铁碳平衡图的基本知识Word格式文档下载.docx
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要保证铸铁的性能，就必须控制组织，合金相图就是研究合金组织是如何形成的，在形成的过程中，它的变化规律是怎样的，铸造工程师必须了解这些规律，才能有效地控制组织，达到满足铸铁性能的目的。
这就是我们为什么要研究铁碳合金相图的目的，其中对
（2）（3）（4）概念的理解尤为重要。
2）铁-碳合金相图概念阐明了三点：
在极缓慢的冷却条件下、在不同的成分下、在不同的温度下形成的各类组织。
铁—碳相图是在极缓慢冷却下形成的，实际生产中冷却速度远大于合金相图中的冷却速度铸型材料不同，导致冷却速度各异，所形成的组织大相径庭。
因此我们必须研究冷却速度对铸铁组织的影响。
因此生产中出现的湿型、干型；
砂型、金属型；
大断面件、薄壁件等，致使铸铁件中形成不同的组织就不足为怪了。
不同的成，不同组织，实际生产中出现的亚共晶铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁为什么形成不同的碳当量，铸铁中的碳当量，合金元素、微量干扰元素对铸铁组织有什么影响，为什么有皆可通过铁-碳相图得到深刻的理解与认识。
不同温度下形成的各类组织在铁—碳相图中有三个温度最重要（液相线温度，共晶转变温度，共析转变温度）。
因为铸铁到了这三个温度都要结晶，产生新的组织。
在液相线温度下结晶的初生组织（初生奥氏体或初生石墨或初生渗碳体）；
在共晶转变温度下形成共晶组织（共晶奥氏体+共晶石墨，或共晶奥氏体+共晶渗碳体）；
在共析温度下形成的共析组织（珠光体+渗碳体，或珠光体，或铁素体+石墨）。
这些组织与铸铁性能关系密切，每个阶段需要什么的组织才能满足具体铸铁性能的要求，在铁—碳图上可以得到了解。
3）铁—碳双重相图的概念阐明了两点：
铸铁中的碳能以两种形式独立存在：
一种是化合碳的形式——渗碳体；
另一种是游离态的形式——石墨。
这两种相可独立或同时存在于铸铁中。
实际生产中出现白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁、抗磨白口铸铁、表层白口、内层灰口的冷硬铸铁、毛坯为白口、热处理后为灰口的可锻铸铁，都是碳能以两种形式存在的证明。
生产中能否有效控制碳以哪一种形式存在，对铸铁性能至关重要，因此必须研究铁—碳相图的双重性。
虚线表示Fe—C（石墨）相图，实线表示Fe—Fe3C相图。
4）稳定系相图与亚稳定系相图阐明的是Fe—Fe3C系在一定条件可向Fe—C（石墨）系转化。
所以称Fe—Fe3C为亚稳定系相图，Fe—C（石墨）为稳定系相图。
这个转化的概念在实际生产中具有重要的意义。
在上世纪20年代以前铸铁的抗拉强度超不过200MPa，其原因是用加废钢的手段来提高强度，但到一定程度时，铸件中出现了渗碳体，阻碍了强度的提高。
到1922年发明了密烘铸铁，在炉前加入了孕育剂，使铁液从按Fe—Fe3C系结晶转化为按Fe—C（石墨）系结晶，消除了渗碳体，大幅度地提高了强度，这就是著名的密烘铸铁，在实际生产中这种转化比比皆是。
了解与控制铁液是按哪个态系结晶的是生产中必须掌握的基础知识。
因此，认识铁—碳相图中缓慢冷却的条件；
认识不同成分、不同温度下形成的、不同组织认识，铁—碳相图的双重性及认识稳定系与亚稳定系概念是学习与了解铁—碳相图的基础。
二、铁—碳合金相图的三个要点：
在研究铁—碳合金相图的时候，目的就是要研究合金在结晶过程中形成的组织及其变化的规律。
研究组织是为了满足铸铁性能的要求，研究变化规律是为控制它，使它能形成我们所需要的组织。
为了达到上述目的，则在看铁—碳相图时，必须具备三个条件（或三个要点）：
1.成分：
铸铁是在什么成分下结晶的，是亚共晶铸铁、共晶铸铁还是过共晶铸铁。
成分不同，形成的组织不同。
2.相图态系：
铸铁是按双重相图中那态相图结晶的，是稳定系还亚稳定系。
相图态系不同，组织不同。
3.结晶阶段：
你研究或需要的组织是三个结晶阶段中哪一个阶段的组织，结晶阶段不同，组织不同。
上述条件缺一不可，否则无法看懂铁-碳相图。
三、亚共晶、共晶、过共晶铸铁的定位——碳当量与共晶度
●碳当量
由铁—碳相图可知，铁液到了共晶成分就要发生共晶转变，根据双重相图概念，共晶转变有两种形式，按稳定系转变，共晶产物是奥氏体+石墨，共晶成分为4.26%C。
按亚稳定系转变，共晶产物是奥氏体+渗碳体，共晶成分为4.3%C。
但是实际生产中，铸铁中有多种合金元素，它对共晶点碳量是有影响的，将各元素量折算成碳的增减，将增减后的碳量称为碳当量，以CE表示。
生产实践中，碳当量计算只考虑Si与P，计算公式如下：
用碳当量CE与稳定系相图中共晶成分4.26%C相比较，可判断某具体成分铸铁偏离共晶点的程度。
，为亚共晶铸铁
