第3章 铁 碳 合 金
教学提示：钢铁材料是工业中应用范围最广的合金，铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具。它是研究铁碳合金的化学成分、组织和性能之间关系的理论基础。了解与掌握铁碳相图，对于钢铁材料的研究和使用，各种热加工工艺的制定等方面具有很重要的指导意义。
铁碳相图是人类经过长期生产实践并进行大量科学实验总结出来的。由于钢中的含碳量最多不超过2.11%，铸铁中的含碳量不超过5%，所以研究铁碳合金时，仅研究Fe-Fe
3
C(含碳量为 0%～6.69%)部分，下面所讨论的铁碳合金相图，实际上是 Fe-Fe
3
C 相图，是 Fe-C
相图的一部分。
铁碳合金中的碳有两种存在形式：渗碳体Fe
3
C和石墨。在通常情况下，碳以渗碳体形式存在，即铁碳合金按Fe-Fe
3
C系转变。g1260是Fe
3
C是一g1617g3920g3639相，在一定g3496g2001下g2230以分解为 Fe(实际上是以铁为基的g1669g3095体)和石墨，所以石墨是碳存在的g1623g3639定g4465g3423。g4057g1198，铁碳相图存在Fe-Fe
3
C和Fe-石墨两种形式，g903g4291仅研究Fe-Fe
3
C相图。
教学要求：通过g903g4291的学g3709，使学生在掌握Fe-Fe
3
C相图中g1316、g3756g1923各相g3029的g3678理意义的基础上，学g1878分g3685不g3517成分的铁碳合金的g2876g1785结g2102过g1105，能用g1591g1574定g2512g1945g3384g3273g3633下相组成g3678和组织组成g3678的相对量g290掌握铁碳合金g3273g3633下组织组成g3678与相组成g3678的形g3423和性能
g3467g1316。
3.1 铁碳合金的组元及基本相
3.1.1 纯铁
铁是元素周期表上第26号元素，原子量为55.85，
属于过渡族元素。在常压下于 1538℃熔化，2738℃气化。铁在20℃时的密度为7.87g/cm
3
。
1,铁的g3517g3373g4051g2102转变
铁具有多晶型性，图3.1是铁的冷却曲线。由图可以看出，纯铁在1538℃结晶为δ -Fe，X射线分析表明，
它具有体心立方晶格。当温度继续冷却至 1394℃时，
δ -Fe转变为面心立方晶格的γ -Fe，通常把δ -Fe→γ -Fe
的转变称为A
4
转变，转变的平衡临界点称为A
4
点。当温度继续冷却至 912℃时，面心立方晶格的γ -Fe 又转变为体心立方晶格的α -Fe，把γ -Fe→α -Fe的转变称为
A
3
转变，转变的平衡临界点称为A
3
点。912℃以下，
铁的晶体结构不再发生变化。因此，铁具有三种同素异晶状态，即δ -Fe、γ -Fe和α -Fe。
图3.1 纯铁的冷却曲线
金属学与热处理
·54·
·54·
固态下的同素异晶转变与液态结晶一样，也是形核与长大的过程，为了与液态结晶相区别，将这种固态下的相变结晶过程称为重结晶。图 3.2 为纯铁重结晶后所得到的组织示意图。其g1025图3.2(a)为结晶后形g6116的δ -Fe晶g12902，图3.2(b)表示通过重结晶后(A
4
转变)由δ -Fe
晶g12902转变g6116的γ -Fe晶g12902，图3.2(c)为g7380后又g13475过一g8437重结晶(A
3
转变)后的α -Fe晶g12902。α -Fe
的晶核大g4579g7186g9994与γ -Fe 晶g12902大g4579有g1863，当g9994也与 A
3
转变的g7477g1226有g1863。由此可g16277，铁的多晶型转变具有g5468大的g4466g19481意g1053，它是g19062的g2524g18341化和g9921g3800g10714的g3534g11796。
g5224当g6363出，α -Fe在770℃g17836将发生g11925性转变，即由g20652温的g20046g11925性状态转变为g1314温的铁
g11925性状态。通常把这种g11925性转变称为A
2
转变，把g11925性转变温度称为铁的g4633g18336点。在发生g11925
性转变时，铁的晶格g12879型不变，所以g11925性转变不属于相变。
(a)初生的δ -Fe晶粒 (b)重结晶后的γ -Fe晶粒 (c)A
3
转变后的α -Fe晶粒
图3.2 纯铁结晶后的组织
2,铁素体与奥氏体
铁素体是g11911g9354于αg16Feg1025的g19400g19565固g9354体，为体心立方晶格，常g11004g12538号Fg6122α表示。g3897g8675
体是g11911g9354于γg16Fe g1025的g19400g19565固g9354体，为面心立方晶格，常g11004g12538号 A g6122γ表示。铁素体和g3897
g8675体是铁g11911相图g1025g1016g1022g2325分重g16213的g3534g7424相。
铁素体的g9354g11911g14033g2159g8616g3897g8675体g4579得多。g7693g6466g8991g4462，g3897g8675体的g7380大g9354g11911量为2.11%(在温度为 1148℃时)，g13792铁素体的g7380大g9354g11911量g1177为 0.0218%(在温度为 727℃时)，在g4472温下的g9354g11911
g14033g2159g7368g1314，一g14336在0.008%以下。
面心立方晶格g8616体心立方晶格具有g17751大的g14280密度，g13792g3897g8675体g8616铁素体具有g17751大的g9354g11911
g14033g2159的原因是与晶体结构g1025的g19400g19565g4622g4556有g1863。g7693g6466g8991量和g16757g12651，γ -Fe的晶格常g6980(950℃时)
为0.36563nm，其g1855面体g19400g19565g2334g5464为0.535nm，和g11911原子g2334g54640.77nmg8616g17751g6521g17829，所以g11911在
g3897g8675体g1025的g9354g16311度g17751大。α -Fe在20℃时的晶格常g6980为0.28663nm，g11911原子通常g9354于g1855面体
g19400g19565g1025，g13792g1855面体的g19400g19565g2334g5464g2494有 0.01862nm，g17840g4579于g11911的原子g2334g5464，所以g11911在铁素体g1025
的g9354g16311度g5468g4579。
g11911g9354于体心立方晶格δ -Feg1025的g19400g19565固g9354体称为δ铁素体，以δ表示，于1495℃时的g7380
大g9354g11911量为0.09%。
铁素体的性g14033与纯铁g3534g7424相同，g4633g18336点也是770℃。g3897g8675体的g3621性g5468g3921，g1000具有g20046g11925性。
3,纯铁的性能与应用
一g14336所g16871的纯铁，g5647g2559有g5506量的g11911，g13792g5506量的g11911g4557铁的g2159g4410性g14033g5445g2721却相当大。因此，
纯铁的g2159g4410性g14033因其纯度和晶g12902大g4579的不同g13792g5058别g5468大，其大g14280g14551g3272g3926下g726
g4636g7393g5390度
0.2
σ g72698MPa～166MPa
g6251g6301g5390度
b
σ g726176MPa～274MPa
第3章 铁碳合金
·55·
·55·
g5322g1292g10587δg72630%～50%
g7041面g6922g13565g10587ψ g72670%～80%
g1926g1999g19899性
k
α g726160J/cm
2
～200J/cm
2
g11840度(HB)g72650HB～80HB
纯铁有g5468g3921g3621性和g19899性，g1306其g5390度和g11840度g5468g1314，g5468g4581g11004g1328结构g7460g7021。纯铁的g1039g16213g11004g17896
是g2045g11004它所具有的铁g11925性。g5049g1006上g9872g2058的g11017g5049纯铁和g5049程纯铁具有g20652的g11925g4560g10587，可g11004于g16213
