鐵碳合金相圖詳解第1頁，共40頁。第2頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述

鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的基礎(chǔ)。由于含碳量高于6.67％的鐵碳合金脆性極大，沒有使用價值，因而對鐵碳合金相圖只研究Fe-Fe3C部分。圖5-9所示為Fe-Fe3C相圖。相圖中各主要點的涵義、溫度及含碳量見表5-3所示。

第3頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述第4頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述相圖中各主要點的涵義：

ABCD為液相線，而AHJECF則為固相線。相圖上的三條平行線(HJB、ECF、PCK)是指三個恒溫反應(yīng)：

(1)在1493℃(HJB水平線)發(fā)生包晶反應(yīng)，其反應(yīng)式為

LB+δHAJ

包晶反應(yīng)的結(jié)果形成了奧氏體。此反應(yīng)僅可能在含碳量為O.10～0.50％的鐵碳合金中發(fā)生。

第5頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述相圖中各主要點的涵義：相圖上的三條平行線(HJB、ECF、PCK)是指三個恒溫反應(yīng)：

(2)在1147℃(ECF水平線)發(fā)生共晶反應(yīng)，其反應(yīng)式為

LcFP+Fe3C。共晶反應(yīng)的結(jié)果形成了奧氏體與滲碳體的共晶混合物，稱此共晶混合物為萊氏體，用字母Ld表示；冷至室溫時成為變態(tài)萊氏體，用L′d表示。此反應(yīng)發(fā)生于所有含碳量>2.06％<6.67％的鐵碳合金范圍內(nèi)。第6頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述相圖中各主要點的涵義：相圖上的三條平行線(HJB、ECF、PCK)是指三個恒溫反應(yīng)：

(3)在723℃(PSK水平線)發(fā)生共析反應(yīng)，其反應(yīng)式為

AsFP+Fe3C。共析反應(yīng)的結(jié)果形成了鐵素體與滲碳體的共析混合物，稱此共析混合物為珠光體(P)。所有含碳量超過0.02％的鐵碳合金中，即實際在工程上常用的鐵碳合金中均發(fā)生珠光體(共析體)轉(zhuǎn)變。第7頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述此外，值得注意的是ES和PQ線：

(1)ES線——碳在奧氏體中的固溶線。從該線看出，碳在奧氏體中的最大溶解度是在1147℃，此時可溶解2.06％C，而在723℃時只能溶解0．80％C。故凡含碳量大于0.80％的鐵碳合金自1147℃冷至723℃時，均會從奧氏體中沿晶界析出滲碳體，稱此滲碳體為二次滲碳體(Fe3CⅡ)，以區(qū)別于從液體中直接結(jié)晶的一次滲碳體(Fe3CⅠ)。第8頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述此外，值得注意的是ES和PQ線：

(2)PQ線——碳在鐵素體中的固溶線。從該線看出，碳在鐵素體中的最大溶解度是在723℃，此時可溶解O.02％C，而在室溫平衡狀態(tài)下，僅可溶解0.0008％C，故一般鐵碳合金凡是從723℃緩冷至室溫時，均可能從鐵素體中沿晶界析出滲碳體，稱此滲碳體為三次滲碳體(Fe3CⅢ)。因其數(shù)量極少，故一般在討論中經(jīng)常予以忽略。第9頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述

所謂一次、二次、三次滲碳體僅在于滲碳體來源和分布有所不同，沒有本質(zhì)區(qū)別，其含碳量，晶體結(jié)構(gòu)和本身的性質(zhì)均相同。

相圖中AHN線和GPQ線的左方分別為δ和α的鐵素體區(qū)域；NJESG包圍的范疇為奧氏體區(qū)域。第10頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述鐵碳合金相圖上的各種合金，通常可按其含碳量和組織的不同，分成下列三類：

(1)工業(yè)純鐵(C<0.02％)；

(2)鋼(0.02～2.06％C)：亞共析鋼(C<O.80％)、共析鋼(C=O.80％)、過共析鋼(C>0.80％)；

(3)白口鐵(2.06～6.67％C)：亞共晶白口鐵(C<4.3％)、晶白口鐵(C=4.3％)、過共晶白口鐵(C>4.3％)。第11頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析一、概述

下面列舉6個典型的鐵碳合金來討論其結(jié)晶過程。鋼和白口鐵的結(jié)晶過程雖然比較復雜，但其分析方法則與前述的相同，并無新穎之處。所選擇的各合金的成分如圖5-10所示。

第12頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析第13頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(一)共析鋼(0.80％C)的結(jié)晶過程分析圖中合金①為共析鋼，該合金在1點以上的溫度為液相(L)，緩冷至稍低于1點的溫度開始從L中結(jié)晶出奧氏體(A)。緩冷至2點溫度以下，L全部冷凝為A。繼續(xù)緩冷至3點溫度(723℃)時

，A按共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變成

珠光體。第14頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(一)共析鋼(0.80％C)的結(jié)晶過程分析共析鋼的結(jié)晶過程示意圖：第15頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(一)共析鋼(0.80％C)的結(jié)晶過程分析共析鋼的顯微組織(珠光體)

：第16頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(二)亞共析鋼(0.02～0.80％C)的結(jié)晶過程分析

第17頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(二)亞共析鋼(0.02～0.80％C)的結(jié)晶過程分析含碳量在0.10～0.50％范圍內(nèi)的亞共析鋼，在冷凝至1493℃時均發(fā)生包晶反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果形成奧氏體(A)；而含碳量大于0.50％者，在冷凝時，則不發(fā)生包晶反應(yīng)，而是直接從L中結(jié)晶出A。

