物：C Fe 3、C Fe 2、FeC 等。C Fe 3的含碳量为6.69％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是Fe -C Fe 3相图。相图的两个组元是Fe 和C Fe 3。 3.1 Fe -C Fe 3系合金的组元与基本相 3.l.l 组元 ⑴纯铁 Fe 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为 2/m kg 3107.87?。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变） ，即： δ-Fe （体心） γ-Fe （面心） α-Fe （体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b σ=180～230MPa ，屈服强度2.0σ＝100～170MPa ，伸长率=δ30～50％，硬度为50～80HBS 。 可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。 ⑵C Fe 3 C Fe 3是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm 表示。C Fe 3具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV ，抗拉强度b σ=30MPa ，伸长率0=δ。 3.1.2 基本相 Fe -C Fe 3相图中除了高温时存在的液相L ，和化合物相C Fe 3外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： ⑴高温铁素体 碳溶于δ-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 ⑵铁素体 碳溶于α-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F 表示。F 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。 ⑶奥氏体 碳溶于γ-Fe 的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或A 表示。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时最大达2.11％。奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变形。 3.2 Fe -C Fe 3相图 3.2.1 Fe -C Fe 3相图中各点的温度、含碳量及含义 Fe -C Fe 3相图及相图中各点的温度、含碳量等见图3.1及表3.1所示。

钢铁材料的分类

钢铁材料的分类 一、钢铁材料的分类 线材：普线高线螺纹钢 型材：工字钢槽钢角钢方钢重轨高工钢 H型钢圆钢不等边角钢扁钢轻轨齿轮钢六角钢耐热钢棒合结圆钢合工圆钢方管碳工钢轴承钢碳结圆钢不锈圆钢轴承圆钢矩型管弹簧钢 板材：中厚板容器板中板碳结板锅炉板低合金板花纹板冷板热板冷卷板热卷板镀锌板电镀锌板电镀锌卷锰板不锈钢板硅钢片彩涂板彩钢瓦楞铁镀锌卷板热轧带钢 管材：焊管不锈钢管热镀锌管冷镀锌管无缝管螺旋管热轧无缝 金属材料：生铁马口铁铝铅黄铜锡锌 钢板（包括带钢）的分类 1、按厚度分类：（1）薄板（2）中板（3）厚板（4）特厚板 2、按生产方法分类：（1）热轧钢板（2）冷轧钢板 3、按表面特征分类：（1）镀锌板（热镀锌板、电镀锌板）（2）镀锡板（3）复合钢板（4）彩色涂层钢板 4、按用途分类：（1）桥梁钢板（2）锅炉钢板（3）造船钢板（4）装甲钢板（5）汽车钢板（6）屋面钢板（7）结构钢板（8）电工钢板（硅钢片）（9）弹簧钢板（10）其他 钢铁材料通常是指铁碳合金，按含碳量的大小分类，含碳量(质量分数)大于2％的为生铁，小于2％的为钢，含碳量(质量分数)小于0．04％的为工业纯铁。 1．生铁的分类(见表1．1) 表1-1生铁的分类 分类方法分类名称说明 1．按用途分 (1)炼钢生铁炼钢生铁是指用于平炉、转炉炼钢的生铁，一般含硅量较低(不大于1.75％)，含硫量较高(不大于0.07％)，质硬而脆，断口呈白色，也称白口铁 (2)铸造生铁铸造生铁是指用于铸造各种生铁铸件的生铁，一般含硅量较高(达3.75％)，含硫量稍低(不大于0.06％)，断口呈灰色，也称灰口铁 2．按化学成分分 (1)普通生铁普通生铁是指不含其他合金元素的生铁，如炼钢生铁、铸造生铁均属此类 (2)特种生铁 1)天然合金生铁——用含有共生金属的铁矿石或精矿、用还原剂还原而制成的一种特殊生铁，可用来炼钢及铸造 2)铁合金——在炼铁时特意加入其他成分的元素，炼成含有多种合金元素的特种生铁，其品种较多，如锰铁、硅铁、铬铁等，是炼钢的原料之一，也可用于铸造 注：成分含量皆指质量分数。 2．铸铁的分类(见表1—2) 表1-2铸铁的分类 分类 方法分类名称说明

