1、鐵碳平衡相圖液相L、滲碳體Fe3C奧氏體A、鐵素體F（、）基本單相包晶線、共晶線、共析線 A1、A3GS、AmES、液相線ABC、GP包晶點(diǎn)J、共晶點(diǎn)C、共析點(diǎn)S特征線點(diǎn)包晶反應(yīng)共晶反應(yīng)共析反應(yīng)三個反應(yīng) 基本單相鐵素體(F)：C溶入-Fe或-Fe中所形成的 間隙固溶體。體心立方晶格。 低溫鐵素體-鐵素體 912以下高溫鐵素體-鐵素體 1394-1538物理特性：塑性、韌性好； 強(qiáng)度、硬度低基本單相奧氏體(A)：C溶入-Fe中所形成的間隙 固溶 體。面心立方晶格。 奧氏體中面心立方晶格間隙較大，C的溶解度較大，且隨溫度增高而最大。(S點(diǎn)：727 0.77%、E點(diǎn)1148 2.11%）物理特性：塑

2、性好，機(jī)械性能隨C含量而存 在較大差異。奧氏體化后進(jìn)行加工基本單相滲碳體(Fe3C)：Fe與C形成的化合物Fe3C。 晶格為復(fù)雜的八面體結(jié)構(gòu)。 物理特性：硬度高，是鋼中主要的強(qiáng)化相。滲碳體的數(shù)量、形態(tài)及分布對機(jī)械性能影響極大。相變反應(yīng)包晶：包晶：0.09+L0.53 0.18共晶共晶：L c4.3% A2.11+Fe3C共析共析：0.77 0.0218+Fe3變反應(yīng)共析反應(yīng)共析反應(yīng)：0.77 0.0218+Fe3C 共析點(diǎn)：S點(diǎn)，含碳量0.77%共析反應(yīng)線：727-相變溫度-特征線A1(Ac1、Ar1共晶反應(yīng)條件： 含碳量：大于0.0218%反應(yīng)溫度：727727加熱

3、時冷卻時共析反應(yīng)共析反應(yīng)產(chǎn)物：珠光體鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。復(fù)相組織形態(tài)：片層狀、球狀、粒狀；隨形態(tài)變化 硬度發(fā)生變化片層間距越小， 硬度越高，球狀、粒狀則較低。 共析反應(yīng)按共析點(diǎn)分類鋼種：亞共析鋼：C量0.0218%0.77%，組織：F+P共析鋼： C量=0.77%，組織：P過共析鋼：C量 0.77%.11%，組織： P+Fe3C 共析反應(yīng)過共析鋼亞共析鋼 共析鋼共析反應(yīng)共析反應(yīng)中特征線及意義：A1 (Ac1、Ar1)PSK線：共析反應(yīng)溫度，用于選擇退 火溫度。A3 (Ac3、Ar3)GS線 ：亞共析鋼奧氏體化溫度線。Am (Acm、Arm)ES線 ：過共析鋼奧氏體化溫度線， C在奧氏體

4、中的溶解度曲線，隨溫度降低，C的溶解 度降低； 二次滲碳體含義網(wǎng)狀碳化物的形成。PQ線：C在相中溶解度線。三次滲碳體含義游離滲碳體形成。一次滲碳體：從液相中析出的滲碳體，即一次碳化物 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)：L c4.3% A2.11+Fe3C共晶點(diǎn)：C點(diǎn)，含碳量4.3%共晶反應(yīng)線：1148-相變溫度-特征線共析反應(yīng)條件： 含碳量：大于2.11%反應(yīng)溫度：1148 1148共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)產(chǎn)物：萊氏體奧氏體、滲碳體機(jī)械混合物 一次滲碳體 從液相析出形成碳化物一次滲碳體與二次滲碳體區(qū)別： 析出來源： Fe3C()從液相中析出；Fe3C()從奧氏 體中析出。形態(tài)形貌：Fe3C()呈破碎狀，不規(guī)則角形；F

5、e3C() 較規(guī)則球狀。特性：Fe3C()重新奧氏體化不能消除，F(xiàn)e3C()則可 共晶反應(yīng)鋼進(jìn)行共晶反應(yīng)原理：鋼：碳含量0.0218%2.11%的鐵碳合金。共晶反應(yīng)形成條件：C：2.11%合金元素對S、E點(diǎn)影響：常用合金元素在一般含量使S、E點(diǎn)左移，縮小相區(qū)元素的作用更強(qiáng)。Cr是封閉Y相區(qū)元素，高含量Cr使E點(diǎn)明顯左移，1%左右含量C可發(fā)生共晶反應(yīng)。一般高速工具鋼、冷作模具鋼多為萊氏體鋼。 包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)：0.09+L0.53 1495 0.18包晶點(diǎn)：J點(diǎn)，C含量0.18%，B點(diǎn)0.53%包晶反應(yīng)條件：C含量0.18%0.53%，溫度1495包晶反應(yīng)屬化合反應(yīng)，加熱一定溫度，奧氏體分解形成