，为共晶铸铁
，为过共晶铸铁
生产中，通常将
定为共晶成分。
●共晶度
铸铁偏移共晶点的程度也可用铸铁中的实际含碳量与共晶点的实际含碳量的比值来表示，这个比值称共晶度，以SC表示。
C铁——铸铁中的实际含碳量的质量分数（%）
CC——铸铁共晶点的实际含碳量的质量分数（%）
＝1，为共晶铸铁
＜1，为亚共晶铸铁
＞1，为过共晶铸铁
四、铁—碳相图中铸铁的三次结晶
铁液从高温至室温的凝固过程中，有三个结晶阶段，及初析阶段、共晶转变阶段、共析转变（固态相变）阶段。
每个阶段因铸铁成分及结晶体系的双重性，其形成的组织完全不同。
1.铸铁在初析阶段的组织
表1为铸铁在初析阶段形成的组织，在不同条件下课形成三种初析产物，即分别为：
初生奥氏体、初生石墨、初生渗碳体。
表1初析阶段析出的组织
图示
成分
亚共晶铸铁
共晶铸铁
过共晶铸铁
结晶态系
稳定系
Fe—C（石墨）
亚稳定系
Fe—Fe3C
亚稳定型
结晶发生的临界线
BC′
BC
无
C′D′
CD
初析组织
初生奥氏体
A
初生石墨
G
初生渗碳体
Fe3C
●初生结晶是在液相线以下发生的,每条液相线下析出的组织是不同的，BC（或BC′）线下析出初生奥氏体，C′D′线下析出初生石墨，CD线下析出初生渗碳体。
●亚共晶铸铁
BC液相线在共晶点左边属于亚共晶铸铁，BC′线与BC重合，说明亚共晶铸铁中不论是按稳定系还是按亚稳定系结晶，析出的产生都是一样的——初生奥氏体。
●共晶铸铁
无液相线，无初析产物
●过亚晶铸铁
C′D′线在共晶点的右边，属于过共晶铸铁，C′D′线虚线，属于稳定系，C′D′下析出的是初生石墨。
CD线在共晶点的右边，属于过共晶铸铁。
CD线是实线，属于亚稳定系，CD下析出的是初生渗碳体。
表2为铸铁共晶阶段形成的组织，在不同条件下可分形成两种共晶产物，即共晶奥氏体+共晶石墨（A共+G共），共晶奥氏体+共晶渗碳体（A共+Fe3C共）
表2铸铁共晶阶段形成的组织
过共晶铸铁
结晶态系
Fe—C
（石墨）
E′C′
EC
C′
C
C′F′
CF
共晶组织
共晶奥氏体+共晶石墨
A共+G共
共晶奥氏体+共晶渗碳体
A共+Fe3C共
按Fe-C（石墨）系结晶，在虚线E′C′下铁液发生共晶转变，生产共晶产物为共晶奥氏体+共晶石墨。
按Fe—Fe3C系结晶，则实现EC下发生共晶转变，生产的共晶物为共晶奥氏体+共晶渗碳体。
●共晶铸铁，过共晶铸铁与亚共晶铸铁一样，凡按Fe—C（石墨）系进行的共晶转变，共晶产物皆为共晶奥氏体+共晶石墨。
比按Fe—Fe3C进行的共晶转变，共晶产物皆是共晶奥氏体+共晶渗碳体。
表3为铸铁在共析阶段形成的共析组织，在不同条件可形成两种共析产物：
即奥氏体按Fe—C（石墨）系可转变为铁素体+石墨，也按Fe—Fe3C系转变为珠光体（铁素体+渗碳体）
表3铸铁在共析阶段形成的组织
结晶体系
结晶发生
的临界线
S′K′
SK
共析组织
铁素体+石墨
珠光体
●三种铸铁在共析转变时，凡是按Fe—C（石墨）系转变的，共析组织皆是共析铁素体+共析石墨。
凡是按Fe—Fe3C系转变的，共析组织皆是珠光体。
●值得提出是，在共晶转变与共析转变之间有条ES（或E′S′）线，它是碳在奥氏体中的溶解度曲线，随温度的降低，奥氏体中的含C量由2.10%降至0.69%（或2.14%C降至0.76%C）。
在此降C期间，析出的石墨Fe—C称二次石墨，析出的Fe3C（按Fe—Fe3C系），称二次渗碳体。
图2表4为铁—碳合金双重相图中三结晶示意图。
D
F
F′
图2铁—碳双重相图中三次结晶组织示意图
表4铸铁在初析、共晶、共析结晶时形成的组织
结晶过程
亚共晶铸铁
共晶铸铁
Fe—C
（石墨）
Fe—Fe3C
初析阶段
初生奥氏体
-
初生石墨
初生渗碳体
共晶阶段
共晶奥氏体+共晶石墨
共晶奥氏体+共晶渗碳体
碳体中溶奥氏体析出物
二次石墨
二次渗碳体
共析阶段
共析铁素体+共析石墨
珠光体
实际生产中，决定铸铁性能的是室温组织。
表5表6分别为亚共晶铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁的室温组织及其形成过程。
表5亚共晶铸铁的室温组织及形成过程
类别
按Fe—C（石墨）稳定系结晶
按Fe—Fe3C亚稳定系结晶
亚共晶
铸铁
结晶过程
室温组织
（共晶石墨+二次石墨+共析石墨）
珠光体+渗碳体（共晶渗碳体+二次渗碳体）或珠光体+莱氏体（珠光体+共晶渗碳体）+二次渗碳体
表6过共晶铸铁的室温组织及形成过程
室温组织
铁素体+石墨（初生石墨+共晶石墨+二次石墨+共析石墨）
珠光体+渗碳体（初生渗碳体+共晶渗碳体+二次渗碳体）或莱氏体（珠光体+共晶渗碳体）+渗碳体（初生渗碳体+二次渗碳体）
表7共晶铸铁的室温组织及形成过程
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