1. 铁碳，合金相图的用途
指导热处理工序用，就像乘法口诀一样，是基本的知识
2. 简述铁碳相图的应用。（P28相图21-2）
（1）为选材提供成份依据Fe-Fe3C相图描述了铁碳合金的平衡组织随碳的质量分数的变化规律，合金性能和碳的质量分数关系，这就可以根据零件性能要求来选择不同成份的铁碳合金。
（2）为制订热加工工艺提供依据Fe-Fe3C相图总结了不同成份的铁碳合金在缓慢冷却时组织随温度变化的规律，这就为制订热加工工艺提供了依据。
a.铸造根据Fe-Fe3C相图可以找出不同成份的钢或铸铁的熔点，确定铸造温度。
b.锻造根据Fe-Fe3C相图可以确定锻造温度。始轧和始锻温度不能过高，以免钢材氧化严重和发生奥氏体晶界熔化（称为过烧）。一般控制在固相线以下100～200℃。一般对亚共析钢的终轧和终锻深度控制在稍高于GS线（A3线）；过共析钢控制在稍高于PSK线（A1线）。实际生产中各处碳钢的始锻和始轧温度为1150～1250℃，终轧和终锻温度为750～850℃。
c.焊接可根据相图来分析碳钢的焊接组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性和焊接应力。
d.热处理热处理的加热温度都以相图上的临界点A1、A3、Acm为依据。
3. Fe-Fe3C相图怎么看
Fe-Fe3C相图在生产实践中具有重大的意义，主要应用在钢材料的选 用和热加工工艺的制定两方面。 1.作为选用钢材料的依据 铁碳合金相图总结了铁碳合金的组织、性能随成分变化的规律。例如， 一般机械零件和建筑结构主要选用低碳钢和中碳钢来制造。其中需要塑性、 韧性好的材料，应选用含碳量小于0.25%的钢；需要强度、塑性及韧性都较 好的材料，应选用含碳量为0.3-0.55%的钢；而一般弹簧应选用含碳量为 0.6-0.85%的钢。再如，各种工具主要选用高碳钢来制造，其中需要具备 足够硬度和相当韧性的冲压工具，一般可选用合碳量为0.7-0.9%的钢 制造；白口铸铁中都存在莱氏体组织，具有很高的硬度和脆性，既难以切削加 工，也不能锻造，因此，白口铸铁的应用受到较大的限制。但白口铸铁具有很 高的抗磨损能力，可用于制作需要耐磨而不受冲击载荷的工件，如拔丝模、珩 磨机的铁球等，也可作生产可锻铸铁的毛坯。 当然，为了发挥各种材料的性能特点，还需要有相应的合理制造工艺与 之配合。 2.制定铸、锻、焊和热处理等热加工工艺的依据 （1）在铸造方面从Fe-Fe3C相图的液相线可以找出不同成分的铁碳合 金的熔点温度，为拟定铸造工艺，确定合适的浇注温度提供了依据。从从Fe-Fe3C相图中，可以看到钢的熔化与浇注温度均比白口铁高，还可以看出，共晶成分或 接近共晶成分的合金不仅熔点低，而且凝固温度区间也较小，具有较好的铸造 流动性，不易形成分散缩孔，适宜于铸造，在生产中得到了广泛的应用。 （2）在锻造、轧制方面钢在高温时可获得奥氏体组织，它的强度低，塑 性好，便于塑性变形加工。因此，钢材的轧制或锻造，应选择在单相奥氏作区 的适当温度范围内进行。一般始锻温度不可太高，应控制在固相线以下100-200C范围内，以免钢材严重氧化和发生奥氏体晶界的熔化。终锻温度不 可太低，以免钢材塑性变差，导致开裂现象，碳素钢的终锻温度一般控制在 800C以上。 （3）在焊接方面对于钢材来讲，含碳量越低，焊接性能越好，白口铁中 Fe3C太多则焊接性能差。焊接时由焊缝到热影响区的加热温度不同，组织 性能也不同。根据铁碳相图可分析组织变化的原因，配合合理的热处理方 法，改善热影响区的不良组织，提高焊接质量。 （4）在热处理方面各种热处理工艺与Fe-Fe3C相图有着密切的关系。 根据对工件材料性能要求的不同，各种不同热处理方法的加热温度选择都必 须参考Fe-Fe3C相图。
4. 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）
5. 铁碳合金相图的具体分析过程
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，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。
1,铁素体(ferrite)
铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体,用符号"F"(或α)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℃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.
δ=30%~50%,AKU=128~160J σb=180~280MPa,50~80HBS.
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γ-Fe中的间隙固溶体,用符号"A"(或γ)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℃时),727℃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727~1394℃,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.σb=400MPa,170~220HBS,δ=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,且常有孪晶存在.
铁碳合金中的基本相
3,渗碳体(Cementite)
渗碳体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℃,
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%苦绝悔埋味酸溶液浸蚀,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.
前世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0~6.69%.所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图. [编辑本段并蚂]二、铁碳合金相图分析
Fe—Fe3C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Fe—Fe3C相图分成上下两个部分来分析.
1.上半部分-------共晶转变
在1148℃,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℃~727℃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727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体,用符号Ldˊ表示,组织由渗碳体和珠光体组成.
低温莱氏体是由珠光体,Fe3CⅡ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,Fe3CⅡ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℃,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非液体.
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(A1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(ACM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.
5.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1148℃时A中溶碳量最大可 达2.11%, 而在727℃时仅为0.77%, 因此碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中, 将从A中析出Fe3C.析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII). 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℃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℃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. [编辑本段]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。