6、高溫鐵素體高溫鐵素體-鐵素體形成是在加熱過程中形成，冷卻過程不會形成鐵素體。 包晶反應(yīng)鋼中形成鐵素體原理一般而言，鋼的加熱溫度不會達(dá)到1495低碳馬氏體鋼因C含量低、Cr含量高，封閉相區(qū)，大幅降低包晶反應(yīng)溫度包晶反應(yīng)得以進(jìn)行，形成鐵素體；C含量的高低決定形成鐵素體量的多少。 鋼的結(jié)晶過程共析反應(yīng)過程： 1 2 3 4鋼的結(jié)晶過程1、含 C 0.09%0.53%結(jié)晶過程：液相冷卻至液相線ABC線，析出鐵素體，繼續(xù)冷卻 至1495包晶反應(yīng)：形成A至NJ、EJ線內(nèi)全部為AA冷卻結(jié)晶至912沿GS線先析出F，稱為先共析 F，繼續(xù)冷卻至727，A中C達(dá)到0.77%共 析反應(yīng)，生成P。結(jié)晶產(chǎn)物為F+P。

7、在奧氏體區(qū)域冷卻過程中，A沒有組織和成分變化，至 C含量達(dá)到0.77%、溫度達(dá)到727共析反應(yīng)，生成P 鋼的結(jié)晶過程2、含 C 0.53%0.77%和含C0.77%結(jié)晶過程冷卻至液相線BC線，開始結(jié)晶析出A；L與A共存至EJ線內(nèi)全部為AC 0.53%0.77%， A冷卻結(jié)晶至912沿GS線先析 出F繼續(xù)冷卻至727，A中C達(dá)到0.77%共析反應(yīng)， 生成P，結(jié)晶產(chǎn)物為F+P。 C 0.77% 冷卻過程中，A沒有組織和成分變化，至 0.77%共析反應(yīng)，生成P。 鋼的結(jié)晶過程3、含 C 0.77%2.11%結(jié)晶過程冷卻至液相線BC線，開始結(jié)晶析出A；L與A共存至EJ線內(nèi)全部為A繼續(xù)冷卻至ES線開始從

8、A中形成Fe3C( )，A中C 達(dá)到0.77%共析反應(yīng)生成P, 結(jié)晶產(chǎn)物為Fe3C+P。 鋼的結(jié)晶過程4、共晶白口鐵C 4.3%結(jié)晶過程液相冷至1148進(jìn)行共晶反應(yīng)；L分解為A和Fe3C(I)繼續(xù)冷卻A按過共析鋼結(jié)晶規(guī)律分解為P+Fe3C(II), 冷至室溫組織為P+Fe3C(II)+ Fe3C(I)5、亞共晶白口鐵C 2.114.3%結(jié)晶過程液相沿BC液相線先析出A，至1148共晶反應(yīng)，產(chǎn)物 A+A+ Fe3C(I)， 冷至室溫組織為P+Fe3C(II)+ Fe3C(I)6、過共晶白口鐵C 4.36.67%結(jié)晶過程液相沿CD液相線先析出Fe3C(I)，至1148共晶反應(yīng) 產(chǎn)物 Fe3C(I)

9、 +A+ Fe3C(I)， 冷至室溫組織為 P+Fe3C(II)+Fe3C(I) 四個單相：奧氏體、鐵素體、滲碳體、液相復(fù)相組織：珠光體類、貝氏體、馬氏體具有單相組織的鋼類：奧氏體鋼、鐵素體鋼具有復(fù)相組織鋼類：馬氏體鋼、萊氏體鋼、結(jié)構(gòu)鋼等 鐵碳平衡相圖特征點(diǎn)的實(shí)際意義：包晶點(diǎn)J：對低碳馬氏體不銹鋼形成鐵素體影響共晶點(diǎn)C：對高碳、高Cr鋼形成一次碳化物影響共析點(diǎn)S：鋼分類，亞共析、共析、過共析鋼 鐵碳平衡相圖熱處理工藝：加熱、保溫、冷卻熱處理工藝制定依據(jù)：A1、A3、Am Ac1、Ac3、Acm（加熱） Ar1、Ar3、Arm（冷卻）熱處理實(shí)質(zhì)：通過加熱、保溫，一定方式冷卻 以改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)

