铁碳合金相图

铁碳相图1钢铁应该是机械行业使用最广泛的合金了吧，于是这几天一直在看这个。其实我以前一直没有想到，这玩艺儿会有这么复杂。先来看看纯铁，纯铁中铁的质量百分 比在99.8-99.9，在1538结晶为0 -fe，晶格为体心立方（还记得体心立方的晶格是啥样 吧），在1394C是晶体结构发生转变，变为Y -fe，晶格为面心立方，在912C时再次发生 转变，变为a -fe，晶格为体心立方，这是铁的三种同素异晶状态。这种固态下的同素异晶 转变称之为重结晶，它与钢的合金化与热处理有密切关系。那么铁碳合金又是怎么回事呢？碳可以溶于丫 -fe和a -fe中，以间歇原子的形势存在。在 1394C时，碳溶于Y -fe，称为奥氏体，这时碳一般存在于面心立方的8面体空隙中，在91 2C时，碳溶于0 -fe，称为铁素体，碳存在于体心立方的8面体空隙中。其实碳也能溶于0 -fe，0.09%，太少了。说了这么多，纯铁的塑性和韧性很好，但是强度太低了，所以工业上一般都是用的铁碳合 金。碳可以溶于铁中，但是溶量有限，于是剩下的碳以两种形式存在，一种形式是与铁的间 歇化合物fe3c，称为渗碳体，一种是石墨。ok，我们来看看fe-fe3c合金相图（本来已开始想写一篇相图的blog，但是感觉没有什么 由图我们可以看到碳的含量最高可以到6.69%，处于ABCD连线以上的部分为液相区，AHJEC F连线以下为固相区，HJB线这一段发生了包晶转变，包晶转变是指在结晶过程中，已成为 固相的部分被液相部分包围从而转变成另一种固相部分，液相的B和0相的H转变为丫相的 J,我们可以看到，这条线非常的短，说明发生转变的区域碳的含量范围很窄为0.09%-0.53%。 ECF线发生了共晶转变，共晶转变是指某液相在结晶时同时转变为两种固相，液才由转变为 Y相E和fe3c, Y -fe和fe3c的机械混合物称为莱氏体，这条线就比较长了，说明发生转变 的碳的范围比较宽，为2.11%-6.69%。PSK线发成的是共析转变，共析转变是指由一种固相 转变为两种固相的变化，Y -fe转变为a -fe和fe3c，a -fe和fe3c的机械混合物称为珠光 体，可以看到发生这个转变的碳的含量范围是相当的宽了，超过0.0218%的碳含量的合金都 要发生这个转变。GS线，这条线说明了碳含量的不同Y中开始析出a的温度是怎样变化的， 我们可以看到，随着碳的含量从0-0.77%不断升高，转变开始的温度在不断降低。ES线，碳 在Y中的溶解度线，当某浓度的碳在低于相应的这个温度时，开始析出fe3c，我们可以看 到随着碳的含量在0.77-2.11不断升高时，开始析出fe3c的温度在不断升高。PQ线，碳在 a中的溶解度线，道理同ES线，当碳的含量在0-0.0218不断升高时，析出fe3c的温度不 断升高。好写的）。通常按照会不会发生共晶转变来区分碳钢和铸铁，由相图我们可以看到，碳含量小于2.11 时不发生共析转变，那么碳含量小于2.11的合金称为碳钢，大于的称为铸铁。根据相图， 我们把铁碳合金按照碳含量划分为7种类型：0.0218工业纯铁，0.77共析钢，0.0218-0. 77亚共析钢，0.77-2.11过共析钢，4.30共晶白口铸铁，2.11-4.30亚共晶白口铸铁，4.3 0-6.69过共晶白口铸铁。铁碳相图2上一篇初步了解了一下铁碳相图，我们了解了铁碳合金在什么样的状态下会发生什么样的相 变，了解了相图的每个区域的合金构成情况，这一篇我们接着说说含碳量对于合金的性能影 响。先来看看不同含碳量下在室温时合金的组成。上一篇我们说到把合金按照含碳量分为7种类型（如图），我们一种一种的来看，过程我就不啰嗦了，看看结果。当含碳量为小于0.0218%时为工业纯铁，由相图我们可以得知，在金属液冷却到室温时， 合金为a和三次渗碳体.当含碳量为 0.77%时为共析钢，在金属液冷却到室温时，合金的成分是珠光体，珠光体是 a和fe3c的机械混合物，还记得吗？什么和工业纯铁的成分一样？噢，不，工业纯铁的成 分是a和三次渗碳体，三次渗碳体是由于碳在。中的浓度饱和，从a中析出的fe3c，而珠光 体中的则是a和fe3c的机械混合物，是通过y的共析转变得到的，什么是机械混合物？他 们的浓度比例是一定的！当碳含量在0.0218-0.77%之间时，为亚共析钢，在金属液冷却到室温时，合金的组织是珠 光体+a，并且亚共析钢中的含碳量越高，室温组织中的珠光体越多。