g8726g17731g11925性的g3342g2524，g3926g2520种g1214器g1214表的铁芯等。
3.1.2 碳与渗碳体
1,碳
g11911的原子序g6980为 6，原子量为 12.01，原子g2334g5464 0.77nm，20℃时的密度为 2.25g/cm
3
。
自g9994界g1025，g11911以石墨和g18341刚石g1016种形态存在。铁g11911g2524g18341g1025g11911不会以g18341刚石形态存在。石墨的空g19400点阵属于六方晶系，具有简单六方晶体结构，六方层g1025邻g17829原子g19400距为 0.142nm，
层g19400距为 0.340nm，g11911原子在六方层g1025具有g5468g5390的共价键，层与层之g19400则结g2524g17751弱，因此石墨g5468容易沿着这些层滑动。其g11840度g5468g1314，g2494有 3HB～5HB，g13792g3621性几乎g6521g17829于零。铁g11911
g2524g18341g1025的石墨常g11004g12538号Gg6122C表示。
2,渗碳体
在铁g11911g2524g18341g1025，铁与g11911可以形g6116g19400g19565化g2524物
Fe
3
C，其g2559g11911量为 6.69%，称为渗g11911体，可g11004g12538
号C
m
表示，是铁g11911g2524g18341g1025重g16213的g3534g7424相。
渗g11911体属于正交晶系，晶体结构g2325分复杂，
三g1022晶格常g6980分别为 a＝0.4524nm，b＝
0.5089nm，c＝0.6743nm。图 3.3是渗g11911体晶胞的立体图，其g1025g2559有12g1022铁原子和4g1022g11911原子，g12538
g2524Fe
:
C＝3
:
1的g1863系。为了进一步分析渗g11911体的结构特征，图3.4(a)画出了 4 g1022渗g11911体晶胞沿[001]
方向的俯视图。图g1025g17751大的圆圈表示铁原子，g17751
g4579的圆圈表示g11911原子。g11004双圈画的是(X,Y)坐标完全相同，g1306Z坐标不同的g1016g1022铁原子。g11004打剖面线和不打剖面线的办法表示Z坐标不同的铁、g11911
原子。由图g1025可以看出，每g1022g11911原子周g3272有6g1022
铁原子，这 6 g1022铁原子组g6116一g1022三角棱柱，g11911原子就位于这g1022三角棱柱的g1025心。这样的一
g1022单独三角棱柱g3926图 3.4(b)所示，位于三角棱柱顶角的铁原子均为相邻g1016g1022三角棱柱所共有。因此，每g1022三角棱柱有3g1022铁原子和1g1022g11911原子，构g6116Fe
3
C分子。这样的三角棱柱共有g1016层(g16277图3.4(a))，g11004虚线连g6521的是下面的一层，g11004点画线连g6521的则是上面的一层。
渗g11911体具有g5468g20652的g11840度，约为800HB，g1306g3621性g5468g5058，g1292长g10587g6521g17829于零。渗g11911体于g1314温下具有一g4462的铁g11925性，g1306是在230℃以上，铁g11925性就消失了，所以230℃是渗g11911体的g11925性转变温度，称为A
0
转变。g7693g6466g10714论g16757g12651，渗g11911体的熔点为l227℃。
图3.3 渗碳体晶胞中的原子位置
金属学与热处理
·56·
·56·
图3.4 渗碳体晶胞中的原子数
3.2 Fe-Fe
3
C相图分析
3.2.1 相图中的点、线、区及其意义
图3.5是Fe-Fe
3
C相图，图g1025g2520特征点的温度、g11911的浓度及意g1053g16277表3g161。g2520特征点的
g12538号是国g19481通g11004的，不g14033随意g7368换。
图3.5 Fe-Fe
3
C相图
相图上的液相线是ABCD，固相线是AHJECF，相图g1025有五g1022单相区，分别是g726
ABCD以上——液相区(L)
第3章 铁碳合金
·57·
·57·
AHNA—— δ固g9354体区( δ )
NJESGN——g3897g8675体区( γ )
GPQG——铁素体区(α )
DFKL——渗g11911体区(Fe
3
Cg6122C
m
)
相图上有七g1022g1016相区，它们分别存在于相邻g1016g1022单相区之g19400，这些g1016相区分别是g726
ABJHA——液相＋δ固g9354体区(L＋δ )
JBCEJ——液相＋g3897g8675体区(L＋γ )
DCFD——液相＋渗g11911体区(L＋Fe
3
C)
HJNH—— δ固g9354体＋g3897g8675体区( δ＋γ )
GSPG——铁素体＋g3897g8675体区(α＋γ )
ECFKSE——g3897g8675体＋渗g11911体( γ＋Fe
3
C)
相图上有g1016g7477g11925性转变线g726
MO——铁素体的g11925性转变线
过230℃的虚线——渗g11911体的g11925性转变线
相图上有三g7477水平线，分别是g726
HJB——包晶转变线
ECF——共晶转变线
PSK——共析转变线
下面g3272绕三g7477水平线分三g1022部分进行分析。
表3-1 铁碳合金相图中的特征点
符号 温度/℃ w
C
/% 说 明 符号 温度/℃ w
C
/% 说 明
A
B
C
D
E
F
G
H
1538
1495
1148
1227
1148
1148
912
1495
0
0.53
4.30
6.69
2.11
6.69
0
0.09
纯铁的熔点
包晶转变时液相成分
共晶点
渗碳体的熔点
碳在γ中最大溶解度
渗碳体的成分
A
3
转变温度
碳在δ中最大溶解度
J
K
M
N
O
P
S
Q
1495
727
770
1394
770
727
727
600
0.17
6.69
0
0
≈0.5
0.0218
0.77
0.0057
包晶点
渗碳体的成分
纯铁的磁性转变温度
A
4
转变温度
w
C
≈0.5%时磁性转变温度
碳在α中最大溶解度
共析点(A
1
)
600℃时碳在α中的溶解度
3.2.2 包晶转变(水平线HJB)
在 1495℃的恒温下，含碳量为 0.53%的液相与含碳量为 0.09%的δ铁素体发生包晶反应，形成含碳量为0.17%的奥氏体，其反应式为
L
B
＋δ
H
1495
←→
℃
γ
J
进行包晶反应时，奥氏体沿δ相与液相的界面形核，并向δ相和液相两个方向长大。
包晶反应终了时，δ相与液相同时耗尽，变为单相奥氏体。含碳量在0.09%～0.17%之间的合金，由于δ铁素体的量较多，当包晶反应结束后，液相耗尽，仍残留一部分δ铁素体。这部分δ相在随后的冷却过程中，通过同素异晶转变而变成奥氏体。含碳量在0.17%～0.53%之间金属学与热处理
·58·
·58·
的合金，由于反应前的δ相较少，液相较多，所以在包晶反应结束后，仍残留一定量的液相，这部分液相在随后冷却过程中结晶成奥氏体。可见，凡是含碳量在 0.09%～0.53%的合金，都要经历包晶转变过程，而且不论在包晶转变前后转变过程如何，最终都要获得单相奥氏体。
对于含碳量低于 0.09%的合金，在按匀晶转变凝固为δ固溶体之后，继续冷却时将在
NH与NJ线之间发生固溶体的同素异晶转变，转变为单相奥氏体。含碳量在0.53%～2.11%
之间的合金，按匀晶转变后，组织也是单相奥氏体。
总之，含碳量低于 2.11%的合金在冷却过程中，都可在一定的温度区间内得到单相的奥氏体组织。这类合金叫做g19062。
应当g6363g1998，对于铁碳合金g7481g16840，由于包晶反应温度g20652，碳g2419g4388的g6205g6967较g5567，所以包晶
g1571g7524并不g1017g18337。g1306对于g20652合金g19062g7481g16840，合金g1815素的g6205g6967较g5942，g4613可g14033g17908成g1017g18337的包晶g1571g7524。
3.2.3 共晶转变(水平线ECF)
Fe-Fe
3
C相g3282g990的g1861晶转变是在1148℃的恒温下，由含碳量为4.3%的液相转变为含碳量为2.11%的奥氏体和含碳量为6.69%的g9195碳体组成的g9163合g10301。其反应式为