10、構(gòu)，從而改善鋼的性能。 鋼加熱時組織轉(zhuǎn)變時間時間 h溫度溫度熱處理工藝種類：退火、正火、淬火、回火 Ac1 Ac3、Acm Ac1以下 奧氏體化 退火：鋼加熱到Ac1上一定溫度范圍，緩慢冷卻正火：鋼加熱到Ac3或Acm以上3050，空冷淬火：鋼加熱到Ac3或Ac1以上的給定溫度，快冷?；鼗穑轰摷訜岬紸c1以下的某一溫度。 鋼加熱時組織轉(zhuǎn)變奧氏體化：鋼在加熱時奧氏體的形成過程，包括成核、長大和均勻化過程。在F與Fe3C界面形核F與Fe3C溶入A長大、剩余Fe3C溶解，A均勻化。Fe3C完全溶解后，A快速長大。 鋼加熱時組織轉(zhuǎn)變影響奧氏體長大因素： 加熱溫度、保溫時間加熱速度，加熱速度快，形核較多

11、，晶粒較細(xì)C含量合金元素能形成穩(wěn)定碳化物元素阻礙長大。 （Mn和P除外）。 鋼加熱時組織轉(zhuǎn)變過冷奧氏體：冷卻到Ar1以下，未轉(zhuǎn)變的奧氏體。屬 亞穩(wěn)定狀態(tài)奧氏體，繼續(xù)冷卻過冷A進(jìn)行轉(zhuǎn)變。過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變：奧氏體化后，迅速冷卻至A1下 某溫度，保溫足夠的時間，使A完成組織轉(zhuǎn)變的過程。等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線：TTT（或C）曲線，表示溫度、時 間和反應(yīng)產(chǎn)物之間關(guān)系圖。 冷卻過程組織轉(zhuǎn)變冷卻轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線TTT（C）曲線等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：珠光體、貝氏體、馬氏體 均為復(fù)相組織轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線C曲線六個區(qū)域：A1以上穩(wěn)定奧氏體區(qū)域轉(zhuǎn)變開始線左方（過冷奧氏體區(qū)域）轉(zhuǎn)變終了線右方（高溫、中溫產(chǎn)物區(qū)域）轉(zhuǎn)變曲線

12、之間（過冷A與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存區(qū)域）Ms與Mz馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域馬氏體區(qū)+少量殘余AV臨等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：珠光體（高溫轉(zhuǎn)變）、貝氏體（中溫轉(zhuǎn)變）、馬氏體 （低溫轉(zhuǎn)變）均為復(fù)相組織，轉(zhuǎn)變溫度越低，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物硬度越高。 冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物高溫轉(zhuǎn)變珠光體：Ac1-670，片層間距0.60.8m 527HRC索氏體：670-600，片層間距0.5m 2533HRC屈氏體：600-550，片層間距0.1m 3343HRC高溫冷卻轉(zhuǎn)變珠光體類組織在金相顯微鏡下以片層間距區(qū)分類別，腐蝕后的屈氏體顏色最深，呈黑團(tuán)狀。高溫冷卻轉(zhuǎn)變珠光體類組織為鐵素體與珠光體機(jī)械混合物， 組織特征片層狀結(jié)構(gòu)。淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）回火索氏體 鐵

13、素體+顆粒狀細(xì)小碳化物，與正火組織相比， 彌散分布碳化物組織更具均勻性，具有一定強(qiáng) 度、硬度，又有良好塑性、韌性，綜合機(jī)械性 能更好。中溫轉(zhuǎn)變上貝氏體： 550350 羽毛狀組織 4045HRC下貝氏體： 350Ms 黑色針狀竹葉狀組織 4555HRC粒狀貝氏體：鐵素體基體上分布“島狀組織”中溫冷卻轉(zhuǎn)變中溫冷卻轉(zhuǎn)變貝氏體（B）組織為鐵素體與珠光體機(jī)械混合物， 分為上貝氏體（羽毛狀）、下貝氏體（針狀）、 粒狀貝氏體針狀貝氏體與馬氏體狀在光學(xué)顯微鏡識別： 貝氏體針是極細(xì)碳化物保留在鐵素體針內(nèi)，易腐蝕 呈黑色針狀，馬氏體針則不易腐蝕，顏色較淺。臨界冷卻速度：冷卻速度V臨，正好與C曲線“鼻頭” 相切。

