首先，想要了解鐵碳合金、鐵碳相圖，則需要一些準(zhǔn)備知識(shí)，比如合金、相、組元成分的概念等，基本如下：

合金：一種金屬元素與另外一種或幾種元素，通過(guò)熔化或其他方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。

相：合金中同一化學(xué)成分、同一聚集狀態(tài)，并以界面相互分開(kāi)的各個(gè)均勻組成部分。

固溶體：是一個(gè)（或幾個(gè)）組元的原子（化合物）溶入另一個(gè)組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類(lèi)型的固態(tài)金屬晶體，固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。

固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙或結(jié)點(diǎn)，使晶格發(fā)生畸變，使固溶體硬度和強(qiáng)度升高，這種現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。

金屬化合物：合金的組元間以一定比例發(fā)生相互作用兒生成的一種新相，通常能以化學(xué)式表示其組成。

鐵碳合金相圖實(shí)際上是Fe-Fe₃C相圖，鐵碳合金的基本組元也應(yīng)該是純鐵和Fe₃C。鐵存在著同素異晶轉(zhuǎn)變，即在固態(tài)下有不同的結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)的鐵與碳可以形成不同的固溶體，F(xiàn)e—Fe₃C相圖上的固溶體都是間隙固溶體。由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特點(diǎn)不同，因而兩者的溶碳能力也不同。

在鐵碳合金中一共有三個(gè)相，即鐵素體、奧氏體和滲碳體。

1.鐵素體

鐵素體是碳在α-Fe中的間隙固溶體，用符號(hào)“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(gè)間隙體積較小，所以它的溶碳量很小，***多只有0.0218%(727℃時(shí))，室溫時(shí)幾乎為0，因此鐵素體的性能與純鐵相似，硬度低而塑性高，并有鐵磁性。

δ=30%~50%，A_KU=128~160J，σ_b=180~280MPa，50~80HBS.

鐵素體的顯微組織與純鐵相同,用4%硝酸酒精溶液浸蝕后,在顯微鏡下呈現(xiàn)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(dāng)含碳量接近共析成分時(shí),鐵素體因量少而呈斷續(xù)的網(wǎng)狀分布在珠光體的周?chē)?/p>

2.奧氏體

奧氏體是碳在γ-Fe中的間隙固溶體，用符號(hào)“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(gè)間隙體積較大，所以它的溶碳量較大，***多有2.11%(1148℃時(shí))，727℃時(shí)為0.77%。

在一般情況下，奧氏體是一種高溫組織,穩(wěn)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(duì)鋼鐵材料進(jìn)行熱變形加工,如鍛造,熱軋等時(shí)，都應(yīng)將其加熱成奧氏體狀態(tài)，所謂“趁熱打鐵”正是這個(gè)意思。σ_b=400MPa，170~220HBS，δ=40%~50%.

另外，奧氏體還有一個(gè)重要的性能,就是它具有順磁性，可用于要求不受磁場(chǎng)的零件或部件。

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。

3.滲碳體

滲碳體是鐵和碳形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬化合物，用化學(xué)分子式“Fe₃C”表示。它的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc=6.69%，熔點(diǎn)為1227℃,質(zhì)硬而脆，耐腐蝕。用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈白色，如果用4%苦味酸溶液浸蝕，滲碳體呈暗黑色。

滲碳體是鋼中的強(qiáng)化相，根據(jù)生成條件不同滲碳體有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，它們的大小、數(shù)量、分布對(duì)鐵碳合金性能有很大影響.

總結(jié)：

在鐵碳合金中一共有三個(gè)相，即鐵素體、奧氏體和滲碳體。但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下所有的鐵碳合金中只有兩個(gè)相，就是鐵素體和滲碳體。由于鐵素體中的含碳量非常少，所以可以認(rèn)為鐵碳合金中的碳絕大部分存在于滲碳體中。這一點(diǎn)是十分重要的.

