第四章 铁碳合金.docx
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第四章铁碳合金
第四章铁碳合金和铁碳相图
铁碳合金中的主要元素是铁和碳，它包括工业纯铁、碳钢和白口铸铁。
铁碳合金是世界上产量最大、使用最广泛的金属材料—钢铁材料的发展基础，因此，铁碳合金相图是所有相图中最基本，最重要的相图。
铁碳合金中，碳的存在形式有两种，渗碳体和石墨。
渗碳体是一个亚稳定的化合物，在一定条件下可分解为铁和石墨。
所以，铁碳相图有两个，一个是Fe—Fe3C相图，是工业用钢的基础；另一个是Fe—石墨相图，是工业用铸铁的基础。
本章主要介绍Fe—Fe3C相图，关于Fe—石墨相图在金属材料学中会介绍。
§4.1纯铁和铁碳合金中的相
一、纯铁
铁是钢铁材料最主要和最基本的元素。
铁的原子序数为26，原子量为56，属于过渡族元素。
铁的熔点为1538℃，温度20℃时的密度为7.87
.
1.铁的同素异构转变（重结晶或多晶型转变）
同素异构转变是指外界温度和压力改变时，固态金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现象，它是一个相变过程。
同素异构转变同液相结晶一样，也是一个晶核形成和晶核长大的过程。
为了区别于液相结晶，同素异构转变又称为重结晶或多晶型转变。
铁就具有同素异构转变的现象。
如图4.1是纯铁的冷却曲线。
从图中可以看出：
当液态铁缓慢冷却至1538℃时，结晶为体心立方结构的δ—Fe。
当温度降至1394℃时，δ—Fe转变为面心立方结构的γ—Fe，这个转变称为A4转变，转变的平衡温度（1394℃）称为A4点。
当温度降至912℃时，γ—Fe转变为无磁性的体心立方结构的α—Fe，这个转变称为A3转变，转变的平衡温度（912℃）称为A3点。
当温度降至770℃时，无磁性的α—Fe转变为有磁性的α—Fe，这个转变称为A2转变，转变的平衡温度称为A2点，也称居里点。
总之，固态纯铁有三种同素异构体。
随着温度的降低，依次为δ—Fe，γ—Fe和α—Fe，其中δ—Fe和α—Fe是体心立方结构，而γ—Fe是面心立方结构，图4.2是纯铁平衡结晶冷至室温的组织变化图。
铁的同素异构转变是钢铁合金化和热处理的基础。
2.纯铁的性能和应用教科书
二、铁碳合金中的相
铁碳合金中有三个重要的相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。
铁素体、奥氏体是间隙固溶体，而渗碳体是间隙化合物，属于金属化合物。
1.铁碳合金中的间隙固溶体——铁素体（F或α）和奥氏体（A或γ）
1）定义
铁素体是碳原子溶于体心立方结构的铁中，形成的间隙固溶体。
体心立方结构的铁有两种，一种是高温的δ—Fe，一种是低温的α—Fe。
本章所讨论的铁素体一般是指α铁素体。
用符号F或α来表示。
铁素体的晶体结构——体心立方结构，在727℃碳含量最高，0.0218%。
奥氏体是碳原子溶于面心立方结构的铁中，形成的间隙固溶体。
用符号A或γ来表示。
奥氏体的晶体结构——面心立方结构，在1148℃碳含量最高，2.11%。
2）性能
铁素体是一个软韧相，即硬度、强度较低，而塑性、韧性教好，其力学性能和工业纯铁相当，
在含碳量相同的情况下，同铁素体相比，奥氏体因为面心立方结构而具有更好的塑性。
2.铁碳合金中的金属化合物——渗碳体
1）定义