关于钢铁分类的知识

关于钢铁分类的基础知识 一、金属 金属是一种具有光泽（对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、传热等性质的物质。 工业界金属的分类（表1） 一般说来，美、英、日等国家常分为铁与非铁金属，前苏联与东欧工业体系常按照黑色金属和有色金属分类，我国则沿用后者（即表中粗体部分）。 二、铁 在工业铸造工艺中，通常按照碳含量的不同，将铁做以下分类： 铁的分类 （图1） 生铁或称铸铁 （含碳量≥2.11%） 钢 （0.0218%＜含碳量＜2.11%） 工业纯铁或称熟铁（含碳量≤0.0218%）

三、钢 钢或称钢铁、钢材，是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.04%之间的铁合金的统称。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。 在中华人民共和国国家标准GB/T 13304－91《钢分类》中这样描述：“以铁为主要成份、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。”其中的一般是指除铬钢外的其他钢种，部分铬钢的含碳量允许大于2%。含碳量大于2%的铁合金是铸铁。其他国际标准如ISO4948或EN10020中对钢的定义也与此类似。

四、不锈钢 在冶金学中，不锈钢指的是以重量计，铬（Cr）含量超过11.5%的铁合金。这个名称源于这种钢不像普通钢那样容易腐蚀生锈。钢中加入铬、镍使其表面会产生防锈的氧化膜，从而保护钢材本身受到外界环境中的空气（尤指氧气）、水、某些酸、碱的氧化腐蚀。 实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。不锈钢基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。 不锈钢常按金相组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢等。 1.铁素体不锈钢：含铬12%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25、Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、

铁碳合金相图分析

第四章铁碳合金 第一节铁碳合金的相结构与性能 一、纯铁的同素异晶转变 δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 体心面心体心 同素异晶转变——固态下，一种元素的晶体结构 随温度发生变化的现象。 特点： ? 是形核与长大的过程（重结晶） ? 将导致体积变化（产生内应力） ? 通过热处理改变其组织、结构→ 性能 二、铁碳合金的基本相 第二节铁碳合金相图 一、相图分析 两组元：Fe、Fe3C 上半部分图形（二元共晶相图） 共晶转变： 1148℃727℃ L4.3 → A2.11+ Fe3C → P + Fe3C莱氏体Ld Ld′ 2、下半部分图形（共析相图） 两个基本相：F、Fe3C 共析转变： 727℃ A0.77→ F0.0218 + Fe3C 珠光体P 二、典型合金结晶过程 分类：

三条重要的特性曲线 ① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线. ② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线. ③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727oC时达到最大值0.0218%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300oC以下溶碳量小于0.001%.因此当铁素体从727oC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ. 工业纯铁（<0.0218%C） 钢（0.0218-2.11%C）——亚共析钢、共析钢（0.77%C）、过共析钢 白口铸铁（2.11-6.69%C）——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L → L+A → A → P(F+Fe3C) L → L+A → A → A+F → P+F L → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→ P+ Fe3CⅡ 4、共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) → Ld(A+Fe3C+ Fe3CⅡ) → Ld′(P+Fe3C+ Fe3CⅡ) 5、亚共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + A → Ld+A+ Fe3CⅡ→ Ld′+P+ Fe3CⅡ 6、过共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C

碳素钢的分类

碳素钢的分类 含碳量小于2.11％的铁碳合金称为碳素钢，又称碳钢。碳素钢的分类方法很多，一般可按含碳量、品质、用途和工艺进行分类。 按钢的含碳量分类，可分为：低碳钢，其含碳量小于0.25％；中碳钢，其含碳量等于0.25％～0.60％；高碳钢，其含碳量大于0.60％。 按钢的品质分类，钢的品质是由钢中含有害杂质硫(S)、磷(P)的多少来区分的。当钢中含硫量不超过0.050％，含磷量不超过0.045％时为普通碳素钢；当钢中的含硫量、含磷量均小于0.040％时为优质碳素钢；当钢中的含硫量小于0.030％，含磷量小于0.035％时为高级优质碳素钢。 按钢的用途分类，可分为碳素结构钢和碳素工具钢。碳素结构钢主要用于制造各种机械零件和工程构件。碳素工具钢主要用来制造刀具、量具和模具，这类钢一般属于高碳钢，其含碳量在0.65％～1.35％的范围内。 按工艺分类，可分为热轧钢、冷拔钢、锻造钢和铸造钢等。 (一)普通碳素结构钢普通碳素结构钢中含有害杂质(硫、磷)和非金属夹杂物较多，但其机械性能可以满足一般工程结构件及普通机械零件的要求，所以应用较广。通常为轧制成的钢板或各种型材(圆钢、方钢、角钢等)。 1988年颁布的国家标准(GB700—88)中，普通碳素结构钢的牌号是由代表其屈服点(屈服极限)的字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)及脱氧方法符号(F、b、Z、TZ)等四部分组成。其中质量等级符号表示钢中含有害杂质的多少，A级硫、磷含量分别不大于0.050％和0.045％；B级硫、磷含量均不大于0.045％；C级硫、磷含量均不大于0.040％；D级硫、磷含量均不大于0.035％。