过共析钢的含碳量在0.77-2.11%，在金属液冷却到室温时，合金的组织为珠光体+二次渗碳 体，并且含碳量越高，得到的二次渗碳体量越大。含碳量为4.30%时，为共晶白口铸铁，合金的室温组织比较复杂一点，因为在冷却到1148C 时，发生共晶转变得到莱氏体（Y和fe3c的机械混合物），在这个温度以下后由于浓度饱和 Y中析出二次渗碳体，在冷却到727C时，Y发生共析转变得到珠光体，那么实际上得到的 就是珠光体+二次渗碳体+莱氏体中剩下的fe3c，这种室温组织保留了高温共晶转变产物莱 氏体的形态特征，但是组成相的Y已经发生了转变，故称为变态莱氏体。亚共晶白口铸铁的碳含量在2.11-4.30%，在金属液冷却到室温时，合金的室温组织为变态 莱氏体+珠光体+二次渗碳体。过共晶白口铸铁的碳含量在4.30-6.69%，在金属液冷却到室温时，合金的室温组织为变态 莱氏体+一次渗碳体。我们可以看到，随着含碳量的升高，fe3c的含量在升高，存在形态也在发生变化，最开始 存在于a基体内，然后存在于Y晶界上，最后作为基体存在，可见不同含碳量，合金的组织 是不一样的，这也是造成性能不同的根本原因。a是软韧的相而fe3c是硬脆的相，当a为 基体时，fe3c越多，分布越均匀，那么材质的硬度越高，但是如果fe3c分部在晶界上甚至 作为基体出现时，材质的塑性和韧性会大大降低。第四章 铁碳合金的结构及其相图教学目的及其要求通过本章学习，使学生们掌握铁碳合金的基本知识及铁碳相图的应用。主要内容1. 铁碳合金的相组成2. 铁碳合金相图及其应用3. 碳钢的分类、编号及应用学时安排讲课4学时，实验2学时。教学重点1. 铁碳合金相图及应用2. 典型合金的结晶过程分析教学难点铁碳合金相图的分析和应用。教学过程第一节纯铁及其同素异构转变第二节铁碳合金中的相和组织组成一、铁碳合金的组元铁：熔点1538C塑性好，强度硬度极低，在结晶过程中存在着同素异晶转变。不同结 构的铁与碳可以形成不同的固溶体。同素异构转变：同一种元素在固态下由于温度变化而发生的晶体结构的变化。8-Fe_1394C 丫_Fe_912* a-Fe体心立方面心立方体心立方a-Fe的致密度为68%, y-Fe为74%，所以a-Fe的晶胞体积大于丫-Fe。由于纯铁具有同素异构转变，在生产上可以通过热处理对钢和铸铁改变其组织和性能。碳：在Fe-Fe3C相图中，碳有两种存在形式：一是以化合物Fe3C形式存在；二是以间 隙固溶体形式存在。二、铁碳合金中的基本相相：指系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面隔开的均匀组成部分。铁碳合金系统中，铁和碳相互作用形成的相有两种：固溶体和金属化合物。固溶体是铁素体和奥氏体；金属化合物是渗碳体。这也是碳在合金中的两种存在形式。1 .铁素体碳溶于a-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用a或者F表示，为体心立方晶格结构。 塑性好，强度硬度低。2. 奥氏体碳溶于y-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用丫或者A表示，为面心立方晶格结构。 塑性好，强度硬度略高于铁素体，无磁性。3. 渗碳体Fe3C：晶体结构复杂，含碳量6.69%，熔点高，硬而脆，几乎没有塑性。渗碳体对合金性能的影响：(1) 渗碳体的存在能提高合金的硬度、耐磨性，使合金的塑性和韧性降低。(2) 对强度的影响与渗碳体的形态和分布有关：以层片状或粒状均匀分布在组织中，能提高合金的强度；以连续网状、粗大的片状或作为基体出现时，急剧降低合金的强度、塑性韧性。二、两相机械混合物珠光体：铁素体与渗碳体的两相混合物，强度、硬度及塑性适中。莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物；室温下为珠光体与渗碳体的混合物，又硬又脆。铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体为铁碳合金中的基本组织，是铁碳合金中的 组织组成物。组织组成物：指构成显微组织的独立部分，可以是单相，也可以是两相或多相混合物。显微组织：指在金相显微镜下所观察到的金属及合金内部的微观形貌，包括相和晶粒的 形态、大小、分布等。