L
C
1148
←→
℃
E
γ ＋Fe
3
C
g1861晶转变形成的奥氏体与g9195碳体的g9163合g10301，g12228为g14725氏体，g11004Ldg15932g12046。在g14725氏体中，g9195
碳体是g17842续分g5079的相，奥氏体g2588g11713g7846g10378分g5079在g9195碳体的g3534体g990。由于g9195碳体g5468g14042，所以g14725
氏体是g3621g5627g5468g5058的组织。
g14725氏体中奥氏体与g9195碳体的相对含量可g11004g7476g7450定g5471g8726g1998
γ
w ＝
6.69 4.30
100%
6.69 2.11
×
g72952%
3
FeC
w ＝1g1652%g72948%
含碳量在2.11%～6.69%之间的合金，都要进行g1861晶转变，这类合金叫做g19148铁，g3252组织中都含g7389g14725氏体，并g3252g7041g2487g2588g19146g11345g14406而叫做g11345g2487g19148铁。
其中，碳含量在2.11%～4.30%之间的合金叫g1134g1861晶g11345g2487g19148铁。这类合金由液相g5332g3999凝固时，g1186BC线g5332g3999g7524g1998g1820g1861晶奥氏体，g9994后g2109g1325液相在g1861晶温度通过g1861晶转变为g14725氏体。
g1820g1861晶奥氏体一g14336g1867g7389g7653g7537晶的形g16992。g1552得g6363g1998的是在g1861晶温度 1148℃与g1861g7524温度 727℃
之间，g1820g1861晶奥氏体和g1861晶奥氏体中的碳含量都将g1186 2.11%g19489g14279 0.77%，并g7524g1998g1120g8437g9195碳体(g11004Fe
3
CⅡg15932g12046)，随后g2460都在727℃转变为g10676g1821体。
含碳量为4.3%～6.69%g14551g3272内的合金叫过g1861晶g11345g2487g19148铁。这类合金冷却时，冷却到CD
线g5332g3999g1186液相中g7524g1998g1820g1861晶g9195碳体，g9994后g2109g1325液相在g1861晶温度通过g1861晶转变为g14725氏体。g1820
g1861晶g9195碳体g2588g7507g10267g10378，也g12228为一g8437g9195碳体(g11004Fe
3
CⅠ)。
3.2.4 共析转变(PSK线)
Fe-Fe
3
C相g3282g990的g1861g7524转变是在727℃恒温下，由含碳量为0.77%的奥氏体转变为含碳量为0.0218%的铁素体和g9195碳体组成的g9163合g10301，其反应式为
γ
s
727
←→
℃
p
α ＋Fe
3
C
g1861g7524转变的g1147g10301g12228为g10676g1821体，g11004g12538g2507Pg15932g12046。g1861g7524转变的g8712g5191线PSK，g12228为g1861g7524线g6122
g1861g7524温度，g5132g11004g12538g2507A
1
g15932g12046。凡是含碳量大于0.0218%的铁碳合金都将发生g1861g7524转变。
第3章 铁碳合金
·59·
·59·
经g1861g7524转变形成的g10676g1821体是g4630g10267g10378的，其中的铁素体和g9195碳体的含量可以g11004g7476g7450定g5471
进行g16757g12651g726
α
w =
SK
PK
=
6.69 0.77
6.69 0.0218
×100%=88.7%
3
FeC
w =1g1688.7%=11.3%
g9195碳体与铁素体含量的g8616g1552为
3
FeC
w /
α
w g3001/8。这g4613是g16840，如g7536g5585g11065铁素体和g9195碳体g8616
体g12227g990的g5506g4579g5058g2047，g2029铁素体的体g12227是g9195碳体的 8 g1505，在金相g7186g5506g19248下g16278g4531时，g10676g1821体组织中较g2414的g10267是铁素体，较g15192的g10267是g9195碳体。
g3282 3.6 是不同g6930大g1505g6980下的g10676g1821体组织g10043g10267。g10676g1821体组织中g10267g4630g6502g2027方向相同的g20058g3507
叫做一个g10676g1821体g20058g3507g6122g10676g1821体g3254。相g18063g10676g1821体g3254的g2474向不同，在g7186g5506g19248下，不同的g10676g1821体
g3254的g10267g4630g12907g13466不同，这是由于g4439g1216的g2474向不同所g14280。
(a) 500× (b) 1000×
图3.6 不同放大倍数下的珠光体
3.2.5 Fe-Fe
3
C相图中三条重要的特征线
1,GS线
GS 线g2460g12228 A
3
线，g4439是在冷却过程中，由奥氏体g7524g1998铁素体的g5332g3999线，g6122g13785g16840在加热过程中，铁素体溶入奥氏体的终了线。实际g990，GS线是由G点(A
3
)演变而g7481的，随着含碳量的增加，使奥氏体向铁素体的同素异晶转变温度逐渐下g19489，g1186而由A
3
点变成了A
3
线。
2,ES线
ES 线是碳在奥氏体中的溶解度曲线。当温度低于此曲线时，g1186奥氏体中g7524g1998g8437生的g9195碳体，通g5132g12228之为g1120g8437g9195碳体，g3252此该曲线g2460是g1120g8437g9195碳体g7524g1998的g5332g3999线。ES线g2460叫
A
cm
线。
由相g3282可以看g1998，E 点g15932g12046奥氏体的最大溶碳量，即奥氏体的含碳量在 1148℃时为
2.11%，其g10301质的量g8616相当于9.1%。可以g15932明，此时铁与碳的g10301质的量g8616g5058不多是10
:
1，
相当于2.5个奥氏体晶胞中才g73891个碳g2419g4388。
3,PQ线
PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。铁素体中的最大碳的溶解度，在727℃时达到最大g1552为0.0218%。随着温度的g19489低，铁素体的溶碳量逐渐g19489低，在300℃以下，溶碳量g4579于金属学与热处理
·60·
·60·
0.001%。g3252此，当铁素体g1186 727℃冷却下g7481时，要g1186铁素体中g7524g1998g9195碳体，g12228之为三g8437g9195
碳体，通g5132g11004Fe
3
CⅢg15932g12046。
3.3 铁碳合金平衡结晶过程及组织
铁碳合金的组织是液态结晶和固态g18337结晶的综合结g7536，研究铁碳合金的结晶过程，目的在于分g7524合金的组织形成，以考虑其对g5627g14033的影响。为了讨论方便，g1820将铁碳合金进行分类。通g5132将其分为三大类，即含碳量低于 0.0218%的为工业纯铁，含碳量在 0.0218%～
2.11%的为碳g19062，含碳量大于2.11%的为g19148铁。Fe-Fe
3
C系结晶的g19148铁，碳以Fe
3
C形式存在，
g7041g2487g2588亮g11345g14406，g12228为g11345g2487g19148铁。
根据组织特征，将铁碳合金按含碳量划分为七种类型。
① 工业纯铁g726含碳量低于0.0218%；
② g1861g7524g19062g726含碳量为0.77%；
③ g1134g1861g7524g19062g726含碳量为0.0218%～0.77%；
④ 过g1861g7524g19062g726含碳量为0.77%～2.11%；
⑤ g1861晶g11345g2487g19148铁g726含碳量为4.30%；
⑥ g1134g1861晶g11345g2487g19148铁g726含碳量为2.11%～4.30%；