钢铁分类

按含碳量不同区分 铁碳合金分为钢与生铁两大类，钢是含碳量为0.03%～2%的铁碳合金。 炼钢炉 碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。合金钢的资源相当丰富，除Cr、Co不足，Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti 和稀土金属储量都很高。21世纪初，合金钢在钢的总产量中的比例将有大幅度增长。

含碳量2%～4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁中 钢铁 碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe3C形态分布，断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁，如加入Cr，耐磨性可大幅度提高，在特种条件下有十分重要的应用。 钢铁中碳的来源:炼铁的原料之一是铁矿石，铁矿石主要成份是Fe2O3，没有碳。 炼铁的原料之二是焦碳

炼铁过程部分焦碳留在了铁水中,导致铁水中含碳。 钢铁 钢铁的生产由铁矿石炼生铁。 由生铁作原料炼钢,炼钢的过程主要是除碳的过程.还不能将碳除尽,钢需要有一定量的碳,性能才达到最佳。 按化学成分分 一、碳素钢碳素钢是指钢中除铁、碳外，还含有少量锰、硅、硫、磷等元素的铁碳合金，按其含碳量的不同，可分为： (1)低碳钢--含碳量wc≤0.25% (2)中碳钢--含碳量wc>0.25%～0.60% (3)高碳钢--含碳量wc>0.60%高碳钢一般在军工业和工业医疗业比较多

金工第三章铁碳合金试题

《金属材料与热处理》第三章测试题 一、填空（57） 1、08F钢中，碳的质量分数为_________,按用途分类属于_______钢，按质量分数属于_________钢，按脱氧方法分类属于_____钢。 2、根据热处理目的和工艺的不同，将热处理分为 ________，_______，_______，淬火和表面热处理。 3、T12A钢按用途分类属于________钢，按质量分类属于________，按含碳量分类属于_________钢。 4、分别写出以下铁碳合金的符号：奥氏体_______；铁素体_________；渗碳体__________；珠光体________；莱氏体___________。 5、含碳量小于________的铁碳合金称为纯铁，含碳量大于_______而小于______的铁碳合金称为钢，含碳量大于 _________称为铸铁。 6、渗碳体的含碳量为______% 7、铁碳合金的基本相是_______、________、_______。 8、根据合金中各组元之间的相互作用不同，合金的组织机构可分为_________、

________、_________三种类型。 9、碳在奥氏体中的最大溶解度是________。 10、铁素体是碳溶于______形成的间隙固溶体。 11、含碳0.77%的钢降温到727℃时发生___________，生成珠光体；含碳4.3%的钢降温到1148℃时发生__________，生成莱氏体。 12、由奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为_________,其中碳的质量分数为_______%

13、45钢按用途分类属于_________钢，按质量分类属于________钢，按含碳量分类属于_________钢。 14、随钢中含碳量的增加钢的________、_______两种性能越好而______、_______两种性能越差 15、把______及_______为主的合金称为 16、书写下列组织的符号：铁素体______奥氏体______渗碳体_______珠光体_______莱氏体________低温莱氏体_______。 17、铁碳合金的基本组织中，_________、___________、___________是单相组织。 18、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有________、_________，属于金属化合物的有_________，属于两相混合物的有________和_________。 19、碳在奥氏体中的溶解度随温度的不同而变化，在1148℃时碳的溶解度可达______，在727℃时溶解度可达______。 二、判断（15） 1、钢在经过淬火后得到的组织是Fe3C，其组织不稳定，所以必须进行回火处理。（） 2、在Fe-C合金相图中，珠光体是共晶转变的产物。（） 3、低碳钢的强度、硬度较低，但塑性、韧性及焊接性能较好。（） 4、钢的含碳量越高，其强度、硬度越高，塑性、韧性越好。（） 5、接近共晶成分的合金，一般铸造性能较好。（） 6、过共晶白口铸铁的室温组织是低温莱氏体加一次渗碳体。（） 7、碳在γ-Fe中的溶解度比α-Fe中的溶解度低。（） 8、渗碳体是铁与碳的混合物。（）

