铁碳合金状态图

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

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

11.1 状态图11.2 活动图11.3 顺序图11.4 协作图11.5 构件图11.6 配置图

11.1 状态图11.2 活动图11.3 顺序图11.4 协作图11.5 构件图11.6 配置图

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11.1 状态图11.2 活动图11.3 顺序图11.4 协作图11.5 构件图11.6 配置图

11.1 状态图11.2 活动图11.3 顺序图11.4 协作图11.5 构件图11.6 配置图

11.1 状态图11.2 活动图11.3 顺序图11.4 协作图11.5 构件图11.6 配置图

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11.1 状态图11.2 活动图11.3 顺序图11.4 协作图11.5 构件图11.6 配置图

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

铁碳平衡图(iron—carbon equilibrium dia—gram)

表示在接近平衡(铁一石墨)和亚稳条件(铁一碳化铁)下铁碳合金在不同碳含量、不同温度下所呈现的相和这些相之间平衡关系的图，又称铁碳相图。它是研究和使用钢铁材料、制定其铸造、热加工和热处理工艺以及分析工艺废品时的重要依据。

简史 1868年，俄国学者切尔诺夫(д．K．ЧepHOB)注意到只有把钢加热到某一温度以上再快冷，才能使钢淬硬，从而有了临界点的概念。1887～1892年，法国人奥斯蒙(F．Osmond)等发现临界点A3和A2，他认为这表示铁有同素异构体，他称从室温至A2温度保持稳定的相为α-Fe；A2～A3间为β-Fe；A3以上为γ-Fe。1895年，他进一步证明，如铁中含有少量碳，则在690℃或710℃左右出现临界点，即A1点，标志在此温度以上碳溶解在铁中，而低于此温度时，碳以渗碳体形式由固溶体中分解出来，随铁中碳含量提高，A3下降与A2相合，然后继续下降，当碳含量为0.8％～0．9％时与A1合为一点。1904年，又发现A4至熔点间为δ-Fe。以上述临界点工作的成果为基础，1899年，英国人罗伯茨(w．C．Roberts)和奥斯汀(Auste

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