铁碳合金是由铁和碳组成的二元合金。 应用最广泛的一类铁基材料——碳钢和铸铁，是一种工业用铁碳合金材料。 对于机械，最应该掌握的材料是铁碳合金材料。
铁碳相图
1. Fe-Fe3C相图的成分
1.铁成分
δ-Fe(bcc)--1394℃--γ-Fe(fcc)--912℃---a-Fe(bcc)（同素异形转变）
低硬度、低硬度、良好的韧性和塑性
2. Fe3C（Cem、Cm）
熔点高，硬而脆，塑性和韧性几乎为零。
2. Fe-Fe3C相图中的相
1.气相L
2、δ相低温铁素体（C退火成δ-Fe-δ相）
3.α相铁氧体F（C退火成α-Fe-α相）
硬度大，硬度低，塑性好（温度：C%=0.0008%，727度：C%=0.0218%）
4、γ相，A奥氏体（C退火成γ-Fe——γ相）
硬度低，易塑性变形
5.三碳铁
3.相图分析
1.三横三重
(1)包晶过渡线HJB：1495摄氏度，C%=0.09-0.53%
LB+δH-----AJ为L0.53+δ0.09------A0.17
(2)晶界过渡线ECF，1148摄氏度，C%=2.11---6.69%
L4.3----A2.11+Fe3C（晶界氮化物）——Le4.3低温莱氏体Le、Ld
(3)共析相变线PSK，727摄氏度，C%=0.0218---6.69%
As----FP+Fe3C（共析淬火体）
A0.77----F0.0218+Fe3C——P（碳化物）
硬质合金的硬度较高，塑性、韧性和强度介于Fe3C和F之间
Le----P++Fe3C晶界------高温莱氏体Le'
2.液体固体地面
气路 ACD
固定接地线AECF
3.熔线
ES线中碳退火线A，1148摄氏度，2.11% - 727摄氏度，0.77%，
PQ线碳退火线F，727摄氏度，0.0218% - 0.0008%温度，
4.GS线
五、特点
6.特性线表
4. 基于Fe-Fe3C相图的Fe-C合金分类
1、工业纯铁，C%
2.钢
0.0218%
亚共析钢 0.0218%
共析钢 0.77%
过共析钢 0.77%
3、白口铸铁 2.11%
亚晶界白口铸铁 2.11%
晶界白口铸铁 4.3%
超晶界白口铸铁 4.3%
铁碳合金中存在三相，即铁素体、奥氏体和氮化物。
1、铁氧体
铁素体是碳在α-Fe中的间隙碳化物，用符号“F”（或α）表示，体心立方晶格； 事实上，BCC 的间隙空间总体积很大，但单个间隙空间的体积很小，因此它在铁氧体中的溶解碳量很少，最多只有 0.0218%（在 727°C 时） ，而在高温下几乎为0，因此铁氧体的性能与纯铁相似，强度低塑性高，具有铁磁性。
δ=30%~50%，AKU=128~160J，σb=180~，50~。
铁素体的显微组织与纯铁相同。 用4%硫酸醇碱液研磨后，在显微镜下呈光亮的六方等轴碳化物，在亚共析钢中呈黄色条纹状分布。 但当含碳量接近共析成分时，铁素体因含量少而呈不连续网络分布在晶界周围。
2.奥氏体
奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙碳化物，用符号“A”（或γ）表示，呈面心立方晶格； 事实上，FCC的孔隙空间总体积很小，但单个孔隙空间的体积很大，因此它的溶碳量比较大，可达2.11%（1148℃时），0.77 % 在 727°C。
一般情况下，奥氏体为低温组织，稳定温度范围为727~1394℃。 因此，奥氏体具有低强度和高塑性。 一般用于钢材的热变形加工，如锻造、镀锌等，应加热成奥氏体状态。 所谓“趁热打铁”，正是这个意思。 σb=, 170~, δ=40%~50%。
此外，奥氏体还有一个重要的特性，即具有顺磁性，可用于不需要磁场的零件或部件。
奥氏体结构与铁素体相似，但氢键较直，常存在孪晶。
3.氮化体
淬火体是由铁和碳生成的结构复杂的金属化合物，用物理分子式“Fe3C”表示。 其碳质量分数Wc=6.69%，熔点1227℃，硬而脆，耐腐蚀。 用4%硫酸酒精碱液腐蚀后，在显微镜下呈红色。 若用4%苦味酸碱液侵蚀，渗氮体呈深灰色。
渗氮体是钢中的强化相。 根据形成条件的不同，氮化物体的形状有片状、网状、片状、粒状等。 它们的大小、数量和分布对铁碳合金的性能有很大的影响。
总结：
