1. 鐵碳，合金相圖的用途
指導熱處理工序用，就像乘法口訣一樣，是基本的知識
2. 簡述鐵碳相圖的應用。（P28相圖21-2）
（1）為選材提供成份依據Fe-Fe3C相圖描述了鐵碳合金的平衡組織隨碳的質量分數的變化規律，合金性能和碳的質量分數關系，這就可以根據零件性能要求來選擇不同成份的鐵碳合金。
（2）為制訂熱加工工藝提供依據Fe-Fe3C相圖總結了不同成份的鐵碳合金在緩慢冷卻時組織隨溫度變化的規律，這就為制訂熱加工工藝提供了依據。
a.鑄造根據Fe-Fe3C相圖可以找出不同成份的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度。
b.鍛造根據Fe-Fe3C相圖可以確定鍛造溫度。始軋和始鍛溫度不能過高，以免鋼材氧化嚴重和發生奧氏體晶界熔化（稱為過燒）。一般控制在固相線以下100～200℃。一般對亞共析鋼的終軋和終鍛深度控制在稍高於GS線（A3線）；過共析鋼控制在稍高於PSK線（A1線）。實際生產中各處碳鋼的始鍛和始軋溫度為1150～1250℃，終軋和終鍛溫度為750～850℃。
c.焊接可根據相圖來分析碳鋼的焊接組織，並用適當熱處理方法來減輕或消除組織不均勻性和焊接應力。
d.熱處理熱處理的加熱溫度都以相圖上的臨界點A1、A3、Acm為依據。
3. Fe-Fe3C相圖怎麼看
Fe-Fe3C相圖在生產實踐中具有重大的意義，主要應用在鋼材料的選 用和熱加工工藝的制定兩方面。 1.作為選用鋼材料的依據 鐵碳合金相圖總結了鐵碳合金的組織、性能隨成分變化的規律。例如， 一般機械零件和建築結構主要選用低碳鋼和中碳鋼來製造。其中需要塑性、 韌性好的材料，應選用含碳量小於0.25%的鋼；需要強度、塑性及韌性都較 好的材料，應選用含碳量為0.3-0.55%的鋼；而一般彈簧應選用含碳量為 0.6-0.85%的鋼。再如，各種工具主要選用高碳鋼來製造，其中需要具備 足夠硬度和相當韌性的沖壓工具，一般可選用合碳量為0.7-0.9%的鋼 製造；白口鑄鐵中都存在萊氏體組織，具有很高的硬度和脆性，既難以切削加 工，也不能鍛造，因此，白口鑄鐵的應用受到較大的限制。但白口鑄鐵具有很 高的抗磨損能力，可用於製作需要耐磨而不受沖擊載荷的工件，如拔絲模、珩 磨機的鐵球等，也可作生產可鍛鑄鐵的毛坯。 當然，為了發揮各種材料的性能特點，還需要有相應的合理製造工藝與 之配合。 2.制定鑄、鍛、焊和熱處理等熱加工工藝的依據 （1）在鑄造方面從Fe-Fe3C相圖的液相線可以找出不同成分的鐵碳合 金的熔點溫度，為擬定鑄造工藝，確定合適的澆注溫度提供了依據。從從Fe-Fe3C相圖中，可以看到鋼的熔化與澆注溫度均比白口鐵高，還可以看出，共晶成分或 接近共晶成分的合金不僅熔點低，而且凝固溫度區間也較小，具有較好的鑄造 流動性，不易形成分散縮孔，適宜於鑄造，在生產中得到了廣泛的應用。 （2）在鍛造、軋制方面鋼在高溫時可獲得奧氏體組織，它的強度低，塑 性好，便於塑性變形加工。因此，鋼材的軋制或鍛造，應選擇在單相奧氏作區 的適當溫度范圍內進行。一般始鍛溫度不可太高，應控制在固相線以下100-200C范圍內，以免鋼材嚴重氧化和發生奧氏體晶界的熔化。終鍛溫度不 可太低，以免鋼材塑性變差，導致開裂現象，碳素鋼的終鍛溫度一般控制在 800C以上。 （3）在焊接方面對於鋼材來講，含碳量越低，焊接性能越好，白口鐵中 Fe3C太多則焊接性能差。焊接時由焊縫到熱影響區的加熱溫度不同，組織 性能也不同。根據鐵碳相圖可分析組織變化的原因，配合合理的熱處理方 法，改善熱影響區的不良組織，提高焊接質量。 （4）在熱處理方面各種熱處理工藝與Fe-Fe3C相圖有著密切的關系。 根據對工件材料性能要求的不同，各種不同熱處理方法的加熱溫度選擇都必 須參考Fe-Fe3C相圖。
4. 鐵的相圖分析
碳鋼和鑄鐵是現代汽車工業生產中使用最廣泛的金屬材料，它主要是由鐵和碳兩種元素組成的合金。鋼鐵的成分不同，則組織和性能不同，應用也不一樣。
