第三章 铁碳合金 铁碳合金中的基本组织结构 (Fe-Fe3C)铁碳平衡图 铁碳合金分类 碳对铁碳合金组织和性能的影响

§3-1 铁碳合金的组织 一、铁碳合金中的基本组织结构 固态下的铁碳合金可以是固溶体、 金属化合物、机械混合物。

铁素体(ferrite)(F)

碳溶解于α-Fe铁中形 成的间隙固溶体称为铁素体。 铁素体----体心立方晶 格； 铁素体的溶碳量很小， 力学性能接近纯铁； 强度、硬度很低，塑性 和韧性很好； 易于进行冲压等塑性变 形加工。

奥氏体(austenite)(A) 碳溶解在γ-Fe铁中 形成的间隙固溶体； 奥氏体----面心立方 晶格。 奥氏体的硬度不高， 塑性极好。 通常把钢加热到奥氏 体状态进行锻造。

渗碳体(Fe3C) 铁和碳形成的金属化 合物Fe3C。 渗碳体的硬度高，脆 性大，塑性很差。 铁碳合金中的渗碳体 量过多将导致材料力学 性能变坏。 一定量的渗碳体若呈 细小而弥散分布于基体 之上，可以提高材料的 强度和硬度。

珠光体(pearlite)(P) 珠光体是奥氏体从高温缓慢冷却时发生 共析转变所形成的, 是铁素体和渗碳体两相 组织的机械混合物。 A P= F+ Fe3C 其立体形状为铁素体薄层和渗碳体薄层 交替重叠的层状物。 常见的珠光体形态是铁素体、渗碳体片 层相间分布的。片层愈细密，强度愈高。

莱氏体(1edeburite)(Ld)莱氏体是奥氏体(或珠光体)与渗碳体的 机械混合物。 Ld =A+ Fe3C Ld’=P+ Fe3C 莱氏体中的渗碳体较多，脆性大，硬度 高，塑性很差。 铁素体、珠光体、渗碳体和莱氏体是铁碳 合金状态图中的基本组织结构。它们的含 碳量不同，性能也各不相同。

力学性能表

二、铁碳合金平衡状态图 说明合金成分、温度和组织三者关系 的图形称为状态图。 铁碳合金状态图是表示在极缓慢冷却 (或加热)条件下，不同化学成分的合 金，在不同温度下所具有的组织状态 的图形。 每一点，都表示确定成分的合金在确 定温度下所具有的内部组织。

Fe-Fe3C相图主要特性点

Fe-Fe3C相图主要特性线

Fe-Fe3C相图主要相区

三、铁碳合金分类 按碳的质量分数和室温平衡组织的不同， 可分为工业纯铁、钢、白口铸铁三类。

四、碳对铁碳合金组织和性能的影响 碳是决定钢铁材料组 织和性能最主要的元 素。 不同碳的质量分数的 铁碳合金在缓冷条件 下，其结晶过程及最 终得到的室温平衡组 织也不相同。 铁碳合金的室温平衡 组织由铁素体和渗碳 体两相构成的。

五、Fe-Fe3C状态图的应用Fe-Fe3C状态图从客观上反映了钢铁材料的组织随化 学成分和温度变化的规律，因此在工程上为

选材及制定 铸、锻、焊、热处理等加工工艺提供了理论依据。

三、可锻性 衡量材料通过塑性加工获得优 质零件的难易程度的工艺性能。 材料通过塑性加工获得优质零 件的难易程度。 可锻性好 塑性加工容易； 可锻性差 塑性加工困难； 金属的可锻性取决于金属的本 质和加工条件。

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金属的本性 化学成分的影响：纯金属的可 锻性比合金好。 金属组织的影响：纯金属及固 溶体的可锻性好，而碳化物的可锻 性差；粗晶粒结构不如晶粒细小而 又均匀组织的可锻性好。

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加工条件(1)变形温度的影响：

金属变形时随 温度升高，金属 的塑性上升，变 形抗力下降，即 金属的可锻性增 加。 右图：碳钢锻 造的温度范围。

(2)变形速度的影响： 热效应现象--金属在变形过程中， 消耗于塑性变形的能量有一部分转化 为热能，使金属温度升高。

变形速度指单位时间内的变形 程度。 变形速度对可锻性的影响表现 在两个方面：