鐵碳合金中合金相的形成，與純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及碳在合金中的存在形式有關(guān)。純鐵有三種同素異構(gòu)狀態(tài)：912℃以下為體心立方晶體結(jié)構(gòu)，稱α-Fe；912～1394℃為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，稱γ-Fe；1394℃以上，又呈體心立方結(jié)構(gòu)，稱δ-Fe。在液態(tài)，在低于7%碳范圍，碳和鐵可完全互溶；在固態(tài)，碳在鐵中的溶解是有限的，并且溶解度取決于鐵（溶劑）的晶體結(jié)構(gòu)。與鐵的三種同素異構(gòu)物相對(duì)應(yīng)，碳在鐵中形成的固溶體有三種：α固溶體（鐵素體）、γ固溶體（奧氏體）和δ固溶體（δ鐵素體）。這些固溶體中，鐵原子的空間分布與α-Fe、γ-Fe和δ-Fe一致，碳原子的尺寸遠(yuǎn)比鐵原子為小，在固溶體中它處于點(diǎn)陣的間隙位置，造成點(diǎn)陣畸變。碳在γ-Fe中的溶解度，但不超過2.11%；碳在α-Fe中的溶解度不超過0.0218%；而在δ-Fe中不超過0.09%。當(dāng)鐵碳合金的碳含量超過在鐵中的溶解度時(shí)，多余的碳可以以鐵的碳化物形式或以單質(zhì)狀態(tài)（石墨）存在于合金中，可形成一系列碳化物，其中Fe3C（滲碳體，6.69%C）是亞穩(wěn)相，它是具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。石墨是鐵碳合金的穩(wěn)定平衡相，具有簡單六方結(jié)構(gòu)。Fe3C有可能分解成鐵和石墨穩(wěn)定相，但該過程在室溫下是極其緩慢的。

有的碳素結(jié)構(gòu)鋼還添加微量的鋁或鈮（或其它碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒長大，使鋼強(qiáng)化，節(jié)約鋼材。在中國和某些國家，為適應(yīng)專業(yè)用鋼的特殊要求，對(duì)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和性能進(jìn)行調(diào)整，從而發(fā)展了一系列普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的專業(yè)用鋼（如橋梁、建筑、鋼筋、壓力容器用鋼等）。

按含碳量分類

1）小于0.25%C為低碳鋼，其中尤以含碳低于0.10%的08F，08Al等，由于具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車、制罐等，20G則是制造普通鍋爐的主要材料，此外，低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼，用于機(jī)械制造業(yè)。

2）0.25～0.60%C為中碳鋼，多在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，制作機(jī)械制造工業(yè)的零件。

3）大于0.6%C為高碳鋼，多用于制造彈簧、齒輪、軋輥等，根據(jù)含錳量的不同，又可分為普通含錳量（0.25～0.8%）和較高含錳量（0.7～1.0%和0.9～1.2%）兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性，強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和耐磨性。通常在含錳高的鋼的牌號(hào)后附加標(biāo)記“Mn”，如15Mn、20Mn以區(qū)別于正常含錳量的碳素鋼。

鐵碳合金相圖的應(yīng)用

毛坯成型方法有：鑄造、焊接、鍛壓。其中鍛壓是這三種毛坯成型中綜合力學(xué)性能的一種。鍛壓工藝是將坯料加熱至奧氏體區(qū)域，使其有良好的塑性和低的抗變形性能，在施加外力的情況下改變其尺寸、結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能的加工方法。在這里可以知道，鍛壓是碳鋼在完全奧氏體化的情況下，其塑性好，有較低的抗變形能力。因此，要使其完全奧氏體化，其溫度控制合理，才能夠達(dá)到要求。從圖看線1、線3，分別代表的是亞共析鋼、過共析鋼組織隨溫度變化其性能會(huì)改變的情況。當(dāng)亞共析鋼加熱到727℃時(shí)，P開始向A轉(zhuǎn)變。當(dāng)繼續(xù)加熱至GS的交點(diǎn)a時(shí)，F(xiàn)完全轉(zhuǎn)變成A了。此時(shí)，塑性變形能力較好，抗變形能力小。溫度繼續(xù)上升，其塑性變形會(huì)有提高，但是溫度過高，施加壓力過程中，會(huì)使坯料表面產(chǎn)生加工硬化，同時(shí)會(huì)伴隨有脫碳現(xiàn)象。因此，一般將始鍛溫度控制在固相線以下200℃左右。終端溫度控制在PSK線以上60℃左右。合理控制好鍛壓溫度，既可以保證坯料有良好的鍛壓性能，能夠滿足預(yù)期形狀、尺寸精度要求。同時(shí)，可以避免加工硬化帶來的內(nèi)應(yīng)力裂紋、脫碳現(xiàn)象。鐵碳合金由含碳量不同被分為碳鋼、鑄鐵兩大類材料，鑄鐵的鑄造性能好，強(qiáng)度硬度高屬脆性材料。碳鋼鑄造性能一般，但綜合力學(xué)性能較鑄鐵好。因此，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜又承受靜載荷零件選擇鑄鐵。對(duì)于形狀復(fù)雜而又要求有一定力學(xué)性能承受一定量動(dòng)載荷的零件，可以考慮用碳鋼，或者合金鋼。