(完整版)铁碳合金相图(习题)

铁碳合金相图 一、选择题 1. 铁素体是碳溶解在（）中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe 2.奥氏体是碳溶解在（）中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe 3.渗碳体是一种（）。 A．稳定化合物 B．不稳定化合物 C．介稳定化合物 D．易转变化合物 4.在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（）。 A．2％ B．2.06％ C．2.11％ D．2.2％ 5.莱氏体是一种（）。 A．固溶体B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属 6.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 7.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 8. 在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（）。 A．A1线 B．ECF线 C．Acm线 D．PSK线 9.珠光体是一种（）。 A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属 10.在铁－碳合金中，当含碳量超过（）以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。 A．0.8％ B．0.9％ C．1.0％ D．1.1％ 11.通常铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，其晶粒区从表面到中心的排列顺序为（）。 A．细晶粒区－柱状晶粒区－等轴晶粒区 B．细晶粒区－等轴晶粒区－柱状晶粒区 C．等轴晶粒区－细晶粒区－柱状晶粒区 D．等轴晶粒区－柱状晶粒区－细晶粒区 12.在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为（）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 13.Fe-Fe3C相图中，共析线的温度为（）。 A．724℃ B．725℃ C．726℃ D．727℃ 14.在铁碳合金中，共析钢的含碳量为（）。 A．0.67％ B．0.77％ C．0.8％ D．0.87％ 二、填空题 1. 珠光体是（铁素体）和（二次渗碳体）混合在一起形成的机械混合物。 2. 碳溶解在（α-F e）中所形成的（固溶体）称为铁素体。

铁碳状态图

图3-1 渗碳体的晶体结构 第三章 铁碳合金状态图 钢和铸铁是机械工业上广泛应用的金属材料，它主要由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。铁碳合金状态图就是研究铁碳合金的成分、温度和组织之间变化关系的图解。 第一节 铁碳合金的基本组织 铁碳合金在液态时，铁和碳可以无限互溶，在固态时碳能溶解于铁的晶格中，形成间隙固溶体。当含量超过铁的溶解度时，多余的碳与铁形成化合物(Fe 3C)。此外，还可以形成由固溶体与化合物组成机械混合物。铁碳合金的基本组织有以下五种。 一、铁素体(F) 铁素体是指碳溶于a-Fe 中而形成的间隙固溶体。碳在a-Fe 中溶解度极小，在727℃时最大溶解度为0．0218％，而在室温时只有0．008％。因此，铁素体强度、硬度较低(σb =l80～280MPa 。50～80HBS)，塑性，韧性较好(δ=30％～500%、αkU =160—200J ／cm 2)。 铁索体组织适于压力加工。 二、奥氏体(A) 奥氏体是指碳溶于γ-Fe 碳在γ—Fe 中而形成的 间隙固溶体。溶解度较大，在1148℃时最大溶碳量为 2.11％，在727℃时最大溶碳量为0．77％。因此，固 溶强化效应较高，其强度、硬度较高(σb =400 MPa ， 160—200HBS)．而塑性、韧性也较好(δ=40％～50％)。 奥氏体组织也适用于压力加工。 三、渗碳体(Fe 3C) 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，化学式近似于Fe 3C(碳化三铁)。 Fe 3C 的含碳量为6.69%，如图3—1所示。它无同素异构转变，熔点约为1227℃。其硬度极高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、αku ≈0)，即硬而脆。