第三节FeFe3C相图分析一、相图中的点(14个)1. 组元的熔点：A (0, 1538)铁的熔点；D (6.69, 1227) Fe3C的熔点2. 同素异构转变点：N (0, 1394) 6 -Fe =Y -Fe； G (0, 912) y -Fe 0 a -Fe3. 碳在铁中最大溶解度点：P (0.0218, 727),碳在a -Fe中的最大溶解度E (2.11, 1148)，碳在Y -Fe中的最大溶解度H (0.09, 1495)，碳在6 -Fe中的最大溶解度Q (0.0008, RT),室温下碳在a -Fe中的溶解度2. 三相共存点：S (共析点，0.77, 727), (A+F +Fe3C)C (共晶点，4.3, 1148), ( A+L +Fe3C)J (包晶点，0.17, 1495) (+ A+L )3. 其它点 B (0.53, 1495),发生包晶反应时液相的成分 F (6.69,1148 ), 渗碳体 K (6.69,727 ), 渗碳体二、相图中的线1. 液相线(ABCD)：结晶时液相的成分，在其上体系为液相；2. 固相线(AHJECF)：结晶时固相的成分，其下为固相。3. 恒温转变的线：HJB包晶线、ECF共晶线、PSK共析线。PSK线，共析线。在此线上的合金都要发生共析反应。冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度；加热时，珠光体转变为奥氏体的温度；PSK线又称A1线。4. 固溶度线ES线：碳在奥氏体中的溶解度线，随温度温度个，溶解度个；0.77%2.11%C。冷却时，从奥氏体中开始析出二次渗碳体的温度；加热时，二次渗碳体完全溶入奥氏体中的温度。ES线又叫作Acm线。PQ线：碳在铁素体中的溶解度；随温度个，最大溶解度个；0.0008%0.0218%C；冷却时，从铁素体中开始析出三次渗碳体的温度；加热时，三次渗碳体完全溶 入铁素体的温度。5.同素异构转变线：NH和 NJ, GS和GP。GS线：冷却时，由奥氏体向铁素体转变的开始温度；加热时，铁素体完全转变为奥氏 体的温度，GS线又叫作A3线。三、相图中的相区1.单相区（4 个+ 1 个）：L、8、A、F、（+ Fe3C）2.两相区（7 个）：L + 8、L + FqC、L + A、8+ A、A + F、A + Fe C、F + Fe Co333强调！根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区，两相区的两个相就由这两个单 相区的相组成。过合金的成分点作垂直于四、基本转变类型I横坐标的直线称为成分线1.匀晶反应u 二二-二二二二一一一LT& 由液相中直接结晶出8相。合金的成分线与AB线相交，Wc： 00.53%。Lt A:由液相中直接结晶出A相。合金的成分线与BC线相交，Wc： 0.53%4.3%。2.包晶反应8 LL Fe3C:由液相中直接结晶出Fe3C相。合金的成分线与CD线相交，Wc： 4.3%6.69%5h+Lb1495C * 气0.090.530.17含义：具有J点成分的铁碳合金冷却至14950C，液相和8相在转变过程中恰好全部消 耗完，生成了单一的J点成分的A相。包晶点：J (0.17, 1495)-产物：单相奥氏体(A )即合金的成分线与HJB线相父。发生包晶反应的合金成分：0.09%-0.53% C。3.共晶反应Lc4.31148CAe +2.11Fe3C6.69含义：由C点成分的液相在11480C下，同时生成具有E点成分的A相和Fe3C。 发生共晶反应的成分范围：2.11 %6.69% C,合金成分线与ECF线相交)。产物：A和MC的两相混合物，称为莱氏体，用1汗表示，其组织形态是以FeC为 基体，A呈粒状或杆状分布在Fe3C基体上。 共晶点：C (4.3,1148)4 .共析反应Fp +FeCAs727C 0.02186.690.77含义：在7270C下，由S点成分的A相同时生成P点成分的F相和Fe3C相 合金范围：0.02186.69%C，合金成分线与PSK线相交。产物：F和Fe3C的两相混合物，称为珠光体，用P表示，形态呈层片状。共析点：S (0.77, 727)，具有S点成分的A相冷却至7270C时，发生共析转变，生 成珠光体。