第18頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(二)亞共析鋼(0.02～0.80％C)的結(jié)晶過程分析含碳量在0.10～0.50％范圍內(nèi)的亞共析鋼，在冷凝至1493℃時均發(fā)生包晶反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果形成奧氏體(A)；而含碳量大于0.50％者，在冷凝時，則不發(fā)生包晶反應(yīng)，而是直接從L中結(jié)晶出A。

第19頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(二)亞共析鋼(0.02～0.80％C)的結(jié)晶過程分析合金②冷凝后得到A組織，繼續(xù)冷至GS線(3點溫度)時，便會發(fā)生AF的轉(zhuǎn)變，同時引起母相A中碳濃度的變化。由于合金繼續(xù)冷卻過程中，A的含碳量沿GS線逐漸增濃而趨近于S點，即合金冷至723℃時，A的含碳量增為0.80％，故當合金冷至稍低于723℃時，其組織中剩余的A，便會按共析反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成為珠光體，最終的顯微組織應(yīng)為F+P。第20頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(二)亞共析鋼(0.02～0.80％C)的結(jié)晶過程分析必須指出，所有亞共析鋼在緩冷后，最終的顯微組織都是F+P。各種亞共析鋼組織的主要差別，在于其中的F與P的相對量和F的分布情況不同。凡含碳量距S點愈近的亞共析鋼，其組織中含P量愈多而F量則愈少。含碳量大于0.50％的亞共析鋼組織，其中F趨向于沿P邊界呈網(wǎng)狀分布。第21頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(二)亞共析鋼(0.02～0.80％C)的結(jié)晶過程分析

0.10％C的亞共析鋼的顯微組織。圖中白色顆粒為F晶粒；黑色顆粒為珠光體，因放大倍數(shù)過低而使珠光體中層片無法分辨。

第22頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(二)亞共析鋼(0.02～0.80％C)的結(jié)晶過程分析

0.30％C的亞共析鋼的顯微組織。圖中白色顆粒為F晶粒；黑色顆粒為珠光體，因放大倍數(shù)過低而使珠光體中層片無法分辨。

第23頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(二)亞共析鋼(0.02～0.80％C)的結(jié)晶過程分析

0.10％C、0.30％C的亞共析鋼的顯微組織。白色顆粒為F晶粒；黑色顆粒為珠光體，因放大倍數(shù)過低而使珠光體中層片無法分辨?？梢姡剂枯^高的0.30％C亞共析鋼顯微組織中，P所占面積較大。

第24頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(三)過共折鋼(0.80～2.06％C)的結(jié)晶過程分析

第25頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(三)過共折鋼(0.80～2.06％C)的結(jié)晶過程分析

過共析鋼(以合金③為例)冷凝后得到A組織，繼續(xù)冷至ES線(3點溫度)時，即將從A中沿晶界開始析出Fe3CⅡ，隨著溫度的降低，A的含碳量沿ES線逐漸減少，與此同時，從A中沿晶界不斷析出Fe3CⅡ。合金冷卻至723℃時，A的含碳量減為0.80％，故當合金冷至稍低于723℃時，其組織中剩余的A，便會按共析反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成為珠光體，最終的顯微組織應(yīng)為P+Fe3CⅡ。

第26頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(三)過共折鋼(0.80～2.06％C)的結(jié)晶過程分析過共析鋼的結(jié)晶過程示意圖：第27頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(三)過共折鋼(0.80～2.06％C)的結(jié)晶過程分析含1.20％C的過共析鋼的結(jié)晶顯微組織：第28頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(四)共晶白口鐵(4.3％)的結(jié)晶過程分析

第29頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(四)共晶白口鐵(4.3％)的結(jié)晶過程分析共晶白口鐵(圖中合金④)首先在1147℃時發(fā)生恒溫反應(yīng)形成萊氏體，萊氏體在繼續(xù)冷卻過程中，由于其中A的含碳量沿ES線逐漸減少，還會不斷析出Fe3CⅡ。冷卻至723℃時，A的含碳量減為0.80％，故當合金冷至稍低于723℃時，其組織中剩余的A，便會按共析反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成為珠光體，最終的萊氏體組織應(yīng)為(P+Fe3CII+Fe3C)。

第30頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(四)共晶白口鐵(4.3％)的結(jié)晶過程分析共晶白口鐵結(jié)晶過程示意圖：第31頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(四)共晶白口鐵(4.3％)的結(jié)晶過程分析共晶白口鐵顯微組織（200×

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：第32頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(五)亞共晶白口鐵(2.06～4.3％C)的結(jié)晶過程分析第33頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(五)亞共晶白口鐵(2.06～4.3％C)的結(jié)晶過程分析亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程比較復雜。在共晶反應(yīng)之前，在L中已首先結(jié)晶出一部分A晶體。這部分初生A在繼續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變過程與萊氏體中的奧氏體的轉(zhuǎn)變過程完全相同，即先析出Fe3CⅡ，之后含碳量為0.80％的奧氏體再通過共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。除此變化外，其它變化與共晶白口鐵完全相同。亞共晶白口鐵的最終組織應(yīng)為P+Fe3CⅡ+L′d(P+Fe3CⅡ+Fe3C)。第34頁，共40頁。5.2鐵碳合金相圖分析二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析(五)亞共晶白口鐵(2.06～4.3％C)的結(jié)