鐵和碳可以形成一系列化合物，如Fe₃C，F(xiàn)e₂C，F(xiàn)eC等，有實(shí)用意義并被深入研究的只是Fe-Fe₃C部分，通常稱其為 Fe-Fe₃C相圖，此時(shí)相圖的組元為Fe和Fe₃C。

由于實(shí)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(shí)際上就是Fe—Fe₃C相圖。

鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類(lèi)：

（1）工業(yè)純鐵（<0.0218% C），其顯微組織為鐵素體晶粒，工業(yè)上很少應(yīng)用。

（2）碳鋼（0.0218%-2.11%C），其特點(diǎn)是高溫組織為單相A，易于變形，碳鋼又分為亞共析鋼（0.0218%-0.77%C）、共析鋼（0.77%C）和過(guò)共析鋼（0.77%-2.11%C）。

（3）白口鑄鐵（2.11%-6.69%C），其特點(diǎn)是鑄造性能好，但硬而脆，白口鑄鐵又分為亞共晶白口鑄鐵（2.11%-4.3%C）、共晶白口鑄鐵（4.3%C）和過(guò)共晶白口鑄鐵（4.3%—6.69%C）

相圖分析

Fe—Fe₃C相圖看起 來(lái)比較復(fù)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(gè)部分來(lái)分析

共晶轉(zhuǎn)變

在1148℃、4.3%C的液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：Lc(AE+Fe₃C)，轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為萊氏體，用符號(hào)Ld表示。

存在于1148℃~727℃之間的萊氏體稱為高溫萊氏體，用符號(hào)Ld表示，組織由奧氏體和滲碳體組成；存在于727℃以下的萊氏體稱為***萊氏體或稱低溫萊氏體，用符號(hào)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，F(xiàn)e₃CⅡ和共晶Fe₃C組成的機(jī)械混合物。經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后在顯微鏡下觀察，其中珠光體呈黑色顆粒狀或短棒狀分布在Fe₃C基體上，F(xiàn)e₃CⅡ和共晶Fe₃C交織在一起，一般無(wú)法分辨。

共析轉(zhuǎn)變

在727℃、0.77%的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：AS(F+Fe₃C)，轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為珠光體。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變的區(qū)別是轉(zhuǎn)變物是固體而非液體。

特征點(diǎn)

相圖中應(yīng)該掌握的特征點(diǎn)有：A、D、E、C、G(A₃點(diǎn))、S(A₁點(diǎn))，它們的含義一定要搞清楚。根據(jù)相圖分析如下點(diǎn)：

相圖中重要的點(diǎn)(14個(gè))：

1.組元的熔點(diǎn): A (0，1538) 鐵的熔點(diǎn)；D (6.69，1227) Fe₃C的熔點(diǎn)

2.同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)：N(0, 1394) δ-Fe γ-Fe；G(0, 912)γ-Fe α-Fe

3.碳在鐵中***大溶解度點(diǎn):

P(0.0218,727),碳在α-Fe 中的***大溶解度

E(2.11,1148),碳在γ-Fe 中的***大溶解度

H (0.09,1495),碳在δ-Fe中的***大溶解度

Q(0.0008,RT),室溫下碳在α-Fe 中的溶解度

三相共存點(diǎn):

S(共析點(diǎn),0.77,727),(A+F +Fe3C)

C(共晶點(diǎn),4.3,1148),( A+L +Fe3C)

J(包晶點(diǎn),0.17,1495),(δ+ A+L )

其它點(diǎn)

B(0.53,1495),發(fā)生包晶反應(yīng)時(shí)液相的成分

F(6.69,1148 ), 滲碳體

K(6.69,727 ), 滲碳體

特性線

相圖中的一些線應(yīng)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(yīng)線

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.11%～6.69%之間的鐵碳合金, 在平衡結(jié)晶過(guò)程中均發(fā)生共晶反應(yīng)。

水平線PSK為共析反應(yīng)線

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0218%～6.69%的鐵碳合金, 在平衡結(jié)晶過(guò)程中均發(fā)生共析反應(yīng)。

PSK線亦稱A₁線

GS線是合金冷卻時(shí)自A中開(kāi)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.由于在1148℃時(shí)A中溶碳量***大可達(dá)2.11%, 而在727℃時(shí)僅為0.77%, 因此碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.77%的鐵碳合金自1148℃冷至727℃的過(guò)程中, 將從A中析出Fe3C.析出的滲碳體稱為二次滲碳體(Fe3CII)。A_cm線亦為從A中開(kāi)始析出Fe3CII的臨界溫度線.

PQ線是碳在F中固溶線

在727℃時(shí)F中溶碳量***大可達(dá)0.0218%, 室溫時(shí)僅為0.0008%, 因此碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.0008%的鐵碳合金自727℃冷至室溫的過(guò)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(kāi)始析出Fe₃CIII的臨界溫度線。Fe₃CIII數(shù)量極少，往往予以忽略。

相圖相區(qū)

1.單相區(qū)(4個(gè)+1個(gè)): L,δ,A,F ,(+ Fe₃C)。

2.兩相區(qū)(7個(gè)):L + δ,L + Fe₃C,L + A, δ+ A ,A + F ,A + Fe₃C ,F + Fe₃C。