五种渗碳体的异同（Fe C、Fe.Cn、FeC 共晶FeC共析Fe C ）:它们只是形成条件、3 I 3 H3111、33形态与分布不同，对铁碳合金性能有所不同，就其本身来说，并无本质区别，都是同一种物 质，即 Fe3C，6.69 %Co五、铁碳合金分类工业纯铁、钢（亚共析、共析、过共析钢）、铸铁（亚共晶、共晶、过共晶白口铸铁）注意分界点成分六、典型铁碳合金的结晶过程分析分析方法和步骤：-在相图的横坐标上找出给定的成分点，过该点作成分线；-在成分线与相图的各条线的交点作标记（一般用1、2、3、4.）-写出每两个点之间或者重要点上发生的转变（由液相分析至室温）。- 室温下该成分线所在的相区，合金室温下就具有那个相；组织组成物则取决于冷却过程中发生的转变。1. Wc=0.77%的铁碳合金结晶过程分析（虚线为原奥氏体晶界）合金在1点温度以上为液相L；在12温度之间，发生匀晶反应，从液相中析出奥氏体相；在23点温度之间，为单相奥氏体，只有温度的降低；在3点（S点）时到达共析温度（7270C，奥氏体发生共析反应，生成珠光体组织;3点以下直到室温，合金温度降低，为珠光体组织。所以，Wc = 0.77%的铁碳合金- 室温下的相：F+Fe3C 组织组成物：P（珠光体）（100%）-组织形貌：F和Fe3C层片状混合物问题：用杠杆定律计算共析钢室温下F相和Fe3C相的质量分数。（合金的总质量为1,含碳 量为0.77%。室温下由F和Fe3C两相组成，其中F中含碳量为0.0008%, Fe3C中舍 碳量为6.69%.）F相的质量分6.69 0.77M =a 6.69 0.0008x 100%(6.69)FeC相的质量分sc0.77 0.00086.69 0.0008x 100%(0.0008)0.77（杠杆的支点是两个相的平均质量分数即合金的成分点，端点分别是两个相的成分点。）2. Wc=0.4%的铁碳合金结晶过程分析合金在1点温度以上为液相L；在12点温度之间，发生匀晶转变，从液相中结晶出5铁素体相；在2点1495C液相L与5相发生包晶反应，生成奥氏体A，液相有剩余；在23点温度之间，剩余的液相向A相转变；在34点温度之间，为单相奥氏体，合金温度降低；在45点温度之间，同素异构转变，A向F （先共析铁素体）转变，为（F+A）两相;在5点727C未转变成F的A发生共析反应，生成珠光体（P）组织；从5点直到室温，组织为（F+P），合金温度降低，没有组织转变。 室温下的相：F+Fe3C 组织组成物：F和P-组织形貌：块状F和片状P室温下组织组成物的质量百分数的计算：?课堂练习：60钢的平衡结晶过程分析AA合金在BC线温度以上为液相L；在BC线JE线温度之间，发生匀晶反应，从液相中析出奥氏体相；在JE线ES线温度之间，为单相奥氏体，合金温度降低；在ES线PSK线温度之间，从奥氏体中析出二次渗碳体相（先共析渗碳体），合金为A+Fe3C两相；在PSK线上727C时，未转变的奥氏体发生共析反应，转变为珠光体组织；从7270到室温，合金温度降低，没有发生组织转变。室温下的相：F+Fe3C室温组织：珠光体+二次渗碳体。组织形态：片状P和二次渗碳体呈网状分布在A晶界。在过共析钢中，当碳含量小于0.9%时，二次渗碳体呈片状分布在A晶界；当碳含量大 于0.9%时，二次渗碳体成为网状沿晶界分布。室温下组织组成物的质量百分数的计算:4. 白口铸铁的平衡结晶过程(略)七.Fe-Fe3C相图的应用(一)、碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响1. 含碳量对合金平衡组织的影响Fe3C的形态：F Fe3CIII三次Fe3C呈细小的薄片分布于F的晶界。含碳量逐渐增加F+P先共析F呈块状，P中Fe3C呈层片状与F片相间。PP中Fe3C与F呈层片状相间分布。P+ Fe3CIIP中Fe3C片与F片相间，二次Fe3C沿晶界呈网状分布。P+Fe3CII+L,dP中Fe3C片与F片混合(相间)，莱氏体中Fe3C作为基体Ld莱氏体中珠光体分布在Fe3 C的基体上Ld +Fe3CI一次Fe3C为粗大长片状，莱氏体中Fe3C作为基体含碳量的增加，钢的平衡组织中铁素体量减少，渗碳体量增加;在亚共析钢中，随碳含量增加，铁素体减少，珠光体量增多；在过共析钢中，珠光体减少，渗碳体增多；到白口铸铁时，组织中以渗碳体作为基体。2. 含碳量对力学性能的影响铁素体(F)：软而韧，硬度极低；渗碳体(Fe3C):硬而脆。所以，(1)含碳量增加，硬度增加；塑性韧性降低。