铁碳合金是什么

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%、aKU=160～200J／cm），但强度、硬度较低(σb=180～280MPa、σs=100～170MPa、硬度为50～80HBS)。

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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%。

第四章 铁碳合金

一、目的与要求

主要讲授铁碳合金的基本相和基本组织；铁碳合金相图的分析、铁碳合金的分类、典型铁碳合金的结晶过程及室温组织；碳钢的概念、常存杂质元素对钢性能的影响、常用碳钢等内容。

二、重点与难点

重点：铁碳合金相图的相变规律、典型合金的结晶过程、常见碳钢。 难点：铁碳合金相图的相变、典型铁碳合金的结晶过程及室温组织。

三、教学方法与手段

课堂讲解、多媒体演示、实验。 四、教学内容与步骤 五、习题与思考题

1．何谓金属的同素异构转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。

答：由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构的转变，称同素异构转变。

2．为什么γ-Fe 和α- Fe 的比容不同？一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时，其体积如何变化？

答：因为γ-Fe和α- Fe原子排列的紧密程度不同，γ-Fe的致密度为74%,α- Fe的致密度为68%，因此一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时体积将发生膨胀。 3.何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？

答：铁素体（F）：铁素体是碳在??Fe中形成的间隙固

习题一

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

铁碳合金

一、填空题

1. 在铁碳合金基本组织中， 奥氏体 、 铁素体 和 渗碳体 属于单相组织。

珠光体 和 莱氏体 属于两相组织。

2. 根据溶质原子在溶剂晶格中的分布情况，固溶体有二种基本类型，它们是 置换

固溶体 和 间隙固溶体 。

3. 根据溶质在溶剂中的溶解情况，置换固溶体可分为 无限固溶体 和 有限固溶

体 两种。

4. 铁素体与渗碳体的机械混合物称为 珠光体 ，渗碳体与铁素体片状相间的组织

又称为 片状珠光体 ，在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织又称为 粒状珠光体 。

5. 不同晶体结构的相，机械地混合在一起的组织，叫做 固态机械混合物 ，铁碳

合金中，这样的组织有 珠光体 和 莱氏体 。

6. 在铁碳合金基本组织中， 铁素体 和 奥氏体 属于固溶体； 渗碳体 属于化合物； 珠光体 和 莱氏体 属于机械混合物。 7. 分别填写下列铁碳合金组织的符号：

奥氏体 A ；铁素体 F ；渗碳体 C ；珠光体 P 。

8. 铁和碳形成的金属化合物（Fe3C）称为 渗碳体 、含碳量为 6.69% 。 9. 铁素体在室温时，对碳的溶解度是

1．何谓金属的同素异构转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。

答：由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构的转变，称同素

异构转变。

2．为什么γ-Fe 和α- Fe 的比容不同？一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时，其体积如何变化？

答：因为γ-Fe和α- Fe原子排列的紧密程度不同，γ-Fe的致密度

为74%,α- Fe的致密度为68%，因此一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时体积将发生膨胀。

3.何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？

答：铁素体（F）：铁素体是碳在??Fe中形成的间隙固溶体，为体心

立方晶格。由于碳在??Fe中的溶解度`很小，它的性能与纯铁相近。塑性、韧性好，强度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。

奥氏体（A）：奥氏体是碳在??Fe中形成的间隙固溶体，面心立方

晶格。因其晶格间隙尺寸较大，故碳在??Fe中的溶解度较大。有很好的塑性。

渗碳体（Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。

渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。

铁碳合金

一、填空题

1. 在铁碳合金基本组织中， 奥氏体 、 铁素体 和 渗碳体 属于单相组织。

珠光体 和 莱氏体 属于两相组织。

2. 根据溶质原子在溶剂晶格中的分布情况，固溶体有二种基本类型，它们是 置换固溶体 和 间隙固溶体 。

3. 根据溶质在溶剂中的溶解情况，置换固溶体可分为 无限固溶体 和 有限固溶体 两种。

4. 铁素体与渗碳体的机械混合物称为 珠光体 ，渗碳体与铁素体片状相间的组织又称为 片状珠光体 ，在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织又称为 粒状珠光体 。

