铁碳相图分析

二、铁碳合金相图的分析

Fe-Fe3C相图如图3-25所示。可以看出，Fe-Fe3C相图由三个基本相图（包晶相图、共晶相图和共析相图）组成。相图中有五个基本相：液相L，高温铁素体相δ，铁素体相α，奥氏体相γ和渗碳体相Fe3C。这五个基本相构成五个单相区（其中Fe3C为一条垂线），并由此形成七个两相区：L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、γ+ Fe3C 、γ+α和α+ Fe3C。

图3-25 以相组成物标注的铁碳合金相图

在Fe-Fe3C相图中，ABCD为液相线，AHJECF为固相线。相图中各特征点的温度、成分及其含义如表3-2所示。

点的符号温度/℃含碳量/% 说明

A 1538 0 纯铁熔点

B 1495 0.53 包晶反应时液相的成分

C 1148 4.3 共晶点L C ⇄γE+ Fe3C

D 1227 6.69 渗碳体的熔点

E 1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度

F 1148 6.69 渗碳体

G 912 0 γ-Fe ⇄α-Fe同素异构转变点

H 1495 0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度

J 1495 0.17 包晶点L B+δH ⇄γJ

K 727 6.69 渗碳体

N 1394 0 δ-Fe⇄γ-Fe同素异构转变点

P 727 0.0218 碳在α-Fe中的最大溶解度

S 727 0.77 共析点γS ⇄αP+ Fe3C

Q 室温0.0008 室温下碳在α-Fe中的溶解度Fe- Fe3C

HJB水平线（1495︒C）为包晶线，与该线成分（0.09%~0.53%C）对应的合金在该线温度下将发生包晶转变：L0.53+ δ0.09→γ0.17（式中各相的下角标为相应的含碳量），转变产物为奥氏体。

ECF水平线（1148︒C）为共晶线，与该线成分（2.11%~6.69%C）对应的合金在该线温度下将发生共晶转变：L4.3→γ2.11 + Fe3C。转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用符号“Le”表示。莱氏体的组织特点为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。

PSK水平线（727︒C）为共析线，与该线成分（0.0218%~6.69%C）对应的合金在该线温度下将发生共析转变：γ0.77→α0.0218 + Fe3C。转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称

为珠光体，用符号“P”表示。珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布，性能介于两相之间。共析线又称为A1线。

此外，Fe- Fe3C相图中还有六条固态转变线：

GS、GP为γ⇄α固溶体转变线，HN、JN为δ⇄γ固溶体转变线，例如，GS线是冷却时铁素体从奥氏体中析出开始、加热时铁素体向奥氏体转变终了的温度线。GS线又称为A3线，JN线又称为A4线。

ES线为碳在γ-Fe中的固溶线。在1148︒C，碳的溶解度最大，为2.11%，随温度降低，溶解度下降，到727︒C 时溶解度只有0.77%。所以含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148︒C 冷至727︒C 时，会从奥氏体中析出渗碳体，称为二次渗碳体，标记为Fe3C II。二次渗碳体通常沿奥氏体晶界呈网状分布。ES线又称为A cm线。

PQ线为碳在α-Fe中的固溶线。在727︒C，碳的溶解度最大，为0.0218%，随温度降低，溶解度下降，到室温时溶解度仅为0.0008%。所以铁碳合金自727︒C向室温冷却的过程中，将从铁素体中析出渗碳体，称为三次渗碳体，标记为Fe3C III。因其析出量极少，在含碳量较高的合金中不予以考虑，但是对于工业纯铁和低碳钢，因其以不连续网状或片状分布于铁素体晶界，会降低塑性，所以对于Fe3C III的数量和分布还是要加以控制。

综上所述可见，铁碳合金中的渗碳体根据形成条件不同可分为一次渗碳体Fe3CⅠ（由液相直接析出的渗碳体）、二次渗碳体Fe3CⅡ、三次渗碳体Fe3CⅢ、共晶渗碳体和共析渗碳体五种。它们分属于不同的组织组成物，区别仅在于形态和分布不同，但都同属于一个相。由于它们的形态和分布不同，所以对铁碳合金性能的影响也不相同。

另外，Fe- Fe3C相图中还有两条物理性能转变线：MO线（770︒C ）是铁素体磁性转变温度。在770︒C以上，铁素体为顺磁性物质，在770︒C以下，铁素体转变为铁磁性物质。此线又称为A2线；UV线（230︒C）是渗碳体磁性转变温度，又称为A0线。