我国钢铁产品的分类

钢及钢产品分类与主要钢材品种生产概况 ? 第一节我国钢铁产品牌号表示方法 钢铁产品牌号是一种标记符号,一个牌号代表具有相同特征的一类产品，牌号加上品种（型材、板材、带材、管材、线材等）、规格(长、宽、厚、直径等)、状态(软态、硬态等）和执行标准号等就能准确地为某一个产品定位。钢铁产品牌号表示方法实际上是沟通生产者、经销者和使用者的一种共同语言。我国现行有两种钢铁产品牌号表示方法,即“钢铁产品牌号表示法 来自．资料搜索网中国最大的资料库下载(GＢ／T2２1-20０0）”和“钢铁及合金牌号统一数字代号体系(GＢ/T17616-1９98）”,这两种表示方法在现行国家标准和行业标准中并列使用,两者均有效。 本节将根据GB/T２21-2０0０标准介绍钢铁产品牌号表示方法。 标准规定凡列入国家标准和行业标准的钢铁产品，均应按标准规定的牌号表示方法编写牌号。产品牌号的表示一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的形式表示。 采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般情况下从代表产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。当这样选取的字母与另一个产品所取的字母重复时,改取第

二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字的第一个拼音字母。采用汉语拼音字母表示，原则上字母数只取一个,不超过两个。 按脱氧程度和浇注制度的不同可分为沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ)。 表1 中列出了钢产品名称、用途、特性、工艺方法和冶金质量等级的表示符号。在各类钢的标准中，对不同质量级别都规定了相应的技术要求。 来自.资料搜索网中国最大的资料库下载

(完整版)铁碳合金相图(一).doc

理论课教案 课题铁碳合金状态图（一）课程机械加工 基础 授课教师专业课型新授教案序号授课时间教学方法 1、掌握合金的基本概念及合金的组织。 教学 2、掌握固溶解，金属化合物质、混合物。 目标 教学重点难点及解决办法 作业 布置 学生听课教 情况学 学生掌握后情况 3、掌握铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的符号及性能特点。 掌握铁碳合金的基本组织、性能 习题册 存在的问 记 题 审查签字 年月日

教学过程 教师活 教学内容学生活动动 一、新课导入 利用多媒体效果观察 回顾上一次课的内容，以提问的形式检查上节课学生的掌握 情况，举实例有技巧得到如本次课要学习的内容。 二、新课讲授 1、合金及其组织 金属：是由单一元素构成的具有特殊光泽、延展性、导电性、导热性的物质，如铁、金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。 合金：是由一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过 熔炼或其他方法合成的具有金属特性的物质。 金属材料：金属及其合金的总称 （1）合金组织 固熔体、金属化合物、混合物 1）固熔体 是一种组元的原子熔入另一种组元的晶格中所形成的均匀固相。 溶入的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。 固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。 固熔体根据溶质原子在晶格（溶剂）所处的位置不同可以分为： 间隙固熔体 置换固熔体 间隙固熔体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的 固熔体。 举例：碳、氮、硼等非金属元素熔入铁中 特点：由于熔剂的晶格空间有限，所以溶质原子量是有限的。

：溶质原子：溶质原子 ：溶剂原子：溶剂原子 置换固熔体：溶质原子置换了熔剂晶格节点上某些原子而 形成的固熔体。 特点：原子半径相同或接近，周期位置接近，晶格类型差别小。 2）金属化合物： 定义；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。 特性：（1）可用化学式来表示。 （2）复杂的晶格结构“三高一稳”的性能，高熔点、高硬度、高脆性 3）混合物： 定义：两种或两种以上的相按一定质量分数组成的物质。 特征：保持自己原来地晶格类型 性能：取决于组成相的性能，分布形态及数量和大小。 固熔强化：通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属材料强度、硬度提高的想象。学生复习总结三种合金组织

钢铁的理化属性钢铁的分类

钢铁的理化属性 我们日常生活中谈及的“钢铁”，其实是一种合金，即铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金，是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 钢铁的分类有很多，最常用的是按含碳的含量的不同将铁碳合金分为钢与生铁两大类。含碳量为0.03%～2%的铁碳合金称为钢，而钢又具体分为普通钢和合金钢。在普通钢中，碳钢以其冶炼方便、加工容易、价格低廉等特性而被广泛应用。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我国合金钢的资源相当丰富，除Cr、Co不足，Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。 含碳量2%～4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁中碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe3C 形态分布，断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁，如加入Cr，耐磨性可大幅度提高，在特种条件下有十分重要的应用。 钢铁的分类 除了按含碳量分类外，钢材按外形可分为型材、板材、管材、金属制品四大类。为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材分为十六大品种（见表1）： 表1 我国钢材品种分类