（2）含碳量增加，强度先增后降0.9%最高）：当碳含量在小于0.9%时，渗碳体含量越 多，分布越均匀，铁碳合金强度越高；当碳含量超过0.9%时，渗碳体在钢的组织中呈网状 分布在晶界，而在白口铸铁的组织中作为基体存在，使强度降低。3. 含碳量对工艺性能的影响切削加工性能：一般认为中碳钢的塑性比较适中，硬度在HB200左右，切削加工性能 最好。含碳量过高或过低，都会降低其切削加工性能。可锻性：低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈单相奥氏体状态时，塑性好、强度低，便于 塑性变形，所以一般锻造都是在单相奥氏体状态下进行。铸造工艺性能：铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶 温度低，流动性也好，更具有良好的铸造性能。从相图的角度来看，凝固温度区间越大，越 容易形成分散缩孔和偏析，铸造工艺性能越差。可焊性：一般，含碳量越低，钢的焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢更容易焊接。（二）、FeFef相图的应用1. 为制定热加工工艺提供依据。（1）制定热处理工艺的依据（2）为制定热加工工艺提供依据，包括铸造、锻造、焊接、热处理。铸造方面 铸造合金成分的确定和浇注温度的确定。锻造方面 确定始锻温度和终锻温度。焊接方面分析热影响区的组织。热处理方面确定热处理加热的温度。2. 为选材提供成分依据。工业纯铁：室温下退火态的组织由等轴晶粒组成；强度低，塑性、韧性好；作为功能材 料使用，如变压器的铁芯等。含碳量在0.15-0.25%的亚共析钢：属低碳钢，为工程结构用钢。这类钢主要用于房屋， 桥梁、船舶、车辆、矿井或油井井架等大型工程结构件，一般不进行热处理，直接在热轧或 正火状态下使用。含碳量在0.30-0.50%的亚共析钢，属中碳钢，为机械结构用钢。主要用于制造各种机 械零部件，如轴类、齿轮等。它要求有较高的强度，塑性、韧性和疲劳强度等综合力学性能。 这类钢通常在淬火、高温回火状态下使用，常称之为调质钢。含碳量在0.60.7%的亚共析钢，属高碳钢，也为机械结构用钢。主要用于制造各种弹 性元件，如弹簧。它要求有较高的弹性极限和疲劳强度。这类钢通常在淬火后再中温回火后 使用，常称之为弹簧钢。含碳量在0.7%以上的共析钢和过共析钢，属于高碳钢，属工具钢类。主要用于制作刃 具、量具、模具、轧制工具及耐磨损工具等。要求有高强度、高硬度和高耐磨性等。含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。铸铁具有较低的熔点，优良的铸造工艺性能 和良好的抗震性，且生产工艺简单，成本低廉，用途非常广泛。如：各类机器的机身或底座， 土建工程中的铸铁管，冶金工业中的钢锭模及轧辊等。铁碳合金相图1600153815001400139413001200I 1001000912900800700600500400300200007 1 14.30y FeCi+LjY+a /J V 1y+Fc jCij+Ld L727 Cc/ / K+Fe0.0218. Fen企+户0.77=P+-e3CH1i_L P+FeM+以 L230 “C111t* 腿 G+L；FeK1tt 11_FeO,5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4,0 15 5.0 5.5 &0 6.69性()图4*56按组织分区的铁碳合金相图170015381500613941300912900P700500E2.081100738727E2.ll 1148C4.30I7+F%C（实线 a7+石墨（实线）a + Fe3C（实线） Q+石墨（实线）30001.02.03.04.0(%)1227Fr5.06.0 兴 6.69从某种意义上讲，铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、 温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。一、铁碳合金中的基本相铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。