过共晶白口铸铁
实验三：碳钢和铸铁的平衡组织的观察
实验四：碳钢和铸铁的平衡组织的观察一、实验目的：1．识别不同成分的碳钢和各种铸铁平衡组织的特征；2．建立铁碳合金成分、组织和性能之间的变化规律；3．应用杠杆定律估算钢中的含碳量。
二、实验说明：根据铁碳合金状态图，铁碳合金随着含碳量的不同，碳钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢；白口铸铁可分为亚共晶、共晶和过共晶白口铸铁。
1．铁碳合金在平衡状态下的基本组织特征：铁碳合金在平衡状态下的基本组织为铁素体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
它们在金相显微镜下（使用3～4%硝酸酒精溶液的浸蚀后）其组织的特征为：(1) 铁素体（F）呈白点的，其分布呈块状（当钢中含碳量较少时）或呈网状（当钢中含碳量接近共析成分时），铁素体的硬度很低，一般为HB80～120。
强度也较低，但塑性、韧性好。
(2) 渗碳体（Fe3C）呈亮白色（但苦味酸溶液浸蚀后呈暗色），其分布一般呈网状分布在珠光体的周围（过共析钢中为Fe3CⅡ）。
或呈长条状分布在莱氏体中（过共晶白口铸铁中的Fe3CⅠ）。
渗碳体的硬度很高。
HB达800，是一种硬而脆的相，所以强度、塑性却较差。
(3) 珠光体（P）是铁素体和渗碳体的混合物，它在低倍显微镜下观察无法分辨，呈暗色；而在高倍显微镜下观察呈黑白相间的片状分布。
片状珠光体硬度为HB190～230，随着间距的变小硬度升高。
(4) 莱氏体（Ld）是一种共晶组织，它是在亮色渗碳体的基底上分布着暗黑色点状或条状的珠光体。
莱氏体和珠光体不同，前者是在渗碳体的基体上分布着珠光体，后者是在铁素体的基体上分布着渗碳体。
莱氏体的硬度很高，达HB700，性脆。
它一般在含碳量大于2.11%的白口铁中存在，在某些高碳合金钢的铸造组织中也会出现。
2．亚共析钢的含碳量的估算：了解了这些组织的特性后，就可以结合现实合金状态图，根据不同含碳量的碳钢和铸铁分析其在室温下的平衡组织（见表4-1）。
亚共析钢的平衡组织为铁素体+珠光体。
已知珠光体的平均含碳量为0.8%，由于铁素体中含碳量极少，可以忽略，因而根据杠杆定律，从显微镜下观察到珠光体含量面积百分数乘上0.8%，即为碳钢的含碳量。
铁碳相图详解
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：⑴ 工业纯铁（<% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。
⑵ 碳钢（%~%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（%~%C）、共析钢（%C）和过共析钢（%~%C）。
⑶ 白口铸铁（%~%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（%~%C）、共晶白口铸铁（%C）和过共晶白口铸铁（—%C）下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。
图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置㈠工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。
继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。
温度降低到3点以后，开始从铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，铁素体全部转变为奥氏体。
在4~5点之间，不发生组织转变。
冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。
在6-7点之间冷却，不发生组织转变。
温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe3CIII。
7点以下，随温度下降，Fe3CIII量不断增加，室温下Fe3CIII的最大量为：%31.0%1000008.069.60008.00218.03=⨯--=ⅢCFeQ。
图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。