⑦ 过g1861晶g11345g2487g19148铁g726含碳量为4.30%～6.69%。
现g1186每种类型中选择一种合金g7481分g7524其g5191衡结晶过程和组织，所选合金的成分在相g3282
g990的位置如g32823.7所g12046。
图3.7 典型铁碳合金冷却时的组织转变过程分析
3.3.1 工业纯铁(含碳量小于0.0218%)
以含碳量为0.01%的合金①为例，其结晶过程如g32823.8所g12046。合金熔液在1～2点温度区间内，按匀晶转变结晶g1998δ固溶体，δ固溶体冷却g14279 3 点时，g5332g3999发生固溶体的同素异第3章 铁碳合金
·61·
·61·
晶转变δ→γ。奥氏体的晶核通g5132优g1820在δ相界g990形成并长大，这一转变在4点结束，合金全部变成单相奥氏体。奥氏体冷却到 5 点时g2460发生同素异晶转变γ→α。同样，铁素体也是在奥氏体晶界g990优g1820形核，g9994后长大。当温度达到 6 点时，奥氏体全部转变为铁素体。
铁素体冷却到7点时，碳在铁素体中的溶解量达到饱和，g3252此，当将铁素体冷却到7点以下时，g9195碳体将g1186铁素体中g7524g1998。在缓g5942冷却条件下，这种g9195碳体g5132沿铁素体晶界g2588g10267g10378
g7524g1998，这种g1186铁素体中g7524g1998的g9195碳体即为三g8437g9195碳体。工业纯铁的室温组织如g32823.9所g12046。
图3.8 含碳量为0.0218%的工业纯铁结晶过程示意图
图3.9 工业纯铁室温组织
在室温下，g7524g1998三g8437g9195碳体量最多的是含碳量为 0.0218%的铁碳合金，其含碳量可g11004
g7476g7450定g5471g8726g1998
α
w g729
0.0218
6.69
×100%g7290.33%
而含碳量为0.01%的工业纯铁室温下三g8437g9195碳体量为
3II
FeC
w g729
0.01
6.69
×100%g7290.1494%
3.3.2 共析钢(含碳量为0.77%)
g1861g7524g19062即g3282 3.7中的合金②，其结晶过程g12046意g3282如g32823.10所g12046。在1～2 点温度区间，合金按匀晶转变结晶成奥氏体。奥氏体冷却到3点(727℃)，在恒温下发生g1861g7524转变金属学与热处理
·62·
·62·
γ?α＋Fe
3
C，转变g1147g10301为g10676g1821体，通g5132g11004 P g15932g12046。g10676g1821体中的g9195碳体g12228为g1861g7524g9195碳体。
在随后的冷却过程中，铁素体中的含碳量沿 PQ 线变化，于是g1186g10676g1821体的铁素体相中g7524g1998
三g8437g9195碳体。在缓g5942冷却条件下，三g8437g9195碳体在铁素体与g9195碳体的相界g990形成，与g1861g7524g9195
碳体g17842结在一起，在g7186g5506g19248下难以分辨，同时其g6980量也g5468少，对g10676g1821体的组织和g5627g14033没g7389
明g7186影响。
图3.10 共析钢结晶过程示意图
3.3.3 亚共析钢(含碳量0.0218%～0.77%)
现以含碳量为0.40%的碳g19062为例进行分g7524，其在相g3282g990的位置如g32823.7所g12046的合金③，
结晶过程g12046意g3282如g3282 3.11 所g12046。在结晶过程中，冷却g14279 1～2 温度区间，合金按匀晶转变结晶g1998δ固溶体，当冷却到2点时，δ固溶体的含碳量为0.09%，液相的含碳量为0.53%，
此时的温度为l495℃，于是液相和δ固溶体于恒温下发生包晶转变g726L＋δ?γ，形成奥氏体。g1306由于g19062中的含碳量(0.40%)大于 0.17%，所以包晶转变终了后，仍g7389液相存在，这些
g2109g1325的液相在2～3点之间继续按匀晶结晶成奥氏体，此时液相的成分沿BC线变化，奥氏体的成分g2029沿JE线变化，温度g19489到3点，合金全部为0.40%的奥氏体所组成。
图3.11 含碳量为0.40%的亚共析钢结晶过程示意图
单相的奥氏体冷却到 4 点时，在晶界g990g5332g3999g7524g1998铁素体，随着温度的g19489低，铁素体的
g6980量不g7041增多，此时铁素体的成分沿GP线变化，而奥氏体的成分g2029沿GS线变化，温度g19489
g142795点与g1861g7524线(727℃)相遇时，奥氏体的成分达到了S点，即含碳量达到0.77%，在恒温下发生g1861g7524转变g726γ?α＋Fe
3
C，形成g10676g1821体。在 5 点以下，g1820g1861g7524铁素体以及g10676g1821体中的铁素体都将g7524g1998三g8437g9195碳体，g1306其g6980量g5468少，—g14336可g5585g11065不g16757。g3252此，该室温下的组织由g1820g1861g7524铁素体和g10676g1821体所组成，如g32823.12(b)所g12046。
g1134g1861g7524g19062的室温组织均由铁素体和g10676g1821体组成。g19062中含碳量越g20652，g2029组织中的g10676g1821体第3章 铁碳合金
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量越多。g32823.12为0.20%、0.40%和0.60%g1134g1861g7524g19062的g7186g5506组织，由于g6930大g1505g6980较g4579，不g14033
清晰地g16278g4531到g10676g1821体的g10267g4630特征，g32823.12中黑g14406为g10676g1821体，g11345g14406为铁素体。
(a)含碳量0.20% (b)含碳量0.40% (c)含碳量0.60%
图3.12 亚共析钢的室温组织
利g11004g7476g7450定g5471，可以g16757g12651g1998含碳量为 0.40%的g1134g1861g7524g19062，在室温下组织组成g10301和相组成g10301的相对含量。
组织组成g10301的相对含量g726
g1820g1861g7524铁素体g726
α
w g729
0.77 0.40
0.77 0.0218
×100%g72949.5%
g10676g1821体g726
p
w g7291? 49.5%g72950.5%
相组成g10301的相对含量g726
α
w g729
6.69 0.40
6.69 0.0218
×100%g72994.3%
3
FeC
w ＝1? 94.3%g7295.7%
根据g1134g1861g7524g19062的g5191衡组织，也可近似地估g16757其含碳量g726P×0.8%。式中，P为g10676g1821体在
g7186g5506组织中所占面g12227的百分g8616，0.8%是g10676g1821体含碳量0.77%的近似g1552。
3.3.4 过共析钢(含碳量为0.77%～2.11%)
以含碳量 l.2%的过g1861g7524g19062为例，该g19062在相g3282g990的位置如g3282 3.7 所g12046的合金④，其结晶过程g12046意g3282如g32823.13所g12046。合金在1～2点按匀晶转变为单相奥氏体。当冷g142793点与ES线相遇时，g5332g3999g1186奥氏体中g7524g1998g1120g8437g9195碳体，直到4点为止。这种g1820g1861g7524g9195碳体一g14336沿着奥氏体晶界g2588网g10378分g5079。由于g9195碳体的g7524g1998，奥氏体中的含碳量沿 ES 线变化，当温度g19489到 4点时(727℃)，奥氏体的含碳量正好达到0.77%，在恒温下发生g1861g7524转变，形成g10676g1821体。
图3.13 含碳量为1.2%过共析钢结晶过程示意图
g3252此，过g1861g7524g19062的室温g5191衡组织为g10676g1821体和g1120g8437g9195碳体，如g32823.14所g12046。
金属学与热处理
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(a)硝酸酒精浸蚀，白色网状相为
二次渗碳体，暗黑色为珠光体
(b)苦味酸钠的浸蚀，黑色网状为