渗碳体是铁与碳相互作用形成的间隙化合物，它属于金属化合物，其晶体结构属于正交晶系，既不同于铁，也不同于碳。
其化学式为
，含碳量为6.69%。
2）性能
渗碳体是一个硬脆相，其力学性能如下：
渗碳体在低于230℃，具有磁性；在230℃以上磁性消失，这个转变称为A0转变，转变的平衡温度称为A0温度。
此外，渗碳体是一个不稳定的化合物，在一定条件下，会分解为铁和石墨，反应式为：
。
§4.2Fe—Fe3C相图
一、相图分析
1.点的意义
相图中各点的符号是国际通用的，不能随意更换。
各点的意义见表4-1。
2.曲线的意义
相图中各曲线代表的意义列表如下
序号
曲线
代表的意义
1
液相线
2
固相线
3
包晶线
4
缓冷时δ铁素体向奥氏体转变开始线
5
缓冷时δ铁素体向奥氏体转变结束线
6
共晶线
7
碳在奥氏体中的固溶度曲线
8
缓冷时奥氏体向α铁素体转变开始线
9
GP
缓冷时奥氏体向α铁素体转变结束线
10
PQ
碳在α铁素体中的固溶度曲线
11
PSK
共析线
12
770℃MO虚线
α铁素体的磁性转变曲线
13
230℃A0虚线
渗碳体的磁性转变曲线
3.相区的意义
1）单相区Fe—Fe3C相图中有5个单相区
2）两相区Fe—Fe3C相图中有7个两相区
3）三相区Fe—Fe3C相图中有3个三相区，即3条等温水平线
●实际上，Fe—Fe3C相图是由包晶反应、共晶反应和共析反应三部分连接而成的。
二、相图中的包晶转变（包晶线
）
在包晶温度1495℃的恒温下，含碳量为
点（0.53%）的液相和含碳量为
点（0.09%）的δ铁素体发生包晶反应，生成含碳量为
点（0.17%）的奥氏体，反应式为：
包晶反应时，奥氏体在固相δ铁素体和液相之间的界面上形核，它是非均匀形核。
形核后，奥氏体向δ铁素体和液相两个方向长大。
该包晶反应进行得相当彻底，不会发生包晶偏析，原因两个，一是反应温度高，二是碳是间隙原子，扩散快。
三、相图中的共晶转变
1.共晶转变的产物——莱氏体（
）
在共晶温度1148℃的恒温下，含碳量为C点（4.30%）的液相能同时结晶出含碳量为E点（2.11%）的奥氏体和渗碳体，反应式为：
共晶反应的产物是奥氏体和渗碳体的两相混合物，称为莱氏体，用
表示。
莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体。
根据杠杆定理，可以求出莱氏体中两相的相对量：
●含碳量在共晶线ECF上的合金平衡结晶时都要发生共晶反应。
2.莱氏体的组织形态和性能
莱氏体中，渗碳体量多，是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体的基体上（图4.15）。
由于莱氏体中渗碳体是硬脆相，且数量多，所以莱氏体是一个塑性和韧性很差的组织，冷热加工都难于进行。
四、相图中的共析转变
1.共析转变的产物——珠光体（
）
在共析温度727℃的恒温下，成分为S点的奥氏体同时析出成分为P点的α铁素体和渗碳体，反应式为：
共析转变也称
转变，产物是铁素体和渗碳体的两相混合物，称为珠光体，用P表示。
珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。
根据杠杆定理，可以求出珠光体中两相的相对量：
●含碳量在共析线PSK上的合金缓慢冷却时都要发生共析反应。
2.珠光体的组织形态和性能