工业纯铁的室温组织为+Fe3CIII，如图3-28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe3CIII。
图3-27 工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图 图3-28 工业纯铁的显微组织 400× ㈡ 共析钢（图3-26中合金②）的结晶过程共析钢的含碳量为%，超过了包晶线上最大的含碳量%，因此冷却时不发生包晶转变，其结晶过程及组织转变示于图3 - 29。
合金液体在1 ~ 2 点间通过匀晶反应转变为奥氏体。
在2 ~ 3点之间,不发生组织转变。
过共晶白口铸铁的结晶过程
过共晶白口铸铁的结晶过程过共晶白口铸铁是一种重要的材料，在机械、航空、汽车等领域中得到广泛应用。
它的制备过程包括液相区凝固和固态区凝固两个阶段，而结晶过程是整个制备过程中最为关键的一个环节。
1. 液相区凝固液相区凝固是过共晶白口铸铁中结晶过程的第一步。
在凝固前，合金中的成分在液相区是均匀分布的。
然而，随着凝固的进行，液相中富含碳和硅的区域渐渐分离出来，形成了初生晶核。
这些初生晶核的数目和大小是决定整个结晶过程的关键。
2. 固态区凝固固态区凝固是过共晶白口铸铁中结晶过程的第二步。
在这个阶段，初生晶核逐渐生长并变成完整的晶粒，同时新的晶核也在液体中生成。
这个过程中，晶粒的形状和大小也受到很多因素的影响，例如合金成分、冷却速率和晶界能量等。
3. 共晶组织形成通过液相区凝固和固态区凝固的过程，过共晶白口铸铁中最终形成了一种典型的共晶结构。
这种结构由铁素体和珠光体共同组成，其中铁素体为基体，珠光体则分布其中。
共晶组织的形成是材料性能优异的关键之一，它能够让过共晶白口铸铁拥有良好的强度、韧性和耐蚀性等特性。
4. 影响结晶过程的因素结晶过程中，许多因素都能够影响材料的结晶速率和晶粒形状。
首先是合金成分，不同的成分会导致不同的晶格形态和晶界能量，从而影响结晶过程；其次是冷却速率，冷却速度的快慢直接影响晶粒的大小和形状；最后是热处理过程，通过热处理可以对过共晶白口铸铁的组织和性能进行调整和改善。
总之，过共晶白口铸铁的结晶过程是一个复杂的过程，涉及很多因素。
只有综合考虑到这些因素，并合理地进行材料制备，才能够制备出质量优良的过共晶白口铸铁材料。
数控技术《4.4-典型铁碳合金结晶过程分析》
第4章铁碳合金典型铁碳合金的结晶过程分析开场：大家好，欢迎来到“金属材料与热处理”课堂，今天我们一起学习典型铁碳合金的结晶过程分析。
在上一节我们学习到，含碳量不同的铁碳合金，从高温下的液态，缓慢冷却到室温后，其室温组织不同。
为此我们可以根据室温组织将铁碳合金分为以下几种类型：（1）工业纯铁（WC＜%）含碳量 wC < 0 0218%的铁碳合金称为工业纯铁，其室温组织为铁素体。
（2）碳钢（WC=%~%）含碳量wC = %~%的铁碳合金称为钢。
可分为：亚共析钢（% <wC< %）、共析钢（wC=%）、过共析钢（% <wC< %）。
（3）白口铸铁（WC＝%~%）含碳量wC=%~%的铁碳合金称为白口铸铁。
有较好的铸造性能、质脆，不能锻造。
可分为：亚共晶白口铸铁（%<wC<%）、共晶白口铸铁（wC=%）、过共晶白口铸铁（%<wC<%）。
下面我们一起来分析下几种典型的铁碳合金的结晶过程。
1、工业纯铁结晶过程（wC = % （flash动画）合金液体在1-2点间转变为δ，2点δ→γ，3-4点间γ→F，4点到5点之间为F，到7点，从F中析出Fe3C。
从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3CⅢ表示。
Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。
随温度下降，Fe3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为F Fe3CⅢ。
室温下Fe3CⅢ的最大量为:凡是亚共析钢结晶过程均与此过程相似，只是由于碳的质量分数不同，组织中铁素体和珠光体的相对量也不同，随着含碳量增多，珠光体含量增加。
%6.22%10077.069.677.011.23=⨯--=II C Fe Q过共析钢的结晶过程均与此过程相似，只是随着碳的质量分数不同，组织中珠光体和渗碳体的相对量不同。
5、共晶白口铸铁（ wC ≈% ）以含碳量为％的共晶白口铸铁为例。