二次渗碳体，浅白色为殊光体
图3.14 含碳量为1.2%的过共析钢室温组织(500X)
3.3.5 共晶白口铸铁(含碳量为4.3%)
g1861晶g11345g2487g19148铁的含碳量为4.3%，如g32823.7所g12046的合金⑤，其结晶过程g12046意g3282如g32823.15
所g12046。液态合金冷却到1点(1148℃)时，在恒温下发生g1861晶转变g726L?γ＋Fe
3
C，形成g14725氏体(Ld)。当冷g14279 1 点以下时，碳在奥氏体中的溶解度不g7041下g19489，g3252此g1186g1861晶奥氏体中不g7041
g7524g1998g1120g8437g9195碳体，g1306由于g4439依附在g1861晶g9195碳体g990g7524g1998并长大，所以难以分辨。当温度g19489g14279
2 点(727℃)时，g1861晶奥氏体的含碳量g19489g14279 0.77%，在恒温下发生g1861g7524转变，即g1861晶奥氏体转变为g10676g1821体。最后室温组织是g10676g1821体分g5079在g1861晶g9195碳体的g3534体g990，即室温g14725氏体。室温
g14725氏体保持了g20652温下g1861晶转变后所形成的g14725氏体的形态特征，g1306组织组成g10301和相组成g10301均发生了改变。g3252此，g5132将室温g14725氏体g12228为低温g14725氏体g6122变态g14725氏体，g11004g12538g2507 Ld' g15932g12046，两种典型的室温组织如g32823.16所g12046。其中g11345g14406的部分为g1861晶g9195碳体g3534体，黑g14406的部分为奥氏体转变的g1147g10301即g10676g1821体。
图3.15 共晶白口铸铁结晶过程示意图
图3.16 共晶白口铸铁的室温组织
第3章 铁碳合金
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·65·
3.3.6 亚共晶白口铸铁(含碳量为2.11%～4.3%)
g1134g1861晶g11345g2487g19148铁的结晶过程要g8616g1861晶g11345g2487g19148铁复杂，以含碳量为3.0%的g1134g1861晶g11345g2487g19148
铁(见g32823.7中的合金⑥)为例。在结晶过程中，在1～2点之间按匀晶转变结晶g1998初晶(g6122g1820
g1861晶)奥氏体，奥氏体的成分沿 JE 线变化，而液相的成分沿 BC 线变化，当温度g19489g14279 2 点时，液相成分到达g1861晶点Ｃ，在恒温(1148℃)下发生g1861晶转变，即L? γ＋Fe
3
C，形成g14725
氏体。当温度冷却到2～3点温度区间时，g1186初晶奥氏体和g1861晶奥氏体中都g7524g1998g1120g8437g9195碳体。
随着g1120g8437g9195碳体的g7524g1998，奥氏体的成分沿着 ES 线变化，含碳量不g7041g19489低，当温度到达 3
点(727℃)时，奥氏体的成分也到达了S点，于恒温下发生g1861g7524转变，所g7389的奥氏体都转变为g10676g1821体。
g32823.17为其g5191衡结晶过程g12046意g3282，g32823.18为该合金的室温g7186g5506组织，g3282中大块黑g14406部分是由初晶(g1820g1861晶)奥氏体转变成的g10676g1821体，由初晶奥氏体g7524g1998的g1120g8437g9195碳体与g1861晶g9195碳体g17842成一g10267，难以分辨。
图3.17 含碳量为3.0%的亚共晶白口铸铁结晶过程示意图
图3.18 亚共晶白口铸铁的室温组织
根据g7476g7450定g5471g16757g12651，该g11345g2487g19148铁的组织组成g10301中，初晶奥氏体的含量为
γ
w g729
4.3 3.0
4.3 2.11
×100%g72959.4%
g14725氏体含量为
Ld
w g729
3.0 2.11
4.3 2.11
×100%g72940.6%
g1186初晶奥氏体中g7524g1998的g1120g8437g9195碳体含量为
3II
FeC
w g729
2.11 0.77
6.69 0.77
×59.4%g72913.4%
金属学与热处理
·66·
·66·
3.3.7 过共晶白口铸铁(含碳量为4.3%～6.69%)
以含碳量为5.0%的过g1861晶g11345g2487g19148铁(见g32823.7中的合金⑦)为例。在结晶过程中，在1～
2点温度之间g1186液相中结晶g1998g12907大的g1820g1861晶g9195碳体，g12228为一g8437g9195碳体，可g11004Fe
3
CⅠg15932g12046。随结晶过程的进一步进行，一g8437g9195碳体g6980量逐步增多，液相成分沿着 DC 线变化。当温度g19489
低到2点时，液相成分达到4.3%，g2109g1325液相在恒温(1148℃)下发生g1861晶转变，形成g14725氏体。
在继续冷却过程中，g1861晶奥氏体g1820g7524g1998g1120g8437g9195碳体(依附于g1861晶g9195碳体长大，无法分辨)，
奥氏体成分沿ES线变化，当温度到727℃时，奥氏体的成分也到达了S点，于恒温下发生
g1861g7524转变，奥氏体转变为g10676g1821体。g32823.19为其结晶过程g12046意g3282。过g1861晶g11345g2487g19148铁室温组织为一g8437g9195碳体和g14725氏体。其g7186g5506组织如g32823.20所g12046。
图3.19 过共晶白口铸铁结晶过程示意图
图3.20 过共晶白口铸铁的室温组织
根据g7476g7450定g5471g16757g12651，该g11345g2487g19148铁的组织组成g10301中，g1820g1861晶g9195碳体的含量为
3I
FeC
w ＝
5.0 4.3
6.69 4.3
×100%g72929.3%
g14725氏体的含量为
Ld
w g729
6.69 5.0
6.69 4.3
×100%g72970.7%
也可根据g7476g7450定g5471g16757g12651，该g11345g2487g19148铁的相组成g10301的相对含量。其中铁素体的相对含量为
α
w g729
6.69 5.0
6.69 0.0218
×100%g72925.3%
g9195碳体的相对含量为
3
FeC
w g729
5.0 0.0218
6.69 0.0218
×100%g72974.7%
第3章 铁碳合金
·67·
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3.4 铁碳合金的成分—组织—性能之间的关系
3.4.1 含碳量对平衡组织的影响
根据前面对各类铁碳合金g5191衡结晶过程的分g7524，可将 Fe-Fe
3
C 相g3282中的相区按组织组成g10301加以标注，形成按组织区分的Fe-Fe
3
C相g3282，如g32823.21所g12046。
根据g7476g7450定g5471进行g16757g12651的结g7536，可将铁碳合金的成分与g5191衡结晶后的组织组成g10301及相组成g10301之间的定量关系总结如g32823.22所g12046。
g1186相组成的角度g7481看，铁碳合金在室温下的g5191衡组织均由铁素体和g9195碳体两相所组成。
当含碳量为 0 时，组织全部由铁素体所组成，随着含碳量的增加，铁素体的含量g2588直线下
g19489，直到6.69%时g19489低到零。与此相反，g9195碳体的含量g2029由0增到100%。
含碳量的变化，不仅引起铁素体和g9195碳体相对含量的变化，而且要引起组织的变化，
g7186g9994，这是由于成分的变化，引起不同g5627质的结晶过程，g1186而使相发生变化而g17908成的。
g1186g32823.21可以看g1998，随着含碳量的增加，铁碳合金的组织变化顺序为
α→α + P→P→P + Fe
3
CⅡ→P + Fe
3
CⅡ + Ld' →Ld' →Ld' + Fe
3
CⅠ
图3.21 按组织区分的铁碳合金相图
可见，同一种组成相，由于生成条件的不同，虽g9994相的g7424质g7422变，g1306其形态可以g7389g5468
