铁碳合金相图是研究什么和什么的

1. 铁碳合金相图是什么

相图是反反映金属材料的化学成分、温度和组织状态之间关系的图解，铁碳合金相图就是反映铁与碳的成分、所存在的温度与组织状态的之间关系和规律的图解形式，横坐标表明化学成分，纵坐标表示温度。

2. 什么是合金相图

合金相图一般指铁碳合金相图。如图：

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，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。

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。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0~6.69%，所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图。

3. 铁的相图分析

碳钢和铸铁是现代汽车工业生产中使用最广泛的金属材料，它主要是由铁和碳两种元素组成的合金。钢铁的成分不同，则组织和性能不同，应用也不一样。

一、铁碳合金相图
利用铁碳合金相图，对于材料的应用、加工、热处理具有重要的指导意义。碳和铁可形成一些列化合物：Fe3C,Fe2C,FeC。
Fe3C的质量分数为6.69%，超过6.69%的铁碳合金脆性很大，无实用意义，所以只研究Fe-Fe3C相图。
铁碳合金相图表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。

二、铁碳合金的组织
1、固溶体
（1）铁素体（F）：C→á-Fe所形成的间隙固溶体。
性能：强度、硬度低，塑性、韧性好。
（2）奥氏体（A）：C→ã-Fe所形成的间隙固溶体。
性能：强度、硬度低，塑性好。
2、化合物
渗碳体（Fe3C）,复杂斜方；硬而脆，含C量为6.69%；显微形态可显示为片状、粒状，网状和板条状，它的形状和分布对钢的性能有很大影响，渗碳体是钢中主要的强化相。
3、机械混合物：
（1）珠光体（P）:（F+Fe3C）C:0.77%;片层状，珍珠光泽。
性能：强度，硬度比F高；而塑性韧性比F低。
（2）莱氏体：分为高温莱氏体（Ld=A+（ F+Fe3C））和低温莱氏体（L′d=P+（F+Fe3C））
高温莱氏体性能：碳的质量分数为4.3%，性能与渗碳体相似，硬而脆。
低温莱氏体性能：性能取决于组成物的性能。
结论：铁碳合金中有五种组织：F、P、Ld (L’d)、Fe3C
基本相：F、A、Fe3C （P32看表3-1） 混合相： P、Ld(L’d)
三、Fe-Fe3C相图分析
（分析简化后的相图）

四、相图中重要的点和线
1、三个重要的点：
（1）C点：共晶点：
共晶莱氏体的显微组织：块状或粒状A分布在Fe3C基体上。
（2）S点：共析点：
共析P的显微组织：片层状。
（3）E点：钢和铁的分界点：
工业纯铁、钢、铸铁
2、七条重要的线：
（1）液相线：ACD；固相线：AECF。
（2）两条水平线：共晶反应线：ECF；共析反应线：PSK——A1线。
（3）GS线——A3线；从A中开始析出下的临界温度线；
ES线——Acm线；碳在A中的固溶线（溶解度）；
PQ线——碳在F中的固溶线。

五、碳在铁碳合金的平衡结晶过程
钢：0.0218%＜C＜2.11%的铁碳合金
亚共析钢：0.0718%＜C＜0.77%
共析钢：C=0.77%
过共析钢：0.77%＜C＜2.11%
白口铸铁：2.11%≤C＜6.69%
亚共晶白口铸铁：2.11%≤C＜4.3%
共晶白口铸铁：C=4.3%
过晶白口铸铁：4.3%＜C＜6.69%
1、共析钢结晶过程的分析
2、亚共析钢结晶过程分析
3、过共析钢结晶过程分析
4、共晶白口铸铁冷却过程分析
5、亚共晶白口铸铁冷却过程分析
6、过共晶白口铸铁冷却过程分析
结论：看表3-4，图3-10是铁碳合金分类及室温平衡组织。

六、铁碳合金的成分——组织——性能关系
按铁碳相图，铁碳合金在室温的组织是由F和Fe3C两相组成。两相的相对质量分数可由杠杆定律求出。
成分：随含C量增加，F减少，100%→0%，Fe3C增多，由0%→100%。
组织：由F → F+Fe3C
性能：
• 硬度：取决于组成相或组织组成物的硬度和数量。
• 强度：对组织形态很敏感。
• 塑性：Fe3C硬而脆的相，没有塑性，随含C量增加；F↓→Fe3C↑→塑性↓。

七、Fe-Fe3C相图的应用
铁碳合金相图表明，含C量不同时，其组织、性能的变化规律，也揭示了相同成分在不同温度时组织和性能的变化。这为生产实践中的选材、热处理工艺的制定提供了依据。
1、作为选材的依据
（1）建筑材料和各种型钢：塑性好，韧度好，选含C量较低的钢材。
（2）各种机械零件：强度、塑性、韧度都较好，选含C量适中的钢材。
（3）各种工具钢：耐磨性、硬度都要求高；选含C量较高的钢材。
（4）纯铁的强度低，不宜做结构，但导磁率高，矫顽力低，可做软磁材料。
（5）白口铸铁硬度高，脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但耐磨性好，铸造性能优良，适用于要求耐磨，不受冲击、形状复杂的铸件。
2、在铸造工艺方面的应用
根据Fe-Fe3C相图，确定浇注温度。一般在液相线50℃～100℃。
铸铁：共晶点附近；铸钢：W(c)0.15%～0.6%之间。
3、在热轧和热锻工艺方面的应用
A强度低，塑性好；因此在锻造和轧制时选在A区域。初始温度选在固相线下100℃～200℃之间。
4、在热处理工艺方面的应用
Fe-Fe3C相图对着特别重要意义。（在第二节中讲）
（你有相图吧？我没有发上）

4. 什么叫铁碳合金相图

铁碳合金相图是铁碳二元合金的成分、温度、形成相之间关系的图解，是了解铁碳合金平衡状态下，不同的合金成分，在不同温度下所处的状态（相），所以，也称之为铁碳合金平衡图或铁碳合金状态图。