共析转变是固态相变，转变开始时，α铁素体和渗碳体在奥氏体晶界上交替形核，并向奥氏体晶粒中以层片状形式长大，因此转变后形成的珠光体是层片状的（如图4.6所示），其中白色较厚的片是铁素体，黑色较薄的是渗碳体。
相互平行的片层领域称为珠光体领域或珠光体团。
由于珠光体中，铁素体较多，是软韧相，渗碳体较少，是硬脆相，所以，同铁素体相比，珠光体强度、硬度较高，而塑性、韧性较差。
其力学性能见教科书120页。
五、三条重要的曲线
1.GS线（A3线）——冷却时，奥氏体向铁素体转变的开始线
它是冷却时，奥氏体向铁素体发生同素异构转变的开始线，转变的温度随含碳量的增加逐渐降低。
它是由A3温度演化而来的，故也称A3线。
2.（Acm线）——碳在奥氏体中的溶解度曲线或二次渗碳析出线
它也称Acm线，cm表示渗碳体。
ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线，随温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小。
当合金表象点处于该曲线下方时，会在奥氏体晶界上析出渗碳体。
为了区别从液相中结晶的渗碳体，将它称为二次渗碳体，用
表示。
3.PQ线——碳在α铁素体的溶解度曲线或三次渗碳体析出线
PQ线是碳在α铁素体中的溶解度曲线。
随温度的降低，碳在α铁素体中的溶解度是减小的。
当铁碳合金的表象点处于该曲线下方时，会从铁素体晶界处析出渗碳体，称之为三次渗碳析体，用
体析出线.，因此该曲线又称为三次渗碳体析出线。
●由液相铁碳合金结晶出的渗碳体称为一次渗碳体，由共晶转变生成的渗碳体称为共晶渗碳体，由奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体，由共析转变生成的渗碳体称为共析渗碳体，由铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。
§4.3铁碳合金的分类及平衡结晶组织
不同含碳量的铁碳合金平衡结晶后得到的室温组织是不同的。
为了便于分析各种铁碳合金的平衡结晶过程，先对铁碳合金进行分类。
一、铁碳合金的分类
在Fe—Fe3C相图上，按照有无共晶转变，即以E点为界，将铁碳合金分为两大类：
碳钢和铸铁。
其中碳钢又称碳素钢或非合金钢；而铸铁因为碳以Fe3C的形式存在，断口呈亮白色，又称白口铸铁。
按照平衡结晶的组织特征，碳钢可分为：
工业纯铁（
），亚共析钢（
—0.77%），共析钢（
0.77%），过共析钢（
0.77%—2.11%）：
而白口铸铁可分为：
亚共晶白口铸铁（
2.11%—4.30%），共晶白口铸铁（
4.30%），过共晶白口铸铁（
4.30%—6.69%）。
二、碳钢的平衡结晶过程及其室温组织
1.工业纯铁（
）
工业纯铁是含碳量小于P点（
）的铁碳合金。
现以
0.01%的合金为例分析工业纯铁的平衡结晶过程。
1）平衡结晶过程
当液态合金冷却至液相线AB1点时，开始结晶出δ铁素体。
当冷却至固相线AH2点时，结晶结束，合金是单相的δ铁素体。
继续冷却，当合金冷却至NH曲线3点时，将发生δ铁素体向奥氏体的同素异晶转变，这一转变一直持续到NJ曲线4点时结束，合金变成单相奥氏体组织。
当温度降到GS曲线5点时，发生奥氏体向α铁素体的同素异晶转变，温度降到GP曲线6点时，这一转变结束，合金变成单相α铁素体组织。
再继续降温，当合金冷却到PQ曲线7点以下，会沿α铁素体晶界析出小片状三次渗碳体，析出过程一直持续到室温。
所以工业纯铁的室温组织为铁素体和三次渗碳体（