大的g5058异。例如，g1186奥氏体中g7524g1998的铁素体一g14336g2588块g10378，而经g1861g7524反应生成的g10676g1821体中的铁素体，由于同g9195碳体要相g1126g2058g13434，g2588g1144g7379g4630g10267g10378。g2460如g9195碳体，由于生成条件的不同，
使其形态变得g2325分复杂，铁碳合金的g990g17860组织变化g1039要是由g4439引起的。当含碳量低于
0.0218%时，三g8437g9195碳体g1186铁素体中g7524g1998，沿晶界g2588g4579g10267g10378分g5079。g1861g7524g9195碳体是经g1861g7524反应生成的，与铁素体g2588g1144g7379g4630g10267g10378，而g1186奥氏体中g7524g1998的g1120g8437g9195碳体，g2029以网g10378分g5079于奥氏体的晶界g990。g1861晶g9195碳体是与奥氏体相关形成的，在g14725氏体中为g17842续的g3534体，g8616较g12907大，
金属学与热处理
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·68·
g7389时g2588g21072g20604g10378。一g8437g9195碳体是g1186液体中直g6521结晶的，g2588g16280g2029的长条g10378。可见，化g4410成分的变化，不仅引起相的相对含量的变化，而且引起组织的变化，对铁碳合金的g5627g14033g1147生g5468大影响。
图3.22 铁碳合金的成分与组织的关系
3.4.2 含碳量对力学性能的影响
铁素体g7389g5468好的g3621g5627和g19899g5627，g1306其g5390度和g11840度g5468低，g9195碳体是g11840g14042相。g10676g1821体由铁素体和g9195碳体所组成，且g9195碳体以g13466g10267g10378分g6967地分g5079在铁素体的g3534体g990，起到了g5390化g1328g11004。
g3252此g10676g1821体g7389较g20652的g5390度和g11840度，g1306g3621g5627较g5058。g10676g1821体内的g4630g10267越g13466，g2029g5390度越g20652。在g5191
衡结晶条件下，g10676g1821体的g2159g4410g5627g14033大体是g726
g6251g6301g5390度
b
σ g7261000MPa
g4636g7393g5390度
S
σ g726600MPa
g1292长g10587δg72610%
g7041面g6922g13565g10587ψ g72612%～15%
g11840度(HB)g726241HB
g32823.23是含碳量对g17876g9791态碳g19062g2159g4410g5627g14033的影响。由g3282可以看g1998，在g1134g1861g7524g19062中，随着含碳量的增加，g10676g1821体逐渐增多，g5390度、g11840度g2331g20652，而g3621g5627、g19899g5627下g19489。当含碳量达到0.77%
时，其g5627g14033g4613是g10676g1821体的g5627g14033。在过g1861g7524g19062中，含碳量在g6521近l%时其g5390度达到最g20652g1552，含碳量继续增加，g5390度下g19489。这是由于g14042g5627的g1120g8437g9195碳体在含碳量g20652于l%时于晶界g2588g17842续的网g10378，使g19062的g14042g5627大大增加。g3252此在g11004g6301g1292g16809g20576g8991定其g5390度时，g1262在g14042g5627的g1120g8437g9195碳体g3800
g1998现g7101g7411g16022g13453，并发g4649g14279g7041g16022，使g6251g6301g5390度下g19489。
图3.23 含碳量对钢性能的影响
第3章 铁碳合金
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在g11345g2487g19148铁中，由于含g7389大量g9195碳体，g6937g14042g5627g5468大，g5390度g5468低。g9195碳体的g11840度g5468g20652，
g1306是g7509g14042，不g14033使合金的g3621g5627g6564g20652，合金的g3621g5627变形g1039要由铁素体g7481g6564g1391。g3252此，合金中含碳量增加而使铁素体g1955少时，铁碳合金的g3621g5627不g7041g19489低。当组织中g1998现以g9195碳体为g3534体的g14725氏体时，g3621g5627g6521近零g1552。
3.4.3 含碳量对工艺性能的影响
1,切削加工性能
金g4658g7460g7021的g2011g2078加工g5627g19394g20076，是一个g2325分复杂的g19394g20076，一g14336要g1186g1813g16780的g2011g2078g17907度、g2011
g2078g2159、g15932面g12907g12973度g12573g1972个方面进行g16792g1227，g7460g7021的化g4410成分、g11840度、g19899g5627、g4560热g5627以及金g4658
的组织结g7512和加工g11840化程度g12573对其均g7389影响。
g19062的含碳量对g2011g2078加工g5627g14033g7389一定的影响。低碳g19062中的铁素体较多，g3621g5627g19899g5627好，g2011
g2078加工时g1147生的g2011g2078热较大，g4493g7143g12908g2004，而且g2011g4645不g7143g6252g7041，影响g15932面g12907g12973度，g3252此g2011g2078
加工g5627g14033不好。g20652碳g19062中g9195碳体多，g11840度较g20652，g1017g18337g11964g6451g2004g1867，g2011g2078g5627g14033也g5058。中碳g19062中的铁素体与g9195碳体的g8616例g17878当，g11840度和g3621g5627也g8616较g17878中，其g2011g2078加工g5627g14033较好。一g14336g16760为，
g19062的g11840度大g14280为240HB时g2011g2078加工g5627g14033较好。
g19062的g4560热g5627对g2011g2078加工g5627g14033g1867g7389g5468大的影响。g1867g7389奥氏体组织的g19062g4560热g5627低，g2011g2078热
g5468少为工件所g2572g6922，而g3534g7424g990g19610中在g2011g2078g2007附近，g3252而使g2007g1867的g2011g2078g2007变热，g19489低了g2004g1867
使g11004g4563g2641。g3252此，尽g12661奥氏体g19062的g11840度不g20652，g1306g2011g2078加工g5627g14033不好。
g19062的晶g12902g4622g4556的大g4579并不g7186g14891影响g11840度。g1306g12907晶g12902g19062的g19899g5627较g5058，g2011g4645g7143g7041，g3252而g2011
g2078g5627g14033较好。
g10676g1821体中的g9195碳体组织同样影响g2011g2078加工g5627，g1134g1861g7524g19062的组织是铁素体+g10267g10378g10676g1821体，
g1867g7389较好的g2011g2078加工g5627g14033，g14521过g1861g7524g19062的组织为g10267g10378g10676g1821体+g1120g8437g9195碳体，g2029其加工g5627g14033g5468
