铁碳合金相图是铁-碳二元合金系统的相图。

铁碳合金相图是铁-碳二元合金系统的相图。1

在加工完的钢和铸铁中，总会含有一定数量的碳元素，这些碳元素所占的比重决定了钢/铸铁的特性。通过铁碳合金相图，人们可以直观的看出（钢铁）形成过程中的组分变化与碳元素含量、温度间的相互关系。

若需要知道在不同冷却速率下的微结构，一般会参考恒温变态图。

碳是铁碳合金中最重要的合金元素，碳含量小幅的变化也可能会对合金的材质或性质有大的影响。铁碳合金相图可以表达温度及碳的浓度对钢铁的影响，不过没有其他金属的资讯。铁碳合金相图可以分为二部分：亚稳定的Fe-Fe3C系统，其中的碳已和铁键结，以及稳定的Fe-C系统，其中碳以石墨的形式存在。铁碳合金相图一般会包括这两个系统，不过Fe-Fe3C系统用到的比较多。

相图中的X轴是碳的含量，Y轴是温度。图中只标示一般比较常用到的部分，也就是碳含量在0%到6.67%的区域（只有少量合金的含量高过此值），碳含量6.67%约对应100%的碳化三铁。相图中代表性的位置用英文字母表示，有些标示方式会省略英文字母I，改用字母J表示。

其中折线ABCD是液相线，在液相线以上的部分为液体。折线AHIECF为固相线，低于固相线的部分为固体。在液相线和固相线之间的是糊状、部分熔化的区域，其中包括δ铁、γ铁和碳化三铁（Fe3C）．有不同的浓度及比例。若合金冷却到液相线下时，会渐渐的结晶。

随着碳含量的不同，铁碳合金中的铁也会出现不同的同素异形体，像分别由δ铁、γ铁及α铁形成的固溶体，对碳就有不同的溶解度，其原因是不同的晶格结构及晶格常数。像铁素体就是由δ铁或α铁形成的固溶体，而奥氏体则以γ铁为主。

熔化是指形成液相的铁碳合金，液相线以上均为液相，在液相线和固相线之间的是固相和液相共存。

δ铁素体：体心立方晶系

γ奥氏体：面心立方晶系

α铁素体：体心立方晶系

石墨（稳定态）或碳化三铁（Fe3C，亚稳定系统）

珠光体和莱氏体不算是特别的相，只是一种相混合状态（微结构）。珠光体和莱氏体只会出现在稳定，或是亚稳定的系统中，例如缓慢的冷却。若是快速冷却（例如淬火）会形成马氏体，是一种硬脆的结构。以下是在亚稳定的系统中，一些特殊的点、线及现象。

点

A：（0%/1536 °C），B：（0,53%/1492 °C），C：（4.3%/1147 °C），D：（6.67%/1320 °C），E：（2.06%/1147 °C）

F：（6.67%/1147 °C），G：（0%/911 °C），H：（0.1%/1493 °C），I：（0.16%/1493 °C），K：（6.67%/723 °C）

N：（0%/1392 °C），P：（0.022%/723 °C），S：（0.8%/723 °C），Q：（0.002%/20 °C），M：（0%/769 °C）

S'：（0.69%/738 °C），E'：（2.03%/1153 °C），C'：（4.25%/1153 °C）

线

液相线：A-B-C-D，固相线: A-H-I-E-C-F

共晶线：E-C-F，共析线：P-S-K，包晶线：H-I-B

现象

共晶点：4.3%/1147 °C（C点）

共析点：0.8%/723 °C（S点）

包晶点：0.16%/1493 °C（I点）

以下是各金相的名称，δ固溶体、γ固溶体及α固溶体分别是指铁素体、奥氏体及铁素体。

铁碳化合物碳化三铁（Fe3C）也是一个相，但和上述铁和碳混合的相不同，碳化三铁是中间相，碳化三铁会以三种不同的形式出现，但其化学成分是一样的。

以下是一些相和相的混合物：

铁碳合金相图中有三个等温过程，分别是包晶（线 HIB）、共晶（线 ECF）及共析（线 PSK）。

点 H：δ铁素体中，最大碳溶解度的点 点 I：包晶 δ+L → γ

当钢加热或是冷却的时候，会出现一些特性不连续变化的情形，主要有以下几点。

A1– 线P-S-K，当碳含量> 0.02 %时，超过723°C时奥氏体会分解为珠光体。

A2– 线M-O，加热超过769°C（居里点）时会失去铁磁性。

A3– 线G-O-S，冷却时会形成含碳量较少的铁素体，从奥氏体中游离的碳会开始累积，直到温度到723°C的共晶温度为止。

配合铁碳合金相图，可以清楚的回答一些有关钢（可锻的铁碳合金，碳含量小于2.6%）及铸铁（不可锻的铁碳合金，碳含量大于2.6%）的特性问题。

钢可以锻造，因为其成分为均质的奥氏体，而铸铁中的碳是以石墨或是菜氏体的形式存在，因此延展性变差，不适合锻造，而且其相变化是在熔化时突然发生。

纯铁的熔点是1536°C，也可以看出钢及铸铁在完全固化（或开始熔化）时的温度（A-H-I-E线及E-C-F线），铸铁开始熔化的最低温度是在1147°C，这也说明铸铁比钢更容易用在铸造的应用上。

基于上述原因，铁碳合金相图是在要了解铁碳合金特性时，很重要的工具。

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