14、 V臨過冷奧氏體不發(fā)生分解，冷到Ms點(diǎn)以 下，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)：轉(zhuǎn)變過程中只發(fā)生Fe的晶格改組， C全部保留在-Fe中，實(shí)質(zhì)為C在-Fe中的過飽和 固溶體。轉(zhuǎn)變?yōu)闊o擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。是體積改變最大的 轉(zhuǎn)變、內(nèi)應(yīng)力大，易開裂。因C全部保留在-Fe， 硬度最高馬氏體形態(tài)：低碳板條狀、中高碳針狀 低溫轉(zhuǎn)變馬氏體低溫冷卻轉(zhuǎn)變合金元素的影響合金元素對相區(qū)影響： 擴(kuò)大相區(qū)元素：Mn、Co、Ni、C、N、Cu等與Fe可在一定溫度范圍，無限固溶，開啟相區(qū)元素擴(kuò)大相區(qū)元素擴(kuò)大相區(qū)元素影響，相區(qū)存在的溫區(qū)變寬，、相區(qū)縮小。根據(jù)含量，可致單相奧氏體鋼形成。封閉相區(qū)元素: V、Cr、Ti、W、Mo、Al、Si

15、、P、Sn、Sb、As等縮小相區(qū)元素: B、Zr、Nb、Ta、Ce、S形成金屬化合物，與相共存?？s小相區(qū)元素影響：相區(qū)存在的溫區(qū)變窄，、相區(qū)擴(kuò)大。根據(jù)含量，可致單相鐵素體鋼形成。與-Fe可無限固溶，其余有限固溶3)合金元素的影響合金元素對特征線的影響擴(kuò)大相區(qū)元素：使A4升高、A3、A1降低。縮小相區(qū)元素：使A4降低、A3、A1升高。實(shí)際意義：針對合金元素對特征溫度的影響，控制相關(guān)元素的成分，以期抑制相、鐵素體、萊氏體等組織的形成。3)合金元素的影響合金元素對特征點(diǎn)的影響常用合金元素在一般含量使S、E點(diǎn)左移，縮小相區(qū)元素的作用更強(qiáng)。實(shí)例：鐵碳相圖中，鋼分類以S點(diǎn)（0.77%C） 為基點(diǎn)分亞共析鋼

16、F+P、共析鋼P(yáng)、過共析鋼P(yáng)+Fe3C，S點(diǎn)右移后，2Cr13為共析鋼組織、Cr12為萊氏體鋼組織。3)合金元素的影響4）合金元素在鋼中作用合金元素形成的C化物 非碳化物形成元素：Ni、Co、Si、Al、Cu, 溶于-Fe或-Fe中，不形成單獨(dú)碳化物。 碳化物形成元素：Ti、Zr、V、Ta、Nb（強(qiáng)） W、Mo(中強(qiáng)）、Cr、Mn、Fe（弱） 強(qiáng)碳化物形成不同類型的碳化物與Fe3C形式有差異 弱碳化物形成元素，部分溶入固溶體，部分形成合金 滲碳體或特殊碳化物。 3)合金元素的影響鋼中的金屬化合物：與Fe、Co、Ni、Mn形成金屬化合物。如Ni3Al、Ni3Ti、Fe7Mo6等金屬間化合物從固溶

17、體中脫溶，是單相奧氏體鐵素體鋼等的強(qiáng)化手段。3)合金元素的影響4）小結(jié) 關(guān)于鐵碳相圖： 鋼在相應(yīng)溫度下的組織、三個反應(yīng)關(guān)鍵點(diǎn)、特征線、點(diǎn) 關(guān)于冷卻曲線： C曲線三個轉(zhuǎn)變包含內(nèi)容（溫度、產(chǎn)物、硬度）及應(yīng)用 合金元素的影響：對相圖的特征點(diǎn)、形成碳化物、金屬 間化合物在鋼中的作用。 金相相關(guān)試驗(yàn)方法GB/T10561-2005 鋼中非金屬夾雜含量測定GB/T224-2008 鋼的脫碳層深度測定GB/T14979-1994 鋼中共晶碳化物不均勻度測定GB/T4334-2002 晶間腐蝕傾向試驗(yàn)方法GB/T13305-2008 不銹鋼中-相面積含量測定GB/T18254-2005 軸承鋼檢驗(yàn)GB/T13