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5. 不同晶体结构的相，机械地混合在一起的组织，叫做 固态机械混合物 ，铁碳合金中，这样的组织有 珠光体 和 莱氏体 。 6. 在铁碳合金基本组织中， 铁素体 和 奥氏体 属于固溶体； 渗碳体 属于化合物； 珠光体 和 莱氏体 属于机械混合物。 7. 分别填写下列铁碳合金组织的符号：

奥氏体 A ；铁素体 F ；渗碳体 C ；珠光体 P 。 8. 铁和碳形成的金属化合物（Fe3C）称为 渗碳体 、含碳量为 6.69% 。

9. 铁素体在室温时，对碳的溶解

铁碳合金的基本组织

组织名称 符号 含碳量 存在温度 强度 硬度 塑性 韧性 莱氏体 铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 其他性能 1、根据构成合金元素之间相互作用不同，合金组织可分为______、_________、_______三种类型。

2、组元在固态时，互相溶解形成均匀一致的固体合金称为______，根据溶质原子在熔剂晶格中所处的位置不同，它可分为__ ___和___ __两种。 3、组成合金的组元，发生________，而形成一种具有________的固体物质，称为金属化合物，其性能特点是___ 、 ___、_____ _和____ __。 4、两种或两种以上的相，按一定质量百分数组成物质称为____ ___。铁碳合金中，这样的组织有________和________。

5、填写铁碳合金基本组织的符号：奥氏体 ；铁素体 ；渗碳体 ；珠光体 ；高温莱氏体 ；低温莱氏体 。 6、珠光体是由

铁碳合金的基本组织

组织名称 符号 含碳量 存在温度 强度 硬度 塑性 韧性 莱氏体 铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 其他性能 1、根据构成合金元素之间相互作用不同，合金组织可分为______、_________、_______三种类型。

2、组元在固态时，互相溶解形成均匀一致的固体合金称为______，根据溶质原子在熔剂晶格中所处的位置不同，它可分为__ ___和___ __两种。 3、组成合金的组元，发生________，而形成一种具有________的固体物质，称为金属化合物，其性能特点是___ 、 ___、_____ _和____ __。 4、两种或两种以上的相，按一定质量百分数组成物质称为____ ___。铁碳合金中，这样的组织有________和________。

5、填写铁碳合金基本组织的符号：奥氏体 ；铁素体 ；渗碳体 ；珠光体 ；高温莱氏体 ；低温莱氏体 。 6、珠光体是由

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

铁碳合金的显微组织及分析-铸铁

摘要：在铁碳二元系中，含碳量大于2%的合金称为铸铁。铸铁具有较低的熔点、优良的铸造性能，生产工艺简单，成本低廉，是工程中最常用的金属材料之一。根据碳在铸铁中存在状态及形式的不同，可得到不同类型的铸铁。 关键词：石墨化；灰口铸铁；球墨铸铁；展性铸铁；麻口铁 0引言

铸铁为含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。根据碳在铸铁中得存在形式的不同，可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、蠕墨铸铁。

铸铁的生产工艺简单，成本低廉。因此在机械制造、冶金、国防工业等部门应用广泛。铸铁不仅可以用来制造强度和韧性要求都不高的一般部件，如机床机身、发动机气缸体等；还可以用来制造某些要求具备综合力学性能的重要零件如柴油机曲轴、汽车后桥等。 铸铁的组织视化学成分和冷却速度而异，当铸铁凝固的冷却速度足够大时，得到白口铸铁组织，随冷却速度减小，铸铁组织依次改变为麻口铸铁、珠光体灰口铸铁、珠光体铁素体