铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及制订热加工和热处理工艺也具有重要的指导意义。

铁和碳的结合方式有两种：其一是碳溶于铁中形成间隙固溶体，如碳可以分别溶于δ-Fe、γ-Fe、α-Fe中，形成相应的固溶体；其二是铁和碳发生化学作用形成一系列化合物，如Fe₃C、Fe₂C、FeC等。因此，整个铁碳相图包括Fe-Fe₃C、Fe₃ C-Fe₂C、Fe₂C-FeC、FeC-C等几个部分，如图1-1所示。

图1-1 铁碳合金的各种化合物

Fe₃C中碳的质量分数为6.69%。工业上使用的铁碳合金，碳的质量分数不超过5%，所以铁碳相图中只有Fe-Fe₃C部分（图1-1中的影线部分）有实用意义，通常称为Fe-Fe₃C相图，如图1-2所示。

1.铁碳相图中的相

铁碳相图中存在五种相。

（1）液相 铁和碳的液溶体，用符号L表示。

（2）高温铁素体（δ） 碳在δ-Fe中的间隙固溶体，呈体心立方晶格，在1394℃以上存在。

（3）铁素体 碳在α-Fe中的间隙固溶体，呈体心立方晶格。铁素体中碳的溶解度很小，室温时碳的质量分数约为0.0008%，在727℃时溶碳量最大，为0.0218%（质量分数）。其性能特点是强度低、硬度低、塑性好。铁素体用符号F表示。

图1-2 铁碳相图

（4）奥氏体 碳在γ-Fe中的间隙固溶体，呈面心立方晶格。奥氏体中碳的溶解度较大，在1148℃时溶碳量最大，达2.11%（质量分数）。其性能特点是强度较低、硬度不高、塑性良好。奥氏体用符号A表示。

（5）渗碳体 铁与碳的一种具有复杂晶格的间隙化合物，化学式为Fe₃C。其性能特点是硬度很高、塑性极差、脆性大。渗碳体直接用其化学式表示。

2.铁碳相图中的特性点和特性线

（1）铁碳相图中的特性点 铁碳相图中的部分特性点见表1-1。(www.daowen.com)

表1-1 铁碳相图中的部分特性点

相图中C点和S点是两个重要的特性点。

1）C点：共晶点。合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时，C点成分的液相将同时结晶出E点成分的奥氏体和渗碳体。

L_C→A+Fe₃C

这种由一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应称为共晶反应。

2）S点：共析点。合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时，S点成分的奥氏体会同时析出P点成分的铁素体和渗碳体。

A_S→F_P+Fe₃C

这种由一种固相在恒温下同时析出两种完全不同的固相的反应称为共析反应。S点成分的奥氏体共析反应产物是由铁素体和渗碳体两种晶体组成的共析组织，称为珠光体，用符号P表示。珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。

（2）铁碳相图中的特性线 相图中的ABCD线为液相线，AHJECF线为固相线。

ECF线为共晶反应线，碳质量分数为2.11%～6.69%的铁碳合金，在平衡结晶过程中冷却到该线时均会发生共晶反应。

PSK线为共析反应线，碳质量分数为0.0218%～6.69%的铁碳合金，在平衡结晶过程中冷却到该线时均会发生共析反应。PSK线又称为A₁线。

GS线是合金冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的临界温度线，通常称为A₃线。

ES线是碳在奥氏体中的固溶线，通常称为A_cm线。由于在1148℃时奥氏体中的溶碳量最大，可达2.11%（质量分数），而在727℃时仅为0.77%（质量分数），所以碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷却到727℃的过程中，将从奥氏体中析出渗碳体。析出的渗碳体称为二次渗碳体（Fe₃C_Ⅱ）。ES线又称为从奥氏体中开始析出Fe₃C_Ⅱ的临界温度线。