）。
2）平衡结晶过程的组织变化表达式
3）室温组织组成物和相组成物
合金平衡结晶后的组织组成物为：
（
），相组成物为：
（
）。
它们的相对量可用杠杆定理确定：
工业纯铁室温组织组成物的相对量和相组成物是相同的，并且从铁素体中析出的三次渗碳体量很少。
2.共析钢（
0.77%）
1）平衡结晶过程
当液态合金冷却至液相线BC1点时，开始结晶出奥氏体。
当冷却至固相线JE2点时，结晶结束，合金是单相奥氏体组织。
当合金冷却至S点时，在共析温度727℃恒温条件下，发生共析反应，反应的产物是珠光体，它是由成分为P点的铁素体片和渗碳体片组成的两相混合物，共析反应生成的渗碳体称共析渗碳体。
继续降温，因碳在铁素体中的溶解度逐渐减小，会从铁素体晶界析出三次渗碳体，但其数量很少，不会对合金的组织和性能产生明显的影响，可忽略不计，可将727℃共析反应后的组织视为室温组织。
因此，共析钢的室温组织为珠光体。
2）平衡结晶过程的组织变化
平衡结晶过程的组织变化用表达式可描述为：
（注：
因从α铁素体中析出的三次渗碳体量很少，可忽略不计）
3）室温组织组成物和相组成物：
共析钢室温组织组成物是珠光体，没有相对量的问题，相组成物是铁素体和渗碳体，相对量可由杠杆定理确定。
3.亚共析钢（
—0.77%）
1）平衡结晶过程
现以
0.40%的铁碳合金为例分析亚共析钢的平衡结晶过程。
当液态合金冷却至液相线AB1点时，开始结晶出δ铁素体。
当冷却至包晶线HJB2点时，在1495℃的包晶温度下，发生包晶反应。
反应结束后，合金由液相和奥氏体两相组成，液相的成分为B点，奥氏体的成分为J点。
当冷却至固相线JE3点时，合金中的液相完全消失，结晶结束，此时合金是单相奥氏体组织。
合金继续降温至GS线4点时，发生奥氏体向α铁素体的同素异构转变，转变过程中，铁素体成分沿GP线变化，奥氏体成分沿GS线变化。
当温度降至共析温度，没有发生共析反应之前，合金由成分为P点的先共析铁素体和成分为S点的奥氏体两相组成。
在共析温度下，奥氏体发生共析反应，生成珠光体。
共析反应结束后，合金的组织是先共析铁素体和珠光体。
继续降温，先共析铁素体和珠光体中的铁素体会析出三次渗碳体，但其数量很少，可忽略不计，将727℃共析反应后的组织视为室温组织。
因此，亚共析钢的室温组织为先共析铁素体和珠光体。
2）平衡结晶过程的组织变化
平衡结晶过程的组织变化用表达式可描述为：
3）室温组织组成物和相组成物
亚共析钢的室温组织组成物为先共析铁素体和珠光体，其相对量为：
亚共析钢的室温相组成物为铁素体和渗碳体（其中铁素体包括先共析铁素体和珠光体中的铁素体，而渗碳体仅是珠光体中的渗碳体），其相对量为：
4.过共析钢（
0.77%—2.11%）
1）平衡结晶过程
现以
1.20%的合金为例来分析过共析钢的平衡结晶过程。
当液态合金冷却至液相线1点时，开始结晶出奥氏体，当冷却至固相线2点时，结晶结束。
此时，合金是单相奥氏体组织。
继续降温，当合金冷却至ES线3点时，开始从奥氏体晶界处析出二次渗碳体，它在奥氏体晶界上形成网状碳化物，在此过程中，奥氏体的成分沿ES线变化。
当合金冷却至共析温度，没有发生共析反应之前，合金由成分为S点的奥氏体和渗碳体组成。
共析反应之后，奥氏体转变为珠光体，此时，合金的组织为珠光体和二次渗碳体。
继续降温，虽然珠光体中的铁素体会析出三次渗碳体，但数量很少，可忽略不计。
因此过共析钢的室温组织为珠光体和二次渗碳体。