一、鐵碳合金相圖
利用鐵碳合金相圖，對於材料的應用、加工、熱處理具有重要的指導意義。碳和鐵可形成一些列化合物：Fe3C,Fe2C,FeC。
Fe3C的質量分數為6.69%，超過6.69%的鐵碳合金脆性很大，無實用意義，所以只研究Fe-Fe3C相圖。
鐵碳合金相圖表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態或組織隨溫度變化的圖形。
二、鐵碳合金的組織
1、固溶體
（1）鐵素體（F）：C→á-Fe所形成的間隙固溶體。
性能：強度、硬度低，塑性、韌性好。
（2）奧氏體（A）：C→ã-Fe所形成的間隙固溶體。
性能：強度、硬度低，塑性好。
2、化合物
滲碳體（Fe3C）,復雜斜方；硬而脆，含C量為6.69%；顯微形態可顯示為片狀、粒狀，網狀和板條狀，它的形狀和分布對鋼的性能有很大影響，滲碳體是鋼中主要的強化相。
3、機械混合物：
（1）珠光體（P）:（F+Fe3C）C:0.77%;片層狀，珍珠光澤。
性能：強度，硬度比F高；而塑性韌性比F低。
（2）萊氏體：分為高溫萊氏體（Ld=A+（ F+Fe3C））和低溫萊氏體（L′d=P+（F+Fe3C））
高溫萊氏體性能：碳的質量分數為4.3%，性能與滲碳體相似，硬而脆。
低溫萊氏體性能：性能取決於組成物的性能。
結論：鐵碳合金中有五種組織：F、P、Ld (L』d)、Fe3C
基本相：F、A、Fe3C （P32看錶3-1） 混合相： P、Ld(L』d)
三、Fe-Fe3C相圖分析
（分析簡化後的相圖）
四、相圖中重要的點和線
1、三個重要的點：
（1）C點：共晶點：
共晶萊氏體的顯微組織：塊狀或粒狀A分布在Fe3C基體上。
（2）S點：共析點：
共析P的顯微組織：片層狀。
（3）E點：鋼和鐵的分界點：
工業純鐵、鋼、鑄鐵
2、七條重要的線：
（1）液相線：ACD；固相線：AECF。
（2）兩條水平線：共晶反應線：ECF；共析反應線：PSK——A1線。
（3）GS線——A3線；從A中開始析出下的臨界溫度線；
ES線——Acm線；碳在A中的固溶線（溶解度）；
PQ線——碳在F中的固溶線。
五、碳在鐵碳合金的平衡結晶過程
鋼：0.0218%＜C＜2.11%的鐵碳合金
亞共析鋼：0.0718%＜C＜0.77%
共析鋼：C=0.77%
過共析鋼：0.77%＜C＜2.11%
白口鑄鐵：2.11%≤C＜6.69%
亞共晶白口鑄鐵：2.11%≤C＜4.3%
共晶白口鑄鐵：C=4.3%
過晶白口鑄鐵：4.3%＜C＜6.69%
1、共析鋼結晶過程的分析
2、亞共析鋼結晶過程分析
3、過共析鋼結晶過程分析
4、共晶白口鑄鐵冷卻過程分析
5、亞共晶白口鑄鐵冷卻過程分析
6、過共晶白口鑄鐵冷卻過程分析
結論：看錶3-4，圖3-10是鐵碳合金分類及室溫平衡組織。
六、鐵碳合金的成分——組織——性能關系
按鐵碳相圖，鐵碳合金在室溫的組織是由F和Fe3C兩相組成。兩相的相對質量分數可由杠桿定律求出。
成分：隨含C量增加，F減少，100%→0%，Fe3C增多，由0%→100%。
組織：由F → F+Fe3C
性能：
• 硬度：取決於組成相或組織組成物的硬度和數量。
• 強度：對組織形態很敏感。
• 塑性：Fe3C硬而脆的相，沒有塑性，隨含C量增加；F↓→Fe3C↑→塑性↓。
七、Fe-Fe3C相圖的應用
鐵碳合金相圖表明，含C量不同時，其組織、性能的變化規律，也揭示了相同成分在不同溫度時組織和性能的變化。這為生產實踐中的選材、熱處理工藝的制定提供了依據。
1、作為選材的依據
（1）建築材料和各種型鋼：塑性好，韌度好，選含C量較低的鋼材。
（2）各種機械零件：強度、塑性、韌度都較好，選含C量適中的鋼材。
（3）各種工具鋼：耐磨性、硬度都要求高；選含C量較高的鋼材。
（4）純鐵的強度低，不宜做結構，但導磁率高，矯頑力低，可做軟磁材料。