合金Ⅳ在温度1点以上为单一液相；当温度降至与ECF 线相交时，液态合金发生共晶反应，即LC →Ld （Fe3C ），结晶出莱氏体。
铁碳合金的分类及其平衡结晶综述
室温相组成：α+Fe3C，两相相对量为：
Fe C
3
2K 6.69% 4.3% 100% 100%; PK 6.69% 0.0218 % 1
渗碳体包括三部分：共晶渗碳体、 二次渗碳体和共析渗碳体
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PK
100 % 88 .7%, Fe3C 1 11 .3%
在显微图4.6（b）中黑色线条可视为渗碳体，白色部分为 铁素体。
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二．典型铁碳合金的结晶过程
2. 亚共析钢（以含碳量0.55%的亚共析钢为例） 过成分点作垂线，和相图上的液相线、固相线、GS线、共析线分别交1、 2、3、5点。 平衡结晶过程组织变化的表达式：
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二．典型铁碳合金的结晶过程
5.亚共晶白口铸铁 以含碳量为3.0%的合金为例。过成分点作垂线，和液相线、共晶线、 共析线交于1、2、3点。 平衡结晶过程组织变化的表达式：
先 先 先 L3.0 L 先 E LC 1148 E Ld （ 先 Fe3C） Ld （ S Fe3C） Ld
L0.55 L 0.55
先
先 P
S
727
先 P
P
先
P
图中，白色为先 共析铁素体，黑 色为珠光体
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二．典型铁碳合金的结晶过程
室温组织组成物：α先+P。两组织相对量用杠杆定律 （连接线PS？）
727 （P Fe3C） L/d
典型铁碳合金结晶过程分析 (2)
第二章碳钢C相图第3节Fe-Fe3第5讲典型铁碳合金结晶过程分析2典型铁碳合金的结晶过程分析-4共晶白口铸铁w c ＝4.3%铁碳合金的结晶过程CD EFK124.30%共晶白口铸铁w c ＝4.3%铁碳合金的结晶过程CD EFK124.30%1交点：液相开始发生共晶转变1~2之间：共晶奥氏体中会出现二次渗碳体2交点：γ发生共析转变→P (珠光体)共晶渗碳体不发生变化2 以下：组织低温莱氏体（L′d ）L 4.31148∘C(γ2.11+Fe 3C)共晶转变生成莱氏体（Ld ）奥氏体为共晶奥氏体，渗碳体为共晶渗碳体w c＝4.3%的铁碳合金结晶过程示意图低温莱氏体金相照片（黑斑区为珠光体，白色为渗碳体）室温组织：（L′d ）室温相：α+ Fe 3Cw c ＝4.3%的铁碳合金的结晶过程通过杠杆定律计算室温下各组织含量通过杠杆定律计算室温下各相含量自学内容w α=6.69−4.36.69−0.0008×100%≈？w Fe 3C =1−w α≈？%100='d L w典型铁碳合金的结晶过程分析-5亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金的结晶过程CD EFK1233.0%亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金的结晶过程CD EFK1233.0%3以下2交点：存在两相L +γ2~3：奥氏体中会出现二次渗碳体3交点：γ发生共析转变→P (珠光体)二次渗碳体+ Ld 不发生变化3 以下：组织低温莱氏体（L′d + Fe 3C II + P ）L 4.31148∘C(γ2.11+Fe 3C)1交点：液相开始发生匀晶转变L →γ其中的室温组织：（L'd + P + Fe 3C Ⅱ）室温相：α+ Fe 3Cw c ＝3.0%的铁碳合金的结晶过程通过杠杆定律计算室温下各组织含量通过杠杆定律计算室温下各相含量自学内容w Fe 3C =1−w α≈？w α= 6.69−3.06.69−0.0008×100%≈?w L ′d=3.0−2.114.3−2.11×100%≈？w P = 4.3−3.04.3−2.11×6.69−2.116.69−0.77×100%≈？w Fe 3C II =1−w L ′d −w P ≈?