2）平衡结晶过程的组织变化
平衡结晶过程的组织变化用表达式可描述为：
3）室温组织的相对量和相的相对量
过共析钢的室温组织组成物为珠光体和二次渗碳体，其相对量为：
过共析钢的室温相组成物为铁素体和渗碳体，其相对量为：
三、白口铸铁的平衡结晶
1.共晶白口铸铁
1）平衡结晶过程
成分为C点的液相冷却到共晶温度1148℃时，在恒温条件下发生共晶反应，反应产物为莱氏体，它是由渗碳体和成分为E点（2.11%）的奥氏体组成的两相混合物。
其组织形态为颗粒状的奥氏体分布于渗碳体的基体上（图4.15中图）。
随温度的降低，奥氏体的成分沿ES曲线变化，碳在奥氏体中的溶解度减小，因此在奥氏体和共晶渗碳体的相界面上会析出二次渗碳体，但它和共晶渗碳体溶为一体，在显微镜下难于分辨。
当温度降至共析温度727℃时，奥氏体的成分为S点（0.77%）。
它通过共析反应生成珠光体。
由于珠光体保留了高温时奥氏体的颗粒状形态，因而共析反应后的组织形态和莱氏体相同（图4.15右图）。
所以将共晶白口铸铁的室温组织称为变态莱氏体，用
表示。
莱氏体中的颗粒物是奥氏体，而变态莱氏体中的颗粒物是珠光体，两者具有相同的形态，分布于渗碳体基体中。
2）平衡结晶过程的组织变化表达式
（其中
的显微镜下分辨不清）
3）室温组织组成物和相组成物
共晶白口铸铁的室温组织组成物为
，无相对量问题。
共晶白口铸铁的室温相组成物为铁素体和渗碳体，其相对量为：
2.亚共晶白口铸铁
1）平衡结晶过程
现以
的合金为例分析亚共晶白口铸铁的结晶过程。
当液相冷却至液相线BC1点时，开始结晶出先共晶奥氏体。
当合金冷却至共晶线ECF2点，没有发生共晶反应之前，合金由先共晶奥氏体和液相组成，先共晶奥氏体的成分为E点，液相的成分为C点。
共晶反应结束后，液相全部转变为莱氏体，此时，合金的组织为先共晶奥氏体和莱氏体。
先分析先共晶奥氏体在随后冷却过程中的变化。
随温度的降低，先共晶奥氏体的成分沿ES线变化，先共晶奥氏体中要析出二次渗碳体。
冷却到共析温度时，成分为S点的先共晶奥氏体通过共析反应转变为珠光体。
如前所述：
合金中的莱氏体冷却至室温成为变态莱氏体。
所以，亚共晶白口铸铁的室温组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体。
图4.18是亚共晶白口铸铁的室温组织图。
图中黑色的块状物是珠光体，由先共晶奥氏体转变而来；围绕块状珠光体，隐约可见一圈白色物，是从先共晶奥氏体中析出的二次渗碳体；图中余下的是变态莱氏体，其中黑色的是变态莱氏体中的珠光体，白色的是变态莱氏体中的共晶渗碳体。
2）平衡结晶过程的组织变化
（注意：
二次渗碳体是从先共晶奥氏体中析出的。
）
3）室温组织的相对量和相的相对量
亚共晶白口铸铁的室温组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体，三者的相对量为：
亚共晶白口铸铁室温相组成物为铁素体和渗碳体，其相对量为：
3.过共晶白口铸铁
现以
的合金为例进行分析。
1）平衡结晶过程和室温组织
当液态合金冷却至液相线CD1点时，开始结晶出一次渗碳体。
当冷却至共晶线2点，没有发生共晶反应时，合金由成分为C点的液相和一次渗碳体组成，一次渗碳体呈长条状（见图4.20）。
发生共晶反应后，液相全部转变为莱氏体，此时，合金的组织为莱氏体和一次渗碳体。
继续冷却至室温，合金中的莱氏体转变为变态莱氏体，而一次渗碳体无任何变化。