（5）白口鑄鐵硬度高，脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但耐磨性好，鑄造性能優良，適用於要求耐磨，不受沖擊、形狀復雜的鑄件。
2、在鑄造工藝方面的應用
根據Fe-Fe3C相圖，確定澆注溫度。一般在液相線50℃～100℃。
鑄鐵：共晶點附近；鑄鋼：W(c)0.15%～0.6%之間。
3、在熱軋和熱鍛工藝方面的應用
A強度低，塑性好；因此在鍛造和軋制時選在A區域。初始溫度選在固相線下100℃～200℃之間。
4、在熱處理工藝方面的應用
Fe-Fe3C相圖對著特別重要意義。（在第二節中講）
（你有相圖吧？我沒有發上）
5. 鐵碳合金相圖的具體分析過程
一、鐵碳合金中的基本相
鐵碳合金相圖實際上是Fe-Fe3C相圖，鐵碳合金的基本組元也應該是純鐵和Fe3C。鐵存在著同素異晶轉變，即在固態下有不同的結構。不同結構的鐵與碳可以形成不同的固溶體，Fe—Fe3C相圖上的固溶體都是間隙固溶體。由於α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特點不同，因而兩者的溶碳能力也不同。
1,鐵素體(ferrite)
鐵素體是碳在α-Fe中的間隙固溶體,用符號"F"(或α)表示,體心立方晶格;
雖然BCC的間隙總體積較大,但單個間隙體積較小,所以它的溶碳量很小,最多隻有0.0218%(727℃時),室溫時幾乎為0,因此鐵素體的性能與純鐵相似,硬度低而塑性高,並有鐵磁性.
鐵碳合金中的基本相
鐵素體的力學性能特點是塑性,韌性好,而強度,硬度低.
δ=30%~50%,AKU=128~160J σb=180~280MPa,50~80HBS.
鐵碳合金中的基本相
鐵素體的顯微組織與純鐵相同,用4%硝酸酒精溶液浸蝕後,在顯微鏡下呈現明亮的多邊形等軸晶粒,在亞共析鋼中鐵素體呈白色塊狀分布,但當含碳量接近共析成分時,鐵素體因量少而呈斷續的網狀分布在珠光體的周圍.
鐵碳合金中的基本相
2,奧氏體(Austenite )
奧氏體是碳在γ-Fe中的間隙固溶體,用符號"A"(或γ)表示,面心立方晶格;
雖然FCC的間隙總體積較小,但單個間隙體積較大,所以它的溶碳量較大,最多有2.11%(1148℃時),727℃時為0.77%.
鐵碳合金中的基本相
在一般情況下, 奧氏體是一種高溫組織,穩定存在的溫度范圍為727~1394℃,故奧氏體的硬度低,塑性較高,通常在對鋼鐵材料進行熱變形加工,如鍛造,熱軋等時,都應將其加熱成奧氏體狀態,所謂"趁熱打鐵"正是這個意思.σb=400MPa,170~220HBS,δ=40%~50%.
另外奧氏體還有一個重要的性能,就是它具有順磁性,可用於要求不受磁場的零件或部件.
鐵碳合金中的基本相
奧氏體的組織與鐵素體相似,但晶界較為平直,且常有孿晶存在.
鐵碳合金中的基本相
3,滲碳體(Cementite)
滲碳體是鐵和碳形成的具有復雜結構的金屬化合物,用化學分子式"Fe3C"表示.它的碳質量分數Wc=6.69%,熔點為1227℃,
質硬而脆,耐腐蝕.用4%硝酸酒精溶液浸蝕後,在顯微鏡下呈白色,如果用4%苦絕悔埋味酸溶液浸蝕,滲碳體呈暗黑色.
鐵碳合金中的基本相
滲碳體是鋼中的強化相,根據生成條件不同滲碳體有條狀,網狀,片狀,粒狀等形態,它們的大小,數量,分布對鐵碳合金性能有很大影響.
前世鐵碳合金中的基本相
總結:
在鐵碳合金中一共有三個相,即鐵素體,奧氏體和滲碳體.但奧氏體一般僅存在於高溫下,所以室溫下所有的鐵碳合金中只有兩個相,就是鐵素體和滲碳體.由於鐵素體中的含碳量非常少,所以可以認為鐵碳合金中的碳絕大部分存在於滲碳體中.這一點是十分重要的.
鐵和碳可以形成一系列化合物,如Fe3C,Fe2C,FeC等,有實用意義並被深入研究的只是Fe-Fe3C部分,通常稱其為 Fe-Fe3C相圖, 此時相圖的組元為Fe和Fe3C.