18、299-91 鋼的顯微組織評定方法GB/T6394-2002 金屬平均晶粒度測定方法 GB/T10561或 ASTM E45一般圖譜比較評級A法 主要成分：主要成分：MnS、FeS、Cr2S3A：硫化物類 主要成分：主要成分：Al2O3、FeO、MnOB：氧化物類 主要成分：主要成分：nFeO.mSiO2、nAl2O3.mSiO2C:硅酸鹽類 D與與Ds區(qū)別在于區(qū)別在于D直徑直徑3-13mm（SiO2SiO2或含或含SiO2SiO2較高的硅酸較高的硅酸鹽）鹽）D：點(diǎn)狀不變形夾雜非金屬夾雜非金屬夾雜GB10561-2005檢驗(yàn)細(xì)則： 取樣、制樣：縱向半徑1/2處、檢驗(yàn)面積200mm2 評級視場：

19、邊長71mm方框 評級倍率100X2X 非金屬夾雜GB/T10561-2005檢驗(yàn)細(xì)則： 夾雜評級原則：按夾雜的形態(tài)進(jìn)行分類，而不以化學(xué)成分進(jìn)行分類 夾雜類別A、B、C、D（Ds）。同一視場同類粗細(xì)系夾雜應(yīng)合并評級，按最粗尺寸 分評定粗系、細(xì)系夾雜；同一視場不同類夾雜，分 開評級；夾雜寬度尺寸低于細(xì)系尺寸可不納入評級 超寬、超長夾雜評定級別后加S下標(biāo)標(biāo)識夾雜0級起評，長度介于兩個級別之間按下限評定。沉淀相類（TiN等）視其形態(tài)按B類鏈狀或D類彌散 分布點(diǎn)狀評級。 脫碳 定義：鋼表層碳的損失（部分脫碳和全脫碳） 取樣、制樣：含有鋼材表面，或邊緣不少于35mm。 脫碳層深度測定：以從邊緣到心部組織

20、差異識別C的減少。 亞共析鋼F+PF+F+PF 共析鋼P(yáng)F+PF 過共析鋼P(yáng)+Fe3C(II)PF+PF 萊氏體鋼P(yáng)+Fe3C(I)+Fe3C(II)P+Fe3C(II)PF+PF 評定脫碳缺陷處、尖端處脫碳避開測量，應(yīng)備注其脫碳深度。脫 碳GB/T224-2008 脫碳導(dǎo)致硬度下降，對鋼材的整個面而言，導(dǎo)致硬度不均，淬火軟點(diǎn)等。 通過脫碳的程度可判別裂紋產(chǎn)生的階段。 高碳工模具鋼及彈簧鋼等具有較嚴(yán)重脫碳傾向。脫 碳GB/T224-2008脫碳影響：脫碳示意圖缺陷處脫碳（過共析鋼脫碳純鐵素體F+P）脫 碳GB/T224-2008F晶間腐蝕GB/T4334-2008 晶間腐蝕機(jī)理：奧氏體不銹鋼在

21、450750區(qū)間，Cr23C6沿晶界析出，造成晶界區(qū)域貧Cr，貧Cr區(qū)域在 介質(zhì)中沒有抗腐蝕能力，晶界處產(chǎn)生腐蝕。 敏化處理：在450750區(qū)間加熱， Cr23C6沿晶界析出，使鋼對晶間腐蝕特別敏感，這種處理為敏化處理。 改善抗晶間腐蝕措施：降低C含量、添加Ti、Nb。穩(wěn)定化化處理：850900加熱， Cr23C6 完全溶入 晶內(nèi)，消除晶間腐蝕傾向。晶間腐蝕共晶碳化物不均勻度GB/T14979-94 取樣、制樣：縱向圓鋼1/4D、方扁鋼厚度1/4處 評級原則： 按網(wǎng)系、帶系圖對應(yīng)評級。 參考一次碳化物顆粒大小、網(wǎng)聚集程度及帶的寬度 呈魚鱗狀的嚴(yán)重程度等共晶碳化物不均度共晶碳化物不均勻性影響： 共晶碳化物即一次碳化物，其不均勻性會顯著降低材料的強(qiáng)度和韌性，使鋼材城各向異性，不易抵抗外力作用，聚集碳化物受外力易剝離脫落形成孔隙 孔洞，降低壽命。共晶碳化物不均度相、鐵素體 相一般存在于奧氏體鋼不銹鋼和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，鋼中的Cr當(dāng)量（Cr、Mo、Si、Nb），Ni當(dāng)量（Ni、Mn、C、N）影響相比例。 低碳馬氏體型不銹鋼1Cr13、2Cr13，沉淀硬化型不銹鋼Cu4Nb等存在高溫鐵素體