根据铁碳合金室温平衡组织的不同，可将其分为工业纯铁、钢和白口铸铁三类。

（1）工业纯铁 碳的质量分数小于或等于0.0218%。

（2）钢 碳的质量分数大于0.0218%而小于或等于2.11%，可分为：

1）亚共析钢：碳的质量分数大于0.0218%而小于0.77%。

2）共析钢：碳的质量分数等于0.77%。

3）过共析钢：碳的质量分数大于0.77%而小于或等于2.11%。

（3）白口铸铁 碳的质量分数大于2.11%而小于6.69%，可分为：

1）亚共晶白口铸铁：碳的质量分数大于2.11%而小于4.30%。

2）共晶白口铸铁：碳的质量分数等于4.30%。

3）过共晶白口铸铁：碳的质量分数大于4.30%而小于6.69%。

为了便于分析，将铁碳相图中实际应用很少的左上角部分和GPQ线以左碳质量分数很低的部分加以简化，形成图1-3所示的简化铁碳相图。下面选择相图中的六种典型铁碳合金，分析其组织转变过程。

1.共析钢

碳的质量分数等于0.77%的钢为共析钢（见图1-3中的Ⅰ），其平衡结晶过程中的组织转变如图1-4所示。

合金冷却时，自1点开始从液相中结晶出奥氏体，至2点全部结晶完毕。在2点和3点间，单相奥氏体冷却，不发生变化。到3点时，奥氏体发生共析反应，生成珠光体。奥氏体完全转变成珠光体后温度继续下降，珠光体不再发生变化。因此，共析钢的室温平衡组织全部为珠光体，如图1-5所示。

图1-3 简化的铁碳相图

图1-4 共析钢组织转变示意图

图1-5 共析钢的室温平衡状态显微组织

2.亚共析钢

以碳质量分数为0.4%的铁碳合金为例（见图1-3中的Ⅱ），其平衡结晶过程中的组织转变如图1-6所示。

合金冷却时，于2点开始从液相中结晶出奥氏体，到2点全部结晶完毕。在2点和3点间，单相奥氏体冷却。从3点起，冷却时从奥氏体中析出铁素体，铁素体在奥氏体晶界处优先形核并长大，到4点时，奥氏体的成分变为碳的质量分数为0.77%，铁素体的成分变为碳的质量分数为0.0218%。此时，奥氏体发生共析反应，转变为珠光体，铁素体不变化。4点以下合金组织不再发生变化。因此，亚共析钢的室温平衡组织为铁素体和珠光体。图1-7所示为碳质量分数为0.40%的亚共析钢的室温平衡状态显微组织。

3.过共析钢

以碳的质量分数为1.2%的铁碳合金为例（见图1-3中的Ⅲ），其平衡结晶过程中的组织转变如图1-8所示。

图1-6 亚共析钢的组织转变示意图

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图1-7 碳质量分数为0.4%的亚共析钢的室温平衡状态显微组织

图1-8 过共析钢的组织转变示意图

合金冷却时，于1点开始从液相中结晶出奥氏体，到2点全部结晶完毕。在2点和3点间，单相奥氏体冷却。从3点起，冷却时从奥氏体中析出二次渗碳体，二次渗碳体呈网状分布在奥氏体晶界上。到4点时，奥氏体的成分变为碳的质量分数为0.77%，此时奥氏体发生共析反应转变为珠光体，而二次渗碳体不发生变化。4点以下合金组织不再发生变化。因此，过共析钢的室温平衡组织为珠光体和二次渗碳体。图1-9所示为碳的质量分数为1.2%的过共析钢的室温平衡状态显微组织。

4.共晶白口铸铁

图1-9 碳的质量分数为1.2%的过共析钢的室温平衡状态显微组织

碳的质量分数为4.3%的铁碳合金是共晶白口铸铁（见图1-3中的Ⅴ），其平衡结晶过程中的组织转变如图1-10所示。

合金冷却时，于1点发生共晶反应，全部转变为莱氏体（由奥氏体和渗碳体组成的共晶组织，称为高温莱氏体）。在1点和2点之间，莱氏体中的奥氏体不断析出二次渗碳体。二次渗碳体与共晶渗碳体相连，在显微镜下无法分辨，此时的莱氏体由奥氏体、二次渗碳体和共晶渗碳体所组成。到2点时，奥氏体的成分变为碳质量分数为0.77%，并发生共析反应，转变为珠光体，高温莱氏体转变为低温莱氏体（由珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体组成，用符号L′d表示）。因此，共晶白口铸铁的室温平衡状态组织为低温莱氏体，如图1-11所示。

图1-10 共晶白口铸铁的组织转变示意图

图1-11 共晶白口铸铁的室温平衡状态显微组织

5.亚共晶白口铸铁

以碳的质量分数为3.0%的铁碳合金为例（见图1-3中的Ⅳ），其平衡结晶过程中的组织转变如图1-12所示。

合金冷却时，于1点开始从液相中结晶出奥氏体。在1点和2点之间，结晶出来的奥氏体数量不断增加，液相逐渐减少。到2点时，奥氏体的成分变为碳的质量分数为2.11%，液相的成分变为碳的质量分数为4.3%，并发生共晶反应，转变成高温莱氏体，奥氏体不参与反应。在2点和3点之间继续冷却时，从奥氏体中不断析出二次渗碳体。到3点时，所有奥氏体的成分变为碳的质量分数为0.77%，并发生共析反应，转变成珠光体，同时高温莱氏体也转变为低温莱氏体。3点以下合金组织不再变化。因此，亚共晶白口铸铁的室温平衡组织为珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体。图1-13所示为亚共晶白口铸铁的室温平衡状态显微组织。

图1-12 亚共晶白口铸铁的组织转变示意图

图1-13 亚共晶白口铸铁的室温平衡状态显微组织

6.过共晶白口铸铁

以碳的质量分数为5.0%的铁碳合金为例（见图1-3中的Ⅵ），其平衡结晶过程中的组织转变如图1-14所示。合金冷却时，于1点开始从液相中结晶出一次渗碳体。到2点时，液相的成分变为碳的质量分数为4.3%，并发生共晶反应，转变成高温莱氏体。在2点和3点之间，从高温莱氏体中的奥氏体不断析出二次渗碳体，并在3点时发生共析反应，转变成珠光体，高温莱氏体转变为低温莱氏体，一次渗碳体始终不变。3点以下合金组织不再变化。因此，过共晶白口铸铁的室温组织为一次渗碳体和低温莱氏体。图1-15所示为过共晶白口铸铁的平衡状态显微组织。

图1-14 过共晶白口铸铁的组织转变示意图

图1-15 过共晶白口铸铁的室温平衡状态显微组织