结晶过程示意图亚共晶白口铸铁的金相照片亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金3以下典型铁碳合金的结晶过程分析-6过共晶白口铸铁w c ＝5.3%铁碳合金的结晶过程CDEF K123典型铁碳合金的结晶过程分析-6过共晶白口铸铁w c ＝5.3%铁碳合金的结晶过程CDEF K1231~2：一次渗碳体形成的温度高，故其形貌为粗大的片状结构2交点：共晶转变3交点：γ发生共析转变3 以下：组织低温莱氏体（L′d + Fe 3C I ）1交点：液相开始发生匀晶转变L →Fe 3C I过共晶白口铸铁w c＝5.3%铁碳合金L'd＋Fe3CⅠ过共晶白口铸铁的室温组织典型铁碳合金的结晶过程分析-7工业纯铁w c <0.01%铁碳合金的结晶过程A GH J NP Q1234567工业纯铁w c <0.01%铁碳合金的结晶过程A GH J NP Q12345671~2：L 减少δ增加1以上：液相1交点：匀晶转变L →δ2点：单相δ （0.01%）2~3：单相δ （0.01%）3点开始：δ →γ3~4：δ减少γ增加4~5：单相γ（0.01%）5点开始：γ→α5~6：γ减少α增加6点，6~7：单相α （0.01%）7点：α析出Fe 3C ⅡI工业纯铁w c<0.01%铁碳合金室温下的相：F+Fe3C 室温组织: F + Fe3CⅢ工业纯铁室温组织金相照片。
铁碳相图及其合金组织转变
Fe-C系中的组元和合金相一、Fe、C组元1. 纯铁纯铁是过渡组族元素，熔点为1538℃。
工业纯铁的纯度一般为99.8－99.9wt％, 其余为杂质，主要是碳。
纯铁的强度、硬度低，塑性非常好。
固态铁随温度变化会发生同素异晶转变：912℃以下为体心立方结构，称为α- Fe；α- Fe在912℃转变为面心立方结构的γ- Fe，这一转变称为A3转变，相应的转变温度称为A3点；加热到1394℃，γ- Fe转变为体心立方的δ- Fe ，称为A4转变，δ- Fe存在的温度范围为1394－1538℃。
α- Fe加热时在770℃发生磁性转变，由铁磁性变为顺磁性，这种磁性转变称为A2转变。
磁性转变对α- Fe的晶体结构不产生影响。
2. C铁碳合金中的碳为原子态时，可与铁形成固溶体，或与铁结合形成化合物，也可分布于晶体缺陷处。
当碳以单质状态存在时即是石墨，它具有简单六方结构，由于轴比c/a较大，原子排列看似层状，同一层中的原子间结合较强，层与层之间结合很弱。
石墨的强度和硬度都很低，塑性几乎为零。
石墨是铸铁中的一个相，对铸铁的性能有很大影响。
二、铁的固溶体α相或铁素体相：是碳溶于α- Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方结构，用符号α或F表示。
铁素体的最大溶碳量为0.0218wt％（727℃），室温时小于0.008％。
在铁素体中碳原子一般存在于八面体间隙位置，这是因为尽管α- Fe的四面体间隙尺寸比较大，但间隙中心相对于围成间隙的原子是对称的；而八面体间隙是不对称的，<110>方向的原子间距比<100>方向的原子间距大得多，碳原子填入八面体间隙时受到<100>方向的两个原子的压力较大，而受到<110>方向的四个原子的压力较小，因此进入八面体间隙比进入四面体间隙的阻力小。
γ相或奥氏体相：碳溶于γ铁形成的具有面心立方结构的间隙固溶体，用γ或A表示。
碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11%（1148℃）。
高清金相图谱之白口铸铁与灰铸铁（80张，彩色）
高清金相图谱之白口铸铁与灰铸铁（80张，彩色）白口铸铁是由化学成分中的碳以碳化物形式存在、铸态组织不含石墨、断口呈白色的铸铁，组织与碳含量的关系如图所示。
铁碳合金亚稳定凝固相图及组织白口铸铁可分为3类：（1）CE<>，Sc<>（共晶度Sc指铸铁含碳量与共晶点实际碳量的比值）的为亚共晶白口铸铁，高温组织为枝晶状奥氏体和莱氏体（连续的渗碳体上分布着岛状奥氏体），室温时组织为珠光体和莱氏体；（2）CE=4.3%，Sc=1的共晶白口铸铁；（3）CE>4.3%，Sc>1的为过共晶白口铸铁，组织为初晶渗碳体（大板条状）和莱氏体。
灰铸铁灰铸铁是石墨呈片状分布，断裂时断口呈暗灰色的铸铁。
根据化学成分在Fe-C相图上的位置，灰铸铁分为亚共晶、工具、过共晶三种。
灰铸铁的凝固组织包括初生奥氏体、初生石墨、共晶体（共晶石墨+共晶奥氏体）以及共晶晶粒边界区生长的组织。
详细介绍请查看“一文了解铸铁”。
金相赏析材料亚共晶白口铸铁放大倍数400X处理工艺铸态平衡冷却浸蚀剂4%硝酸酒精溶液组织说明大块黑色区域为珠光体，枝晶状不明显，分布在麻点状的共晶莱氏体基体上，在枝晶珠光体边缘有一圈纯色组织为析出的二次渗碳体组织。
