铁碳合金相图详解Word格式文档下载.docx
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⑵铁素体碳溶于-的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号或表示。
中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。
力学性能与工业纯铁相当。
⑶奥氏体碳溶于-的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号或表示。
奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时最大达2.11％。
奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变形。
3.2-相图
3.2.1-相图中各点的温度、含碳量及含义
-相图及相图中各点的温度、含碳量等见图3.1及表3.1所示。
图3.1及表3.1中代表符号属通用，一般不随意改变。
C,％（重量）→
图3.1-相图
表3.1相图中各点的温度、含碳量及含义
符号
温度（℃）
含碳量[%（质量）]
含义
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
N
P
S
Q
1538
1495
1148
1227
912
727
1394
600
（室温）
0.53
4.30
6.69
2.11
0.09
0.17
0.0218
0.77
0.0057
（0.0008）
纯铁的熔点
包晶转变时液态合金的成分
共晶点
Fe3C的熔点
碳在γ-Fe中的最大溶解度
Fe3C的成分
α-Fe→γ-Fe同素异构转变点
碳在δ-Fe中的最大溶解度
包晶点
γ-Fe→δ-Fe同素异构转变点
碳在α-Fe中的最大溶解度
共析点
600℃（或室温）时碳在α-Fe中的最大溶解度
3.2.2-相图中重要的点和线
3.2.2.1三个重要的特性点
⑴点为包晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时。
点成分的与点成分的发生包晶反应，生成点成分的。
包晶反应在恒温下进行，反应过程中、、三相共存，反应式为：
或。
⑵点为共晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时。
点成分的发生共晶反应，生成点成分的和。
共晶反应在恒温下进行，反应过程中、、三相共存，反应式为：
共晶反应的产物是与的共晶混合物，称莱氏体，用符号表示，所以共晶反应式也可表达为：
。
莱氏体组织中的渗碳体称为共晶渗碳体。
在显微镜下莱氏体的形态是块状或粒状（727℃时转变为珠光体）分布在渗碳体基体上。
⑶点为共析点合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时点成分的发生共析反应，生成点成分的和。
共析反应在恒温下进行，反应过程中、、三相共存，反应式为：
或
共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体，用符号表示，因而共析反应可简单表示为：
中的渗碳体称为共析渗碳体。
在显微镜下的形态呈层片状。
在放大倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）与铁素体片（宽条）。
的强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间，其机械性能如下：
抗拉强度（）770延伸率（）20～35％
冲击韧性（）30～40硬度（）180
3.2.2.2相图中的特性线
相图中的为液相线；
为固相线。
⑴水平线为包晶反应线。
碳含量0.09～0.53％的铁碳含金在平衡结晶过程中均发生包晶反应。
⑵水平线为共晶反应线。
碳含量在2.11～6.69％之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共晶反应。
⑶水平线为共析反应线。
碳含量0.0218～6.69％之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共析反应。
线在热处理中亦称线。
⑷线是合金冷却时自中开始析出的临界温度线，通常称线。
⑸线是碳在中的固溶线，通常称线。
由于在1148℃时中溶碳量最大可达2.11％，而在727℃时仅为0.77％，因此碳含量大于0.77％的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中，将从中析出。
析出的渗碳体称为二次渗碳体（）。
线亦是从中开始析出的临界温度线。
⑹线是碳在中的固溶线。
在727℃时中溶碳量最大可达0.0218％，室温时仅为0.0008％，因此碳含量大于0.0008％的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中，将从中析出。
析出的渗碳体称为三次渗碳体（）。
线亦为从中开始析出的临界温度线。
数量极少，往往可以忽略。
下面分析铁碳合金平衡结晶过程时，均忽略这一析出过程。
3.3典型铁碳合金的平衡结晶过程
根据-相图，铁碳含金可分为三类：
⑴
⑵
⑶
下面分别对以上七种典型铁碳含金的结晶过程进行分析。
3.3.1工业纯铁
以含碳0.01％的铁碳合金为例，其冷却曲线（如图3.2）和平衡结晶过程如下。
合金在1点以上为液相。
冷却至稍低于1点时，开始从中结晶出，至2点合金全
部结晶为。
从3点起，逐渐转变为，至4点全部转变完了。
4-5点间冷却不变。
自5点始，从中析出。
在晶界处生核并长大，至6点时全部转变为。
在6-7点间冷却不变。
