铁碳相图和铁炭合金钢与铸铁是现代工业中应用最广泛的合金，其基本组成主要是铁和碳两大元素，若了解钢和铁时，首先必须知道简单的铁碳二元合金的组织与性能铁与碳可以形成Fe3C，Fe2C，FeC等多种稳定化合物，但含碳量大于5％的铁碳合金在工业上没有应用价值，所以在研究铁碳合金时，仅讨论Fe-Fe3C部分下面我们要讲的铁碳相图，实际上也就是Fe-Fe3C状态图碳在铁碳合金中以两种方式存在，即渗碳体(Fe3C)或石墨本章仅分析Fe-Fe3C相图1. 铁碳相图和铁碳合金a.纯铁 ：纯铁溶点为1538 ℃，温度变化时会发生同素异构变化在912℃以下为体心立方，称α铁(α-Fe)；912 ℃--1394℃ 之间为面心立方体，称为γ铁(γ-Fe)；在1394 ℃--1538 ℃(熔点)之间为体心立方被称为δ 铁(δ -Fe)b.铁的固溶体 ：碳溶解于α铁或 δ铁中形成的固溶体称为铁素体，用α或 δ表示碳在铁素体中最大溶解度为0.0218％碳溶解于γ铁中形成的固溶体称为奥氏体，用γ表示碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11％ c.渗碳体(Fe3C) ：渗碳体具有复杂的斜方结构，它的硬度很高，塑性几乎为零，属脆硬相。
渗碳体在钢和铸铁中可呈片状、球状、网状、板状它是钢中主要的强化相它的量、形态、分布都对钢的性能影晌很大，这一点非常重要，请大家务必注意！ 2 2.铁碳合金的平衡凝固 ：通常以含碳量的多少来区分钢和铸铁含碳量在0.0218-2.11％的铁碳合金称为钢，含碳量大于2.11％的铁碳合金称为铸铁含碳量小于0.0218％的铁碳合金则为工业纯铁下面让我们对照着铁碳相图，分析与我们有关的几条线，a.共析钢(0.77％C，线3) 合金在1-2点温度发生晶体转变L-γ，结晶出奥氏体到2点温度结晶完成2-3点为单相奥聂氏体在3点温度(727 ℃)发生共析转变，由γ奥氏体转变成为珠光体αp+Fe3C，一般用P表示珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物珠光体中的铁素体为88％，渗碳体为12％b.亚共析钢 (0.0218-0.77％C，线2) 合金在1-2点温度发生转变L- δ，结晶出铁素体，在2点温度(1495 ℃)后仍有液相剩余，在2-3点温度，剩余的液相转变为L-γ在3点温度，合金全部为奥氏体单相奥氏体冷却到4点温度开始析出铁素体α随温度下降铁素体不断增多，当温度达到5点(727 ℃)时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77％，发生共析转变成珠光体。
在5点温度以下该合金的室温组织为铁素体加珠光体α+P其金相仍为铁素体和渗碳体两相c.过共析钢(0.77-2.11％C，线4) 合金在1-2温度发生转变L-γ，结晶出奥氏体在2点凝固完成，合金为单一奥氏体，直到3点开始从奥氏体中析出二次渗碳体，直到4点为止最后得到的组织是珠光体和二次渗碳体(P+Fe3CИ )钢的热处理 钢奥氏体化后冷却至室温时的力学性能，不仅与加热时奥氏体状态有关，而且在很大程度上取决于冷却时转变产物的类型和组织状态冷却方式和冷却速度对转变产物的类型和组织状态有很大影晌，所以，冷却过程决定着钢固态转变后的组织与性能在生产中通过加热、保温和冷却，使钢发生固态转变，借此改变其内部组织结构，从而达到改善力学性能的目的的操作过程和工艺方法就称为热处理热处理分为常规热处理和化学热处理二大类， 热处理-常说的热处理就是人们俗称的“三把火”，即淬火、回火、退火1.淬火：将钢(铁碳合金)加热到PSK相变线温度(727 ℃)以上，钢的内部组织由铁素体加渗碳体( Fe3C)转变为奥氏体，此时的渗碳体呈细密的针状，称为针状马氏体，再将钢快速冷却，使其内部的马氏体组织固化，淬火的作用是获得硬而耐磨的材料性能，满足机械零件性能的需要。
优质碳素结构钢的淬火温度一般在PSK线以上100-150 ℃，在水中急速冷却；合金结构钢淬火温度820-940 ℃，在油中冷却，只有极少数合金钢是高温淬火而在空气中冷却，如15CrMo、25Cr2Mo1VA等2 .退火：将钢、铸铁件加热到300-500 ℃保温一段时间后，再随炉冷却，以得到稳定的内部组织结构和较好的塑性及加工性能3 .回火：将淬火后的钢件、弹性零件加热到200-600 ℃后，在水、油或空气中冷却，用于消除淬火应力或其他机械应力，调整零件的硬度值和钢度值(弹性元件)，淬火后的零件必须回火，否则极易脆断回火分低温回火(200 ℃)；中温回火(200-400℃ )；高温回火(400-600 ℃) 碳素结构钢多用高温回火，也就是人们常说的调质处理(淬火+高温回火)，合金结构钢按其所含合金元素不同回火温度范围较宽，从200-600 ℃，特殊的几种合金钢的回火温度很高，如CrMnV钢的回火温度高达700-750 ℃，但必须是在空气中冷却。