材料亚共晶白口铸铁放大倍数400X处理工艺铸造快速冷却浸蚀剂4%硝酸酒精溶液组织说明大块蓝黑色枝晶状区域为先析出奥氏体转变成的珠光体，分布在麻点状的共晶莱氏体基体上，枝晶珠光体边缘纯色组织为析出的二次渗碳体。
材料共晶白口铸铁放大倍数500X处理工艺铸造平衡冷却浸蚀剂4%硝酸酒精溶液组织说明由圆粒状或条状分布的珠光体(黑色)与渗碳体基体(黄色)构成的机械混合物，平衡冷却时粒状珠光体较多，也称蜂窝状莱氏体。
材料共晶白口铸铁放大倍数200X处理工艺铸造快速冷却浸蚀剂4%硝酸酒精溶液组织说明由圆粒状或条状分布的珠光体(黑色)与渗碳体基体(其它色)构成的机械混合物，快速冷却时条状珠光体明显，也称板条状莱氏体。
白口铸铁的结晶
一、渗碳体的结晶初生渗碳体的生长特征及形态受晶体结构中原子之间键能的各向异性影响。
尽管渗碳体为间隙相化合物，但其生长方式与固溶体相同，按树枝状生长。
鉴于渗碳体明显的各向异性，使各晶向生长速度有很大差别，纵向生长速度（树枝前进方向）远比横向（与树枝平面垂直的方向）生长速度大。
菱面边缘上有大量未饱和的共价键，使渗碳体沿（010）面以及[100]方向优先生长，最后长成如图1所示的板片状树枝晶。
与奥氏体有些相似，但奥氏体是三维形态树枝状结构。
渗碳体板片状树枝晶的数量、尺寸、外形、分枝程度及结晶位向，均与凝固条件有关。
如含碳高、硅低、冷却快，就会使渗碳体板片生长得薄而长，使二维截面显示出长细针状结构。
图1 初生渗碳体板片状树枝晶布宁对初生渗碳体的生长过程用图2描述如下：a. 在渗碳体雏晶边缘长出突出分枝，边缘前方集结杂质形成过冷。
b. 在二维晶核上长出新的晶体层。
c. 依靠位错（主要是螺旋位错）生长机制，在层片上长出新的片层；同时在凸出部分间隙形成沟槽。
d. 分枝间的沟槽逐渐加大和加深，并形成微观孤立熔池。
熔池内的杂质增多使分枝倾向加重，形成锯齿生长。
e. 片层在加厚，但加厚速度远比前进速度小。
片状晶表面形成了树枝状起伏的轮廓，枝晶的横截面为方形和T 字形。
图2 渗碳体的结晶过程b d e a二、初生碳化物M7C3的结晶当过共晶高铬白口铸铁w（Cr>10%）以后，生成的碳化物由M3C转变成M7C3。
有关的形核机制初见文献报道，较多的研究工作是关注其生长过程。
有两种生长形态：杆状与板片状。
当按六方晶系结晶生长，得到杆状形态；若沿斜方晶系或菱形晶系析出，则易长大成板片状。
过共晶高铬白口铸铁的初生碳化物按六方晶系生长的居多，由于六方晶体存在明显的各向异性，使其主要生长方向为［0001］，形成横截面为六方形轮廓的长杆棒状晶体。
初生、M7C3生长时四周不存在奥氏体的影响。
较大过冷也不易生成孪晶，所以不形成分枝，完全以单晶方式沿［0001］方向生长，晶粒尺寸远比共晶碳化物粗大。
铁碳合金相图与共析钢结晶过程
四、 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
⒈ 含碳量对室温平衡组织的影响
含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：
钢铁 分类
工
钢
业
共析钢
纯
铁 亚共析钢 过共析钢
白口 铸 铁
共晶白口铸铁
亚共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
含碳量%00.0218 0.77 2.11
4.3
6.69
组织组
100
铁素体
成物相
珠光体
碳在δ-Fe中的固溶体称
δ -铁素体，用δ 表示。
铁素体
都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低, 在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体 大，1148℃时最大为2.11%。
(一) 共析钢的结晶过程 合金液体在 1-2
点间转变为A。 到S点发生共析 转变：
AS⇄FP+Fe3C, A 全部转变为 珠光体。
1点以上：L
℃
+
1～2点：LA
2～3点：A
+
+
3～3'点： AP 3'点以下：P
珠光体在光镜下呈指纹状. 转变结束时，珠光体中相
的相对重量百分比为：
QF
SK 6.690.77 88.8%, PK 6.690.0218
沿晶界形成完整的网, 强度迅 3、需要耐磨的（工具、模具、轴承类）可选用含碳0.