不同结构的铁与碳可以形 成不同的固溶体，FeFe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于 a-Fe和y-Fe晶 格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。1,铁素体(ferrite)铁素体是碳在a-Fe中的间隙固溶体，用符号F（或a）表示，体心立方晶格；虽然BCC的间隙总体积较大，但单个间隙体积较小，所以它的溶碳量很小，最多只 有0.0218%（727 C时）,室温时几乎为0,因此铁素体的性能与纯铁相似，硬度低而塑性 高，并有铁磁性.铁碳合金中的基本相铁素体的力学性能特点是塑性，韧性好，而强度,硬度低.O=30%50%,AKU=128160J ob=180280MPa,5080HBS.铁碳合金中的基本相铁素体的显微组织与纯铁相同，用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮 的多边形等轴晶粒，在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布，但当含碳量接近共析成分时 铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围.铁碳合金中的基本相2, 奥氏体（Austenite ）奥氏体是碳在y-Fe中的间隙固溶体，用符号A（或y）表示，面心立方晶格；虽然FCC的间隙总体积较小，但单个间隙体积较大，所以它的溶碳量较大，最多有 2.11%（1148 C 时）,727 C 时为 0.77%.铁碳合金中的基本相在一般情况下，奥氏体是一种高温组织，稳定存在的温度范围为7271394 C ,故 奥氏体的硬度低，塑性较高，通常在对钢铁材料进行热变形加工，如锻造，热轧等时，都应 将其加热成奥氏体状态，所谓趁热打铁正是这个意思Qb=400MPa,170220HBSQ= 40%50%.另外奥氏体还有一个重要的性能，就是它具有顺磁性，可用于要求不受磁场的零件 或部件.铁碳合金中的基本相奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为平直，且常有挛晶存在.铁碳合金中的基本相3, 渗碳体（Cementite）渗碳体Fe3C是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物，用化学分子式Fe3C 表示.它的碳质量分数 Wc=6.69%,熔点为1227 C ,质硬而脆，耐腐蚀.用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味 酸溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色.铁碳合金中的基本相渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不同渗碳体有条状，网状，片状，粒状等形态， 它们的大小，数量，分布对铁碳合金性能有很大影响.铁碳合金中的基本相总结：在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体，奥氏体和渗碳体.但奥氏体一般仅存在于 高温下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相，就是铁素体和渗碳体.由于铁素体 中的含碳量非常少，所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中.这一点是 十分重要的.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，此时相图的组元为Fe和Fe3C._由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在 5%以下,因此成分轴从06.69%.所谓的 铁碳合金相图实际上就是FeFe3C相图.二、铁碳合金相图分析1铁碳相图分析FeFe3C相图看起平比较复杂，但它仍然是由一些基本相图组成的，我们可以将 FeFe3C相图分成上下两个部分来分析.1, 上半部分 共晶转变在1148 C ,4.3%C的液相发生共晶转变：Lc （AE+Fe3C）,转变的产物称为莱氏体，用符号Ld表示.