铁碳合金相图的共析线是什么线

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

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

铁碳合金相图

二：铁碳合金的金相显微组织观察

一、 实验目的

1. 熟悉碳钢和白口铸铁在平衡状态下的显微组织；

2. 熟悉各种工业用铸铁的显微组织特征和石墨存在的不同形态；

3. 运用Fe-C和Fe-Fe3C双重相图分析各种铸铁的石墨化及显微组织形成过程； 4. 观察碳钢经不同热处理后的基本组织； 5. 了解热处理工艺对钢组织和性能的影响； 6. 熟悉碳钢几种典型热处理组织—马氏体M、屈氏体T、索氏体S、回火马氏体M回火、回火屈氏体T回火、回火索氏体S回火等组织的形态及特征。

二、 预习要求

复习有关铁碳相图和热处理原理的有关内容。

三、 实验所需仪器设备

金相显微镜、标准试样

四、 实验原理

2.1铁碳合金的平衡组织

Fe-Fe3C相图是研究碳钢和白口铸铁的重要工具，也是分析这些合金在平衡状态或接近平衡状态下显微组织的基础。根据Fe-Fe3C相图，含碳量小于2.11%的合金称为碳钢，含碳量大于2.11%的合金称为白口铸铁。虽然这些合金在室温下的组成相都是铁素体和渗碳体，但由于各相的形态、数量和分布不同，它们的显微组织有很大差异。图2-1给出了按组织分区的Fe-Fe3C相图。

图2-1 按组织分区的Fe-Fe3C相图

2.1.1 工业纯铁在退火状态下的

三元合金相图

一、填空

1. 三元相图等温截面的三相区都是___________________形。

2. 图1是A-B-C三元系成分三角形的一部分，其中X合金的成分是_____________________。

图1

3. 图2是三元系某变温截面的一部分，其中水平线代表________________反应，反应式为______________________ 。

图2

4．图3是某三元系变温截面的一部分，合金凝固时，L+M＋C将发生_________________反应。

图3

5. 三元相图的成分用__________________________表示。 6. 四相平衡共晶反应的表达式__________________________。 7. .图6是A-B-C三元共晶相图的投影图，在常温下：

合金I的组织是______________________________________ 合金II的组织是_______________________________________ 合金III的组织是______________________________________

图4

8． 三元相图有如下

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)。

2

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

．某合金相图如图所示。

1）试标注①—④空白区域中存在相的名称； 2）指出此相图包括哪几种转变类型；

3）说明合金Ⅰ的平衡结晶过程及室温下的显微组织。 答：(1)①：L+γ ②: γ+β ③: β+ αⅡ+ (α+β) ④: β+αⅡ

(2)匀晶转变；共析转变

(3)合金①在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出γ固溶体至

2点结束,2～3点之间合金全部由γ固溶体所组成,3点以下,开始从γ固溶体中析出α固溶体,冷至4点时合金全部由α固溶体所组成,4～5之间全部由α固溶体所组成,冷到5点以下,由于α固溶体的浓度超过了它的溶解度限度,从α中析出第二相β固溶体,最终得到室稳下的显微组织: α+βⅡ

5.画出 Fe-Fe3C 相图，指出图中 S 、C 、E 、P、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK 各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。 答:

T/℃A(1538℃)LL+ACEAD(1227℃)A+Fe3CⅠF(1148℃)G(912℃)A+Fe3CⅡFF+AA+Fe3CⅡ+Le Le Le + Fe3CⅠ SK(727℃)PP+Fe3CⅡPQ(600℃或室温)P+Fe3CⅡ+Le′ Le′ Le′+

课题二 金属的晶体结构、铁碳合金组织和相图

金属材料的基本知识钢铁材料 铸铁(含碳量大于2.11%的铁碳合金) 根据含碳量的不同分为 钢(含碳量小于2.11%的铁碳合金) 炼铁 钢铁材料的生产方式 炼钢 钢材生产 型材：圆钢、方钢、扁钢、六角钢、角钢、槽钢、螺纹钢等钢材种类

板材：中厚钢板、薄钢板、钢带和硅钢片 管材：无缝钢管和焊接钢管(又称有缝钢管) 线材：直径为6~9mm的圆钢和直径在10mm以下的螺纹钢

金属材料在不同的使用场合下，所要求的力学性能、物理性

能、化学性能以及工艺性能各不相同。虽然都是金属材料，不同成分和不同状态下的性能差异也非常大。造成金属材料性能差异 的主要原因是由于金属材料内部结构的不同。

一 金属的晶体结构与结晶 1.1 晶体及其特点固态物质分类

根据内部原子堆积的情况

晶体：如纯铝、纯铁、纯铜等 非晶体：玻璃、沥青、松香、石蜡等

晶体和非晶体的根本区别

晶体中的原子或分子，在三维空间中是按照一定的几何规则作周期性地重复排列。 非晶体中的质点，是杂乱无章地堆积在一起，无规则可循。

晶体的特点

晶体具有规则的外形。晶体具有固定的熔点。

晶体具有各向异性。

纯铁晶粒 的内部结 构示意图

1.2 金属的三种常见晶体结构体心立方晶格

面心立方晶格密排六

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