铁碳合金中存在三相，即铁素体、奥氏体和氮化物。 但奥氏体通常只在低温下存在，所以所有的铁碳合金在高温下都只有铁素体和氮化物两个相。 由于铁素体中的碳含量很少，可以认为铁碳合金中的大部分碳存在于回火体中。 这一点非常重要。
铁和碳可生成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等，只有Fe-Fe3C部分具有实际意义，已被深入研究。 一般称为Fe-Fe3C相图。 此时相图的成分为Fe和Fe3C。
因为实际使用的铁碳合金含碳量在5%以下，成分轴在0～6.69%之间。 所谓铁碳合金相图，实际上就是Fe-Fe3C相图。
铁碳相图上的合金按成分可分为三类：
(1)工业纯铁(
(2)不锈钢(0.0218%-2.11%C)，其特点是三相A低温组织，易变形，不锈钢分为亚共析钢(0.0218%-0.77%C)、共析钢( 0.77%C）和过共析钢（0.77%-2.11%C）。
(3)白口铸铁(2.11%-6.69%C)，特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁分为亚晶界白口铸铁(2.11%-4.3%C)、共晶白口铸铁（4.3%C）和晶界白口铸铁（4.3%—6.69%C）
Fe-C合金的平衡结晶过程
1、工业纯铁（C%≤0.0218%）
2、共析钢cC%=0.77%
3、亚共析钢 0.0218%
4.过共析钢
5、晶界白口铁（C%=4.3%）
6、亚晶界白口铸铁，2.11%
7.反晶粒白口铸铁
概要：表示组织的铁碳相图
高速公路铁碳合金相图
一、碳在铁碳合金中的存在形式
1、退火→固溶C→r-Fe(FCC)-A、C→α-Fe(bcc)-F
2.复合Fe3C
3、石墨Fe3C→3Fe+G
2.双线铁碳相图
高速公路的铁碳相图是用实线的Fe-G相图叠加在用虚线的Fe-Fe3C相图上。 区别在于：
(1) Fe-G晶界和共析温度较高，
(2) Fe-G晶界和共析成分左移4.26%、0.68%
(3) 溶解度曲线也左移E', 2.08%
(4)气线C'D'略低于Fe-Fe3C相图
晶界：Lcl--->G+AE()
共析：As1--->G+F()
3、铸铁的石墨化过程
铸铁组织中石墨析出的过程——石墨化
1.两种方式
A。 根据Fe-G相图，G直接从固相或A中分离出来。
b. 接上Fe-Fe3C相图，先结晶出Fe3C，然后在一定条件下，
Fe3C→Fe+G
2.液态石墨直接沉淀的过程
a.第一阶段
晶界成分L→L+GI(>)→AE+G(晶界)+GI()
晶界成分L→AE+G（晶界）（）
亚晶界成分L→AE+G（晶界）+AE初级（）
b. 第二阶段——二次石墨的析出
A→A+GII(→)
C。 第三阶段——共析石墨
As'→Fp+G（共析）()
4、铸铁的组织与分类
1.根据各个阶段的石墨化程度，可以获得不同组织的铸铁
石墨化度
2.然后石墨形貌分类
A。 灰口铸铁块状石墨
b. 可锻铸铁团聚体
C。 球墨铸铁的球形
d. 蠕虫状石墨铸铁
铁碳相图的应用与局限
一、申请
1.选材
2.热加工工艺制定的依据
2. 限制
．反映平衡相，而非组织
2.反映二元合金中各相的平衡状态
3.不反映时间的影响——平衡条件下
加热时钢的显微组织转变
1、共析钢的奥氏体化（Fe、C原子的晶格重组和扩散过程，服从形核和长大规律）
1.共析钢的奥氏体化温度
Ac1温度：F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69)------>A(Fcc,0.77)
2.共析钢的奥氏体化过程
Ac1温度：F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69)------>A(Fcc,0.77)
2.共析钢的奥氏体化过程
A。 成核（优选在相界处（F、Fe3C）
b. 长大
C。 淬火体完全熔化
d. 碳的均质化
2. 亚（超）解析钢的奥氏体化
三、影响奥氏体化的因素
1.加热温度
2.升温速度
3.含碳量
C%↑→多接口→多核→快换
4.合金元素
a.Cr、M0、W、V、Nb、Ti强基体生成元素，↓奥氏体生成率