2、共晶点C的铁碳合金铸造性能最好。
3、过共析钢的结晶过程
速降低, 随着碳 珠光体在光镜下呈指纹状.
过共晶白口铸铁结晶过程
过共晶白口铸铁结晶过程
本文将介绍共晶白口铸铁的结晶过程。
共晶白口铸铁是一种铸造材料，具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，广泛应用于机械、汽车和航空等领域。
共晶白口铸铁的主要成分是铁、碳、硅和锰。
在铸造过程中，铁和碳的比例会影响铸件的质量和性能。
一般来说，铸件中碳的含量越高，硬度和脆性也会增加。
因此，在铸造过程中需要控制碳的含量，以达到最佳的性能。
在共晶白口铸铁的结晶过程中，铁和碳会形成共晶组织。
当铁和碳混合时，会形成类似于珠子的小球状结构，这些小球状结构被称为共晶组织。
共晶组织的形成是由于铁和碳在铸造过程中的化学反应。
除了共晶组织外，共晶白口铸铁还包含一些其他的组织，例如珠光体和渗碳体。
这些组织的形成也受到铸造温度和冷却速度的影响。
总的来说，共晶白口铸铁的结晶过程是一个复杂的过程，需要控制多个参数才能获得理想的结构和性能。
通过对结晶过程的深入研究，可以进一步提高共晶白口铸铁的质量和性能，以满足不同领域的需求。
- 1 -。
项目三 金属的晶体结构与结晶
三、奥氏体
碳溶解于γ-Fe形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。虽然γ-Fe晶格的 原子排列较紧密，但空隙比较集中，因此面心立方结构的γ-Fe可以溶解较多的碳， 在1148 ℃时，最多可以溶解2.11%的碳，随着温度的下降，奥氏体溶解碳的能力减小， 到727 ℃时，碳的质量分数降到0.77%。奥氏体的强度和硬度不高，但具有良好的塑 性，是大多数钢在高温进行锻造和轧制时所要求的组织，故在轧钢和锻造时，常把钢 加热到高温呈奥氏体状态，奥氏体没有磁性。
目录
CONTENT
CONTENT
01 二元合金相图 02 铁碳合金的基本组织 03 绘制 Fe-Fe3C 相图 04 钢的结晶过程 05 铁的结晶过程 06 Fe-Fe3C 相图的应用
任务一
二元合金相图
合金比纯金属结晶过程复杂，随着合金中元 素种类的变化，其组织和性能随之变 化，这种 变化规律可以借助于相图认识。合金相图是生 产中分析研制合金材料的理论 基础，也是制定 合金熔炼、铸造、焊接、锻造及热处理工艺的 重要依据。
任务三
绘制Fe-Fe3C 相图
铁和碳是铁碳合金中的两种主要元素。铁 碳合金在加热和缓慢冷却的条件下，不 同成分 的铁碳合金，随温度的变化，其状态或组织也 随之发生改变。为了便于同学们了解和学习铁 碳合金在平衡状态下组织、成分与温度之间的 关系，有必要建立一种学习工 具——Fe-Fe3C 相图。
学习目标
四、渗碳体
随着温度的降低，渗碳体会从不同的相中析出，通常把铁碳合金中的渗碳体分为: （1）一次渗碳体，由液体金属中直接结晶出来; （2）二次渗碳体，由奥氏体中析出; （3）三次渗碳体，由铁素体中析出; （4）共晶渗碳体，在共晶转变时形成; （5）共析渗碳体，在共析转变时形成。