g5058，g14521其组织是由g12902g10378g10676g1821体组成的，g2029可改g2904g2011g2078加工g5627g14033。
2,可锻性
金g4658的g19215g17908g5627g14033是g6363金g4658在g2399g2159加工时，g14033改变形g10378而不g1147生g16022g13453的g5627g14033。g19062的g19215g17908
g5627g14033g20330g1820与含碳量g7389关。低碳g19062的可g19215g5627较好，随着含碳量的增加逐渐变g5058。
奥氏体g1867g7389g14403好的g3621g5627，g7143于g3621g5627变形。g19062加热到g20652温可获得单相奥氏体组织，g1867g7389
g14403好的g19215g17908g5627g14033。g3252此g19062g7460的g3999g19215g6122终g19215温度一g14336在固相线以下100℃～200℃g14551g3272内。终
g19215温度不g14033过低，以g1825g3252温度过低而使g3621g5627变g5058，g1147生g16022g13453。一g14336对g1134g1861g7524g19062终g19215温度g6523
g2058在GS线以g990较近g3800，对过g1861g7524g19062g6523g2058在SE线以g990较近g3800。
g11345g2487g19148铁无论在低温g6122g20652温，其组织都是以g11840而g14042的g9195碳体为g3534体，其g19215g17908g5627g14033g5468g5058。
不g14033通过g19215g17908进行变形。
3,铸造性
金g4658的g19148g17908g5627包g6336金g4658的g8981g2172g5627、g6922g13565g5627和g1571g7524g1554向g12573。
1) g8981g2172g5627
g8981g2172g5627是g6363液态金g4658g1817g9397g19148型的g14033g2159。g8981g2172g5627g2475g5468多g3252素的影响，其中最g1039要的是化
g4410成分和g8987注温度的影响。
在化g4410成分中，碳对g8981g2172g5627影响最大，随着含碳量的增加，g19062的结晶温度g14551g3272增大，
金属学与热处理
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g8981g2172g5627应该变g5058。g1306是，随着含碳量的增加，液相线温度g19489低，g3252而，当g8987注温度相同时，
含碳量g20652的g19062，其液相线温度与g19062液温度之g5058较大，即过热度较大，对g19062液的g8981g2172g5627g7389利。
所以g19062液的g8981g2172g5627随含碳量的g6564g20652而g6564g20652。g8987注温度越g20652，g8981g2172g5627越好。当g8987注温度一定时，过热度越大，g8981g2172g5627越好。
g19148铁g3252其液相线温度g8616g19062低，其g8981g2172g5627总是g8616g19062好。g1134g1861晶g19148铁随含碳量的g6564g20652，结晶温度g14551g3272g13565g4579，g8981g2172g5627也随之g6564g20652。g1861晶g19148铁结晶温度最低，同时g2460是在恒温下凝固，
g8981g2172g5627最好；过g1861晶g19148铁随着含碳量的g6564g20652，g8981g2172g5627变g5058。
2) g6922g13565g5627
g19148铁g1186g8987注温度g14279室温的冷却过程中，其体g12227和线g4622g4556g1955g4579的现g16949g12228为g6922g13565g5627。g6922g13565
是g19148g17908合金g7424g17535的g10301g10714g5627质，使g19148件g1147生g13582g19531，如g13565g4392、g13565g7506、残g1325内应g2159、变形和g16022g13453。
金g4658g1186g8987注温度冷却到室温要经历3个g1126相g13864系的g6922g13565g19466g8585。
① 液态g6922g13565g726g1186g8987注温度到g5332g3999凝固(液相线温度)这一温度g14551g3272内的g6922g13565为液态g6922g13565。
② 凝固g6922g13565g726g1186凝固g5332g3999到凝固终止(固相线温度)这一温度g14551g3272内的g6922g13565g12228凝固g6922g13565。
③ 固态g6922g13565g726g1186凝固终了到冷却到室温这一温度g14551g3272内的g6922g13565g12228为固态g6922g13565。
液态g6922g13565和凝固g6922g13565g15932现为合金体g12227的g13565g4579，其g6922g13565量g11004体g12227分g6980g15932g12046，g12228为体g6922g13565。
g4439g1216是g19148件g1147生g13565g4392、g11107g7506g13582g19531的g3534g7424g2419g3252。合金的固态g6922g13565虽g9994也是体g12227变化，g1306g4439g2494
引起g19148件g3818部g4622g4556的变化，其g6922g13565量通g5132g11004长度百分g6980g15932g12046，g12228为线g6922g13565。g4439是g19148件g1147生内应g2159、变形和g16022g13453g12573g13582g19531的g3534g7424g2419g3252。
影响碳g19062g6922g13565g5627的g1039要g3252素是化g4410成分和g8987注温度g12573。对于化g4410成分一定的g19062，g8987注温度越g20652，g2029液态g6922g13565越大；当g8987注温度一定时，随着含碳量的增加，g19062液温度与液相线温度之g5058增加，体g12227g6922g13565增大。同样，含碳量增加，其凝固温度g14551g3272变g4497，凝固g6922g13565增大。
含碳量对g19062的体g6922g13565的影响见g15932 3g162。由g15932可见，随着含碳量的增加，g19062的体g6922g13565不
g7041增大。与此相反，g19062的固态g6922g13565g2029是随着含碳量的增加，其固态g6922g13565不g7041g1955g4579，g4600其是
g1861g7524转变前的线g6922g13565g1955少得g7368为g7186g14891。
表3-2 碳对碳素钢体积收缩率的影响
C
w %
0.10 0.35 0.75 1.0
钢的体积收缩率%(自1600℃冷至20℃) 10.7 11.8 12.9 14.0
3) g7537晶g1571g7524
固相线和液相线的g3414直g17329g12175越大，g7537晶g1571g7524越g1017g18337。g19148铁的成分越g19764近g1861晶点，g1571g7524
越g4579；相反，越g17840g12175g1861晶点，g2029g7537晶g1571g7524越g1017g18337。
3.5 Fe-Fe
3
C相图的应用
3.5.1 Fe-Fe
3
C相图的应用
Fe-Fe
3
C相g3282g19512了对g2058定热g3800g10714工g14414g7389g18337要意g1053g3818，在g2058定g19148g17908、g19215g17908、g9950g6521g12573热加工工g14414以及选g7460方面都g7389g18337要g11004g17896。
第3章 铁碳合金
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1,在选材方面的应用