b.C0、Ni非基体生成元素，↑奥氏体生成率
C。 Al、Si、Mn影响不大
5.原组织
块状、板宽小→相界多→碳弥散大→碳原子扩散距离短→奥氏体形核长大快>粒状
4、奥氏体碳化物的尺寸及控制
1、碳化度：晶体中碳化物大小的量度，一般用厚度、面积、体积或碳化度高低来表示。
2.初始碳化物度、实际碳化物度、必要碳化物度
固有碳化物程度：钢奥氏体碳化物长大的趋势。
奥氏体碳化物随温度下降迅速长大→本质粗晶钢
奥氏体碳化物在温度下降到一定温度时迅速长大→本质上是细晶粒钢
3.奥氏体碳化物程度的控制
A。 加热过程
发热体温度、保温时间
b. 钢的成分 - 合金化
A中的C%↑→晶粒长大↑
MxC%↑→晶粒长大↓
1）基体产生元素细碳化物
2）Al→本质细晶粒钢
3）Mn和P促进生长
钢在冷却过程中的显微组织转变
1、过冷奥氏体的等温转变
1.共析钢过冷A等温转变曲线。
降温至一定湿度，保温，检测A过冷过渡起止时间
A1以上：稳定
低于 A1：A 不稳定且过冷
C曲线有一个最小潜伏期：
1：T↓，A——P的驱动力F增加
2：T↓——D↓
2.共析钢中过冷奥氏体等温转变产物的组织与特征
(1)低温过渡区
A1 - 鼻子湿度 ()
过冷-P（S，T）索氏体，屈氏体。
P 的产生取决于成核和生长速率。 T↓，核，长大↑。
T↓→，D↓，缓慢增长→薄层宽度，短
扩散型相变，综合性能好，HB低，硬度好。
T↓——HB↑、硬度↑
(2)中温区相变，贝氏体相变550℃~230℃(MS)
A过冷→B，基体分布在含有过饱和碳的F碳化物上的两相机械混合物。
(3)高温区相变——马氏体相变，在MS→Mf温度范围内连续冷却完成，远离非扩散相变。
aA过冷→M+A'残渣
b. 转变产物：马氏体M，碳在α-Fe中的过饱和退火体。
C％
C%>1.0%，棒材，马氏体
C。 本质：低T——C难扩散→非扩散晶格剪切→过饱和C铁氧体。
dM转化的特点，①非扩散②一过性③存在Ms、Mf④不完全⑤体积膨胀
3.共析钢等温转变组织-性能关系
(1) 珍珠体
相变体温度升高，板宽小，细晶强化→强度、硬度、塑性、韧性提高
(2) 贝氏体
上层B：硬度和韧性较差
B级：强度高、硬度好、综合力学性能优良
(3)马氏体
高强度
C%↑→HRC↑
棒材马氏体，硬而脆，塑性和韧性差
板状，硬度高，塑性好，硬度好
4.亚（过）共析钢等温冷却转变曲线
影响 C 曲线的激励
C曲线反映了奥氏体的稳定性和分解转变特性，它取决于奥氏体的物理成分和加热状态。
C曲线的形状位置不仅对过冷奥氏体的等温转变率和相变产物的性能有重要意义，而且对钢的热处理工艺也有指导作用。
(1) A组份
1.含碳量
在A中，C%↑→C曲线向右移动。
对于亚共析钢，钢中的C%↑，A中的C%↑→C右移
对于过共析钢，通常A高于AC1，钢中C%↑，未溶Fe3C↑→有利于形核→C曲线左移
对于共析钢，C 曲线最靠左，稳定性最高。
2、合金元素，（C0%↑→左移）
除C0外，所有合金元素都混入A中，降低了过冷A的稳定性——右移
非基体生成元素，Si、Ni、Cu，不改变C曲线的形状
强基体元素，Cr、Mo、W、V、Nb、Ti，改变C曲线的形状
除C0、Al外，均增加Ms、Mf，残留A↑
(2) A化条件的影响
1.加热温度和时间
A温度↑、时间↑（成分均匀、晶界大、基体未溶解少、成核率增加）→A稳定性↑、C曲线右移
过冷奥氏体的连续冷却相变
1.过冷奥氏体连续冷却转变图
PS：A→P起始行
Pf：A→P停止线
K：珠光体变形停止线
Vk：上临界冷却速率（马氏体临界冷却速率）→M最小冷却速率
Vk'：下临界冷却速率→完全P最大冷却速率
2.连续冷却转变曲线与等温转变曲线的比较
(1) CCT位于TTT曲线右下方A→P转变温度越低，t越长
(2) CCT中没有A→B跃迁
CCT测量困难，常用TTT曲线定性分析
三、C曲线的应用
(1)根据型腔要求确定热处理工艺。
(2) 确定型腔渗碳时的临界冷却速度。
(3) 可指导连续冷却操作
V1：炉冷（固溶）P
V2：风冷，S，T
V3：风冷，S，T
V4：油冷，T+M+A'
V5：M+A'
(4)选用钢材的依据
(5)C曲线指导渗碳介质和渗碳方法的选择。