在7-8点间，从晶界析出。
因此合金的室温平衡组织为+。
呈白色块状；
量极少，呈小白片状分布于晶界处。
若忽略，则组织全为。
图3.2工业纯铁结晶过程示意图
3.3.2共析钢
其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.3所示。
合金冷却时，于1点起从中结晶出，至2点全部结晶完了。
在2-3点间冷却不变。
至3点时，发生共析反应生成。
从3′继续冷却至4点，皆不发生转变。
因此共析钢的室温平衡组织全部为，呈层片状。
共析钢的室温组织组成物也全部是，而组成相为和，它们的相对质量为：
;
图3.3共析钢结晶过程示意图
3.3.3亚共析钢
以含碳0.4％的铁碳含金为例，其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.4所示。
合金冷却时，从1点起自中结晶出，至2点时，成分变为0.53％，变为0.09％，发生包晶反应生成，反应结束后尚有多余的。
2′点以下，自中不断结晶出，至3点合金全部转变为。
在3-4点间冷却不变。
从4点起，冷却时由中析出，在晶界处优先生核并长大，而和的成分分别沿和线变化。
至5点时，的成分变为0.77％，的成分变为0.0218％。
此时发生共析反应，转变为，不变化。
从5′继续冷却至6点，合金组织不发生变化，因此室温平衡组织为+。
呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块状。
碳含量大于0.6％的亚共析钢，室温平衡组织中
的常呈白色网状，包围在周围。
图3.4亚共析钢结晶过程示意图
含0.4％的亚共析钢的组织组成物（和）的相对质量为：
；
组成相（和）的相对质量为：
由于室温下的含碳量极微，若将中的含碳量忽略不计，则钢中的含碳量全部在中，所以亚共析钢的含碳量可由其室温平衡组织来估算。
即根据的含量可求出钢的含碳量为：
。
由于和的密度相近，钢中和的含量（质量百分数）可以近似用对应的面积百分数来估算。
图3.5过共析钢结晶过程示意图
3.3.4过共析钢
以碳含量为1.2％的铁碳合金为例，其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.5所示。
合金冷却时，从1点起自中结晶出，至2点全部结晶完了。
在2-3点间冷却不变，从3点起，由中析出，呈网状分布在晶界上。
至4点时的碳含量降为0.77％，4-4′发生共析反应转变为，而不变化。
在4′-5点间冷却时组织不发生转变。
因此室温平衡组织为+。
在显微镜下，呈网状分布在层片状周围。
含1.2％的过共析钢的组成相为和；
组织组成物为和，它们的相对质量为：
3.3.5共晶白口铸铁
共晶白口铸铁的冷却曲线和平衡结晶过程如图3.6所示。
图3.6共晶白口铸铁结晶过程示意图
合金在1点发生共晶反应，由转变为（高温）莱氏体（+）。
在1′-2点间，中的不断析出。
与共晶无界线相连，在显微镜下无法分辨，但此时的莱氏体由++组成。
由于的析出，至2点时的碳含量降为0.77％，并发生共析反应转变为；
高温莱氏体转变成低温莱氏体′（++）。
从2′至3点组织不变化。
所以室温平衡组织仍为′，由黑色条状或粒状和白色基体组成（见图3.12）。
共晶白口铸铁的组织组成物全为′，而组成相还是和，它们的相对重量可用杠杆定律求出。
3.3.6亚共晶白口铸铁
以碳含量为3％的铁碳合金为例，其冷却曲线和平衡结晶讨程如图3.7所示。
图3.7亚共晶白口铸铁结晶过程示意图
合金自1点起，从中结晶出初生，至2点时的成分变为含4.3％（的成分变为含2.11％），发生共晶反应转变为，而不参与反应。
在2′-3点间继续冷却时，初生不断在其外围或晶界上析出，同时中的也析出。
至3点温度时，所有的成分均变为0.77％，初生发生共析反应转变为；
高温莱氏体也转变为低温莱氏体′。
在3′以下到4点，冷却不引起转变。
因此室温平衡组织为++′。
网状分布在粗大块状的周围，′则由条状或粒状和基体组成。
亚共晶白口铸铁的组成相为和。
组织组成物为、、和′。
它们的相对质量可以两次利用杠杆定律求出。
先求合金钢冷却到2点温度时初生和的相对质量：
通过共晶反应全部转变为，并随后转变为低温莱氏体′，所以′％=％=％=41％。
再求3点温度时（共析转变前）由初生析出的及共析成分的的相对质量：
由于发生共析反应转变为，所以的相对质量就是46％。
3.3.7过共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁的结晶过程与亚共晶白口铸铁大同小异，唯一的区别是：
其先析出相是一次渗碳体（）而不是，而且因为没有先析出，进而其室温组织中除′中的以外再没有，即室温下组织为′＋，组成相也同样为和，它们的质量分数的计算仍然用杠杆定律，方法同上。
3.4含碳量与铁碳合金平衡组织、机械性能的关系
3.4.1按组织划分的-相图
由-相图，可知铁碳合金室温平衡组织都由和两相组成，随含碳量增高，含量下降，由100％按直线关系变至0（含6.69％时）；
含量相应增加，由0按直线关系变至100％（含6.69％时）。
改变含碳量，不仅引起组成相的质量分数变化，而且产生不同结晶过程，从而导致组成相的形态、分布变化，也即改变了铁碳合金的组织。
由图3.8，可见随着含碳量增加，室温组织变化如下：
（+）→+→→+→++′→′→′+。
组成相的相对含量及组织形态的变化，会对铁碳合金性能产生很大影响。
3.4.2碳钢的机械性能与碳含量的关系
对图3.8进行分析，得知铁碳合金的含碳量:
小于0.0218％时组织全部为；
等于0.77％时全部为；
等于4.3％时全部为′；
等于6.69％时全部为；
在它们之间的组织则为相应组织的
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