铁碳合金相g3282总结了合金组织及g5627g14033随成分的变化g16280g5471，这样g4613便于根据工件的工g1328
g10627g3671和g5627g14033要g8726g7481选择g7460g7021。
g14521需要g3621g5627、g19899g5627g20652的g7460g7021，应选g11004低碳g19062(含碳量为 0.10%～0.25%)；需要g5390度、g3621
g5627及g19899g5627都较好的g7460g7021，应选g11004中碳g19062(含碳量为 0.25%～0.60%)；当要g8726g11840度g20652、耐g11964g5627
好的g7460g7021时，应选g11004g20652碳g19062(含碳量为0.60%～1.3%)。一g14336低碳g19062和中碳g19062g1039要g11004g7481g2058g17908机器零件g6122建筑结g7512，g20652碳g19062g1039要g11004g7481g2058g17908各种工g1867。当g9994为了进一步g6564g20652g19062的g5627g14033，还需要g7389相应的合g10714工g14414与之相配合。
g11345g2487g19148铁g1867g7389g5468g20652的g11840度和g14042g5627，g6251g11964g6451g14033g2159也g5468好，可g11004g7481g2058g17908需要耐g11964而不g2475冲击载荷的工件。如拨丝模、球g11964机的铁球g12573。另g3818，g11345g2487g19148铁也是可g19215g19148铁的g2419g7021。
2,在制定热加工工艺方面的应用
Fe-Fe
3
C相g3282总结了不同成分的合金在缓g5942加热和冷却时组织转变的g16280g5471，即组织随温度变化的g16280g5471，这g4613为g2058定热加工及热g3800g10714工g14414g6564g1391了依据。例如，相g3282给g1998了不同成分的g19062和g19148铁的熔点，这g4613为拟定g19148g17908工g14414g6564g1391了g3534g7424g6980据，可以确定合g17878的g1998g19062温度。另
g3818由相g3282可知，纯铁、g1861晶和g6521近于g1861晶成分的铁碳合金，g1867g7389较好的g19148g17908g5627g14033，g3252此g6521
近g1861晶成分的铁碳合金在g19148g17908生g1147中得到了广泛的应g11004。
另g3818，g19062g3800于奥氏体g10378态时，g5390度低、g3621g5627好，便于g3621g5627变形。g3252此g19062g7460在进行g19215g17908、
热轧时都要把坯g7021加热到奥氏体g10378态。一g14336g3999g19215温度g6523g2058在固相线以下100℃～200℃g14551g3272
内，而终g19215温度g2029选择在相应的临界点以g990不g17840g3800。总之，各种碳素g19062的g3999g19215温度一g14336为
1250℃～1150℃，终g19215温度为750℃～850℃。g1867体温度应根据情况合g10714确定。
各种热g3800g10714工g14414与 Fe-Fe
3
C 相g3282也g7389密g2011的关系，g17876g9791、正g9791、淬g9791温度的选择都得参考铁碳相g3282。这些将在以后章节中介绍。
3.5.2 应用铁碳合金相图应注意的问题
① 铁碳相g3282不g14033g15932g12046g5567g17907加热g6122冷却时铁碳合金组织的变化g16280g5471。
② 可参考铁碳相g3282g7481分g7524g5567g17907冷却和加热的g19394g20076，g1306还应借助于其他g10714论知识。
③ 相g3282可以g15932g12046铁碳合金可g14033进行的相变，g1306不g14033看g1998相变过程所经过的时间。相g3282
反映的是g5191衡相的概念，而不是组织的概念。
④ 铁碳合金相g3282是g11004g7509纯的Fe和C配g2058的合金g8991定的，而实际的g19062铁g7460g7021中还含g7389
g6122g7389意加入g16780多其他g1815素。其中某些g1815素对临界点和相的成分都可g14033g7389g5468大的影响，此时必须借助于三g1815g6122多g1815相g3282g7481分g7524和研究。
小 结
g7424章内g4493g1039要g7389以下g1972点g726
(1) Fe-Fe
3
C相g3282中可g14033存在的g3534g7424组成相(液相、δ铁素体、奥氏体、g9195碳体)以及点、线及各相区的g10301g10714意g1053。
金属学与热处理
·72·
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(2) 介绍了铁碳相g3282中的三条恒温转变线的转变类型(包晶转变、g1861晶转变、g1861g7524
转变)及特点。
(3) 分g7524了不同成分的铁碳合金的g5191衡结晶过程及室温组织，并介绍了利g11004g7476g7450定
g5471g16757g12651室温下相组成g10301和组织组成g10301的相对量的方法。
(4) 介绍了铁碳合金的成分—组织—g5627g14033之间的关系。
(5) 探讨了Fe-Fe
3
C相g3282的应g11004及使g11004中要注意的g19394g20076。
本 章 习 题
1,铁碳合金的g3534g7424相和组织g7389哪些？各g11004什么g12538g2507g15932g12046？分g2047叙g17860g4439g1216的定g1053及g3534
g7424g5627g14033。
2,何谓g1861g7524反应？与g1861晶反应g7389什么区g2047？
3,分g7524一g8437g9195碳体、g1120g8437g9195碳体、三g8437g9195碳体、g1861晶g9195碳体、g1861g7524g9195碳体的异同之g3800。
4,g16757g12651铁碳合金中g1120g8437g9195碳体和三g8437g9195碳体最大可g14033含量。
5,分g2047g16757g12651g14725氏体中g1861晶g9195碳体、g1120g8437g9195碳体、g1861g7524g9195碳体的含量。
6,绘g1998Fe-Fe
3
C相g3282，并叙g17860各特g5627点、线的名g12228及含g1053。标g1998各相区的相和组织组成g10301。
7,分g7524
C
w ＝0.3%、
C
w ＝0.6%、
C
w ＝1.0%的铁碳合金g1186液态g5191衡冷却到室温的转变过程，g11004冷却曲线和组织g12046意g3282g16840明各g19466g8585的组织，并分g2047g16757g12651室温下相组成g10301及组织组成g10301的相对含量。
8,分g7524
C
w ＝3.5%、
C
w ＝5.0%的铁碳合金g1186液态g5191衡冷却到室温的转变过程，g11004冷却曲线和组织g12046意g3282g16840明各g19466g8585的组织，并分g2047g16757g12651室温下相组成g10301及组织组成g10301的相对含量。
9,两块不同成分的碳素g19062g16809样A和B，加热g14279850℃保温后以缓g5942的g17907度冷却到室温，
分g2047g16278g4531其金相组织，其结g7536是g726Ag16809样g1820g1861g7524铁素体面g12227为41.6%，g10676g1821体的面g12227为
58.4%；B g16809样g1820g1861g7524铁素体面g12227为 7.3%，g10676g1821体的面g12227为 92.7%。假设铁素体和g9195碳体的密度相同，铁素体中的含碳量为0，g16809g8726A、B两种g19062的含碳量。
10,含碳量对铁碳合金的g2159g4410g5627g14033和工g14414g5627g14033g7389何影响?
11,铁碳相g3282g7389哪些应g11004？g2460g7389哪些局限g5627？