存在于1148 C 727 C之间的莱氏体称为高温莱氏体，用符号Ld表示，组织由奥氏 体和渗碳体组成；存在于727C以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体，用符号 Ld 表示，组织由渗碳体和珠光体组成.低温莱氏体是由珠光体,Fe3C II和共晶Fe3C组成的机械混合物.经4%硝酸酒精 溶液浸蚀后在显微镜下观察，其中珠光体呈黑色颗粒状或短棒状分布在 Fe3C基体上, Fe3C II和共晶Fe3C交织在一起，一般无法分辨.2, 下半部分-共析转变在727 C ,0.77%的奥氏体发生共析转变：AS （F+Fe3C）,转变的产物称为珠光体.共析转变与共晶转变的区别是转变物是固体而不是液体.3, 相图中的一些特征点相图中应该掌握的特征点有:A,D,E,C,G（A3点）,S（A 1点），它们的含义一定要搞清 楚.4, 铁碳相图中的特性线相图中的一些线应该掌握的线有:ECF线,PSK线（A1线）,GS线（A3线）,ES线（AC M线）水平线ECF为共晶反应线.碳质量分数在2.11%6.69%之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共晶反 应.水平线PSK为共析反应线.碳质量分数为0.0218%6.69%的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共析反应 PSK线亦称A1线.GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线，通常称A3线.ES线是碳在A中的固溶线，通常叫做Acm线.由于在1148C时A中溶碳量最大 可 达2.11%,而在727 C时仅为0.77%,因此碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1 148 C冷至727 C的过程中，将从A中析出Fe3C.析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe3 CII). Acm线亦为从A中开始析出Fe3CII的临界温度线.PQ线是碳在F中固溶线.在727 C时F中溶碳量最大可达0.0218%,室温时仅为 0.0008%,因此碳质量分数大于0.0008%的铁碳合金自727 C冷至室温的过程中，将 从F中析出Fe3C.析出的渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII).PQ线亦为从F中开始析出 Fe3CIII的临界温度线.Fe3CIII数量极少，往往予以忽略.三、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1. 含碳量对铁碳合金平衡组织的影响按杠杆定律计算，可总结出含碳量与铁碳合金室温时的组织组成物和相组成物间 的定量关系2. 含碳量对机械性能的影响渗碳体含量越多，分布越均匀，材料的硬度和强度越高，塑性和韧性越低；但当 渗碳体分布在晶界或作为基体存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之 降低。3 .含碳量对工艺性能的影响对切削加工性来说，一般认为中碳钢的塑性比较适中，硬度在HB200左右，切削加工性能最好。含碳量过高或过低，都会降低其切削加工性能。对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈单相奥氏体状态时，塑性好、 强度低，便于塑性变形，所以一般锻造都是在奥氏体状态下进行。锻造时必须根据铁 碳相图确定合适的温度，始轧和始锻温度不能过高，以免产生过烧；始轧和温度也不 能过低，以免产生裂纹。对铸造性来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特别是靠近共晶成分的铸铁， 其结晶温度低，流动性也好，更具有良好的铸造性能。从相图的角度来讲，凝固温度 区间越大，越容易形成分散缩孔和偏析，铸造性能越差。一般而言，含碳量越低，钢的焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢更容易焊接。