因此，过共晶白口铸铁的室温组织为变态莱氏体和一次渗碳体。
图4.20是过共晶白口铸铁的室温组织。
图中白色长条物是一次渗碳体，余下的是变态莱氏体。
2）平衡结晶过程的组织变化
平衡结晶过程的组织变化可用下列表达式表示：
3）室温组织的相对量和相的相对量
合金室温组织组成物为变态莱氏体和一次渗碳体，其相对量为：
合金室温相组成物为铁素体和渗碳体，其相对量为：
§4.4含碳量对铁碳合金平衡相、平衡组织及其力学性能的影响
一、含碳量对铁碳合金平衡相、平衡组织的影响
根据上一节对各种铁碳合金平衡结晶过程的分析，可以得到以下两点：
1.对平衡相的影响。
随含碳量的增加，铁碳合金中渗碳体相对量增加，铁素体相对量减小。
室温下，所有铁碳合金的相组成物都是铁素体和渗碳体。
由于忽略了从铁素体中析出的三次渗碳体，铁素体和渗碳体的相对量可由727℃共析反应后的杠杆定理确定。
随含碳量的增加，铁碳合金中铁素体量减小，而渗碳体量增加。
2.对平衡组织的影响。
随含碳量的增加，铁碳合金的室温组织发生了变化。
随含碳量的增加，铁碳合金依次被称为；工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁，相应地，它们的室温组织依次为：
室温组织组成物的相对量同样可由相应的杠杆定理确定，结果见图4.22。
虽然所有铁碳合金中都有渗碳体，但不同阶段形成的渗碳体形态不同，名称各异。
从液态合金中结晶的一次渗碳体呈长条状，共晶反应形成的共晶渗碳体是莱氏体的基体，从奥氏体中析出的二次渗碳体呈网络状分布于奥氏体晶界上，共析反应形成的共析渗碳体呈片状分布于珠光体中，从铁素体中析出的三次渗碳体呈小片状分布于铁素体晶界上。
二、含碳量对铁碳合金力学性能的影响
铁碳合金中，含碳量的变化不仅引起合金的组成相的相对量发生变化，而且引起合金组织（包括组织组成物，组成物的相对量）也发生变化。
正是由于这两方面的变化，对铁碳合金的性能产生了很大的影响。
这体现了成分、组织的变化对性能产生的影响。
1.对碳钢力学性能的影响
图4.23是含碳量对退火碳钢的影响，从图中可以看出：
1）在亚共析钢中，随含碳量的增加，钢的抗拉强度和硬度增大，而塑性和韧性降低。
亚共析钢的室温组织是先共析铁素体和珠光体。
同铁素体相比，珠光体有较高的强度和硬度，但塑性和韧性较低。
随含碳量的增加，亚共析钢中的铁素体量减小，珠光体量增加，所以钢的强度和硬度增加，塑性和韧性降低。
2）在过共析钢中，随含碳量的增加，钢的塑性和韧性进一步降低，硬度一直升高，而抗拉强度在含碳量约为1%时最大，含碳量继续增加，抗拉强度反而降低。
退火的过共析钢中会出现二次渗碳体，二次渗碳体是从奥氏体晶界上析出的。
当含碳量超过1%时，二次渗碳体在晶界处形成完整的、连续的网络，使钢的抗拉强度降低。
因此，为了保证工业上使用的碳钢具有足够的强度、并具有一定的塑性和韧性，钢中的含碳量一般不超过1.3%。
2.对白口铸铁力学性能的影响
含碳量大于2.11%的白口铸铁，含有莱氏体。
由于莱氏体是一个硬而脆的组织，难于进行冷热加工。
故白口铸铁在工业上应用并不广泛。
铁碳相图的应用
一、在制订加工工艺方面的应用
铁碳相图总结了不同成分的铁碳合金，在缓慢冷却和缓慢加热过程中组织转变的规律，这就为制订加工工艺提供了理论依据。
1.确定碳钢的切削加工性能
合金的切削加工性能和它的机械性能密切相关。
切削加工性能好的合金，不仅具有一定的强度、硬度，还应具有一定的塑性和韧性。