_由於實際使用的鐵碳合金其含碳量多在5%以下,因此成分軸從0~6.69%.所謂的鐵碳合金相圖實際上就是Fe—Fe3C相圖. [編輯本段並螞]二、鐵碳合金相圖分析
Fe—Fe3C相圖看起平比較復雜,但它仍然是由一些基本相圖組成的,我們可以將Fe—Fe3C相圖分成上下兩個部分來分析.
1.上半部分-------共晶轉變
在1148℃,4.3%C的液相發生共晶轉變:
Lc (AE+Fe3C),
轉變的產物稱為萊氏體,用符號Ld表示.
存在於1148℃~727℃之間的萊氏體稱為高溫萊氏體,用符號Ld表示,組織由奧氏體和滲碳體組成;存在於727℃以下的萊氏體稱為變態萊氏體或稱低溫萊氏體,用符號Ldˊ表示,組織由滲碳體和珠光體組成.
低溫萊氏體是由珠光體,Fe3CⅡ和共晶Fe3C組成的機械混合物.經4%硝酸酒精溶液浸蝕後在顯微鏡下觀察,其中珠光體呈黑色顆粒狀或短棒狀分布在Fe3C基體上,Fe3CⅡ和共晶Fe3C交織在一起,一般無法分辨.
2.下半部分-----共析轉變
在727℃,0.77%的奧氏體發生共析轉變:
AS (F+Fe3C),轉變的產物稱為珠光體.
共析轉變與共晶轉變的區別是轉變物是固體而不非液體.
3.相圖中的一些特徵點
相圖中應該掌握的特徵點有:A,D,E,C,G(A3點),S(A1點),它們的含義一定要搞清楚.
4. 鐵碳相圖中的特性線
相圖中的一些線應該掌握的線有:ECF線,PSK線(A1線),GS線(A3線),ES線(ACM線)
水平線ECF為共晶反應線.
碳質量分數在2.11%～6.69%之間的鐵碳合金, 在平衡結晶過程中均發生共晶反應.
5.水平線PSK為共析反應線
碳質量分數為0.0218%～6.69%的鐵碳合金, 在平衡結晶過程中均發生共析反應.PSK線亦稱A1線.
GS線是合金冷卻時自A中開始析出F的臨界溫度線, 通常稱A3線.
ES線是碳在A中的固溶線, 通常叫做Acm線.由於在1148℃時A中溶碳量最大可 達2.11%, 而在727℃時僅為0.77%, 因此碳質量分數大於0.77%的鐵碳合金自1148℃冷至727℃的過程中, 將從A中析出Fe3C.析出的滲碳體稱為二次滲碳體(Fe3CII). Acm線亦為從A中開始析出Fe3CII的臨界溫度線.
PQ線是碳在F中固溶線.在727℃時F中溶碳量最大可達0.0218%, 室溫時僅為0.0008%, 因此碳質量分數大於0.0008%的鐵碳合金自727℃冷至室溫的過程中, 將從F中析出Fe3C.析出的滲碳體稱為三次滲碳體(Fe3CIII).PQ線亦為從F中開始析出Fe3CIII的臨界溫度線.Fe3CIII數量極少,往往予以忽略. [編輯本段]三、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響
1．含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響
按杠桿定律計算，可總結出含碳量與鐵碳合金室溫時的組織組成物和相組成物間的定量關系
2．含碳量對機械性能的影響
滲碳體含量越多，分布越均勻，材料的硬度和強度越高，塑性和韌性越低；但當滲碳體分布在晶界或作為基體存在時，則材料的塑性和韌性大為下降，且強度也隨之降低。
3．含碳量對工藝性能的影響
對切削加工性來說，一般認為中碳鋼的塑性比較適中，硬度在HB200左右，切削加工性能最好。含碳量過高或過低，都會降低其切削加工性能。
對可鍛性而言，低碳鋼比高碳鋼好。由於鋼加熱呈單相奧氏體狀態時，塑性好、強度低，便於塑性變形，所以一般鍛造都是在奧氏體狀態下進行。鍛造時必須根據鐵碳相圖確定合適的溫度，始軋和始鍛溫度不能過高，以免產生過燒；始軋和溫度也不能過低，以免產生裂紋。
對鑄造性來說，鑄鐵的流動性比鋼好，易於鑄造，特別是靠近共晶成分的鑄鐵，其結晶溫度低，流動性也好，更具有良好的鑄造性能。從相圖的角度來講，凝固溫度區間越大，越容易形成分散縮孔和偏析，鑄造性能越差。
一般而言，含碳量越低，鋼的焊接性能越好，所以低碳鋼比高碳鋼更容易焊接。