铁碳合金状态图中主要特性点的含义

Fe-Fe3C状态图 特性点符号温度/℃含碳量/% 含义 A 1538 0 纯铁熔点 C 1148 共晶点LC→A E+Fe3C D 1227 渗碳体的熔点 E 1148 碳在γ-Fe中的最大溶解度 G 912 0 纯铁的同素异构转变点α-Fe→γ-Fe S 727 共析点As→Fp+Fe3C P 727 碳在α-Fe中的最大溶解度 Q 室温室温时碳在α-Fe中的溶解度ACD为液相线，此线以上的合金为液态，冷却到此线开始结晶。 AECF为固相线，此线以下的合金为固态，合金加热此线开始熔化。 GS是冷却时从不同含碳量的奥氏体中开始析出铁素体的温度线，又称A3线。ES是碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm线。

ECF线是共晶线，含碳量大于%的铁碳合金冷却至此温度线（1148℃），在恒温下发生共晶转变，即从液态合金中结晶奥氏体和渗碳体晶体的机械混合物，故此线是一条水平线。 PSK是共析线，又称A1线。Wc=%的奥氏体，冷却至此线（727℃），在恒温下同时析出铁素体和渗碳体晶体的机械混合物成为共析体，称为珠光体。 含量在%—%之间的所有铁碳合金，缓慢冷却到PSK线，都会在恒温下发生共析反应，生成一定数量的珠光体。 共晶转变 Wc=%的液相在1148℃温度下，同时结晶处含碳量为%的奥氏体和含碳量为%的渗碳体，这种转变叫做共晶转变。 共析转变 Wc=%的奥氏体，在727℃（723℃）温度下，同时析出铁素体与渗碳体，这种转变为共析转变。 平衡组织 根据常温下的平衡组织又可分为三类： （1）亚共析钢—含碳量%%之间的铁素体+珠光体； （2）共析钢—含碳量%的珠光体； （3）过共析钢—含碳量%之间的珠光体+渗碳体Ⅱ。 白口铸铁 含碳量%%，根据常温组织也可分为三种： （1）亚共晶白口铸铁（C<%）：珠光体+渗碳体Ⅱ+莱氏体； （2）共晶白口铸铁（C=%）：莱氏体； （3）过共晶白口铸铁（C>%）：莱氏体+渗碳体Ⅰ。 发生相变转变的温度成为临界点： Ac1—加热时，珠光体转变为奥氏体温度； Ac3—加热时，铁素体转变为奥氏体的终了温度； Accm—加热时，二次渗碳体在奥氏体中溶解的终了温度； Ar1—冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度；

铁碳合金相图分析应用

铁碳合金相图在实际生产中应用之我见 摘要：铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，实际应用中对于钢铁材料的应用以及热加工和 热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe 3C、Fe 2 C、 FeC等, 有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe 3C部分，通常称其为 Fe-Fe 3 C相图,相图中的 组元只有Fe和Fe 3 C。 关键词：相图分析结晶应用 一、铁碳合金基本相 1、铁素体δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。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%）。 2、奥氏体γ相奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）强度低，易塑性变形 3、渗碳体 Fe 3 C相（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物,渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 二、Fe-Fe 3 C相图分析 1、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 （2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。冷却到1148℃时, C点成分的L发生共晶反应：L →A （2.11%C）+Fe 3C（6.69%C，共晶渗碳体）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe 3 C三 相共存。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。

（3）共析转变线PSK，S点为共析点。合金（在平衡结晶过程中冷）却到727℃时, S点成分 的A发生共析反应：A →F（0.0218%C）+Fe 3 C（6.69%C、共析渗碳体）—P（珠光体）。共析 反应在恒温下进行, 反应过程中, A、F、Fe 3 C三相共存。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。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 液固相线：液相线ABCD 固相线AECF 2、Fe-C合金平衡结晶过程 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。 L →L+A →A →A+F →F →F+Fe 3C III 相组成物：F+Fe 3 C (C%>0.0008%)或 F（C%<0.0008%） 相相对量：F%= Fe 3 C%= 组织组成物：F和Fe 3C III 工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、塑性好。共析钢（C%=0.77%）： 相组成物：F和Fe 3 C 相相对量：F%= Fe 3 C%= 组织组成物：P L →L+A →A →A+P →P 亚共析钢（0.0218%＜C%＜0.77%）： L →L+A →A →A+F →A+P+F →P+F