低碳钢（
）铁素体较多，塑性和韧性相当好，切削时产生的热量多，容易粘刀，而且切屑不易折断，影响钢材表面的光洁度，故低碳钢的切削加工性能不好。
高碳钢（
）和铸铁渗碳体较多，硬度高，难于切削，故它们的切削加工性能也不好。
中碳钢（
）铁素体和渗碳体比例适当，强度，硬度和塑性、韧性有良好的配合，故中碳钢的切削加工性能较好。
2.在铸造方面的应用
在铸造方面的应用包括以下三点：
1）确定铁碳合金的浇注温度。
浇注温度一般在液相线以上50—100℃。
温度太低，液相的流动性不好，难于充满铸型；温度太高，合金凝固后收缩大，容易产生铸造缺陷。
2）铸铁的铸造性能优于碳钢。
铸造性能包括液相的流动性、凝固收缩性和偏析倾向。
合金凝固温度范围越窄，凝固开始温度越低，则合金的流动性越好，凝固收缩和偏析倾向越小，铸造性能也越好。
铸铁的铸造性能优于碳钢的原因有两个：
一是铸铁的开始凝固温度低于碳钢，二是铸铁有共晶反应，凝固温度区间窄。
3）共晶成分的铸铁铸造性能最好。
根据铁碳相图可以知道，共晶白口铸铁的铸造性能最好，因为它的结晶温度最低，结晶温度区间为零，它处于液态时流动性好，结晶后偏析和分散缩孔少，可以得到致密的铸件。
所以，铸件的成分应尽量选择在共晶点附近。
3.在压力加工方面的应用
碳钢在室温下是由铁素体和渗碳体两相组成，而在高温下是单相奥氏体，不存在硬脆的渗碳体，因而具有单相奥氏体的钢强度更低，塑性更好，更容易变形。
因此钢的轧制和锻造必须选择在单相奥氏体区内适当的温度进行。
一般轧制和锻造的开始温度控制在固相线以下100——200℃范围内，温度太高会导致钢材氧化严重或发生奥氏体晶界熔化，而轧制和锻造结束温度控制在800℃以上，以免温度过低，钢材在变形过程中因塑性差而产生裂纹。
二、在选材方面的应用
铁碳相图还概括了铁碳合金组织、性能随成分变化而变化的规律。
这就可以根据零件的性能要求来选择材料。
如果需要塑性好，韧性高的材料，应该选择铁素体组织较多的低碳钢，即含碳量小于0.25%的碳钢；如果需要强度、塑性和韧性都较好的材料，应选择中碳钢，即含碳量在0.25%——0.60%的碳钢；如果需要硬度高、耐磨性好的材料，应选择高碳钢，即含碳量大于0.60%的碳钢。
一般低碳钢和中碳钢主要用于制造各种机器零件或钢结构，高碳钢用来制造各种工具。
白口铸铁中存在莱氏体组织，含有大量的渗碳体，故其性能是硬度高、脆性大，不论在高温或低温均难以加工，因此，白口铸铁的应用受到一定的限制。
关于铁碳相图在热处理方面的应用的相关知识，在热处理原理中详细讲述。
§4.5碳钢中的杂质元素和钢锭
在Fe—Fe3C相图上，碳钢是指含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金，也称为碳素钢或非合金钢。
而工业用碳钢除碳以外，还含有其它元素，如：
锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮。
其中，锰、硅是在钢冶炼过程中作为脱氧元素加入的，硫、磷、氧、氢、氮是冶炼过程中不能除尽的元素。
有时为了改善钢的组织和性能，还有目的地向钢中加入某些元素，这种有意加入钢中的元素称为合金元素，含有合金元素的钢称为合金钢。
关于合金钢以后会专门介绍，这里只讨论不含合金元素的钢——碳钢。
一、
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