过共晶白口铸铁的室温组织
过共晶白口铸铁的室温组织
共晶白口铸铁是一种含有铁素体和珠光体的铸铁，其室温组织主要由以下成分组成：
1. 铁素体：铁素体是铸铁中最主要的组织成分，由纯铁和少量碳组成。
它具有良好的塑性和韧性，但硬度较低。
2. 珠光体：珠光体是由铁素体中的碳球团聚形成的，碳量相对较高。
珠光体的硬度较高，具有较好的耐磨性和强度。
共晶白口铸铁的铸造过程中，当铸铁凝固时，铁素体首先形成，然后在温度下降到一定程度时，珠光体开始形成。
铸铁的冷却速率和化学成分对铸铁的室温组织有很大影响。
冷却速率较快时，铁素体和珠光体的形成速度都会加快，珠光体的颗粒尺寸较小；反之，冷却速率较慢时，珠光体颗粒尺寸较大。
总体来说，共晶白口铸铁的室温组织由铁素体和珠光体组成，铁素体占主导地位，而珠光体在其中分布，两者共同决定了铸铁的力学性能和耐磨性。
不同的冷却速率和合金化处理可以调节室温组织，从而改变铸铁的性能。
过共晶白口铸铁的结晶过程
过共晶白口铸铁的结晶过程
共晶白口铸铁是一种具有优异力学性能和良好综合性能的铸铁。
其结晶过程是指铁水在凝固时，由于铸件凝固温度的变化和铁水中共晶相的变化而发生的组织结构变化过程。
在凝固初期，共晶白口铸铁中的铁素体和渗碳体同时形成。
随着凝固的继续，当温度下降到共晶温度以下，铁素体和渗碳体共同转变为共晶组织。
共晶组织是由渗碳体和铁素体以一定比例交替排列而成的。
铁素体为基体，渗碳体沿晶界排列。
在凝固过程中，共晶白口铸铁中的石墨形态也会发生变化。
石墨开始以球状形式出现，然后逐渐形成片状和网状结构，并最终形成板状石墨。
这种板状石墨结构是共晶白口铸铁中独有的，具有很好的抗疲劳性能和耐磨性能。
总的来说，共晶白口铸铁的结晶过程是由铁素体、渗碳体和石墨组成的，具有一定的规律性和复杂性。
通过对共晶白口铸铁结晶过程的研究，可以更好地了解其组织结构和性能特点，进一步优化共晶白口铸铁的制备工艺和应用范围。
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过共晶白口铸铁含碳量
过共晶白口铸铁含碳量
共晶白口铸铁是一种特殊的铸铁，其含碳量在2.0%~4.5%之间，硅含量在0.5%~3.0%之间。
在铸造过程中，铸件的冷却速度会影响其外观和性能，因此制备共晶白口铸铁需要严格控制冷却速度。
下面将详细介绍共晶白口铸铁的含碳量。
共晶白口铸铁是一种铁-碳合金，因此其性质与含碳量密切相关。
通常情况下，共晶白口铸铁的含碳量介于2.0%~4.5%之间。
当含碳量较低时，共晶白口铸铁容易产生加工困难和表面质量不佳等问题；而当含碳量较高时，共晶白口铸铁容易产生热裂和变形等问题。
在共晶白口铸铁的铸造过程中，含碳量的控制需要结合具体的生产工艺和生产要求。
一般来说，铸造工艺对含碳量的分布和变化规律有着重要的影响。
例如，在不同的浇注方式下，共晶白口铸铁的含碳量分布会有所不同；在不同的铸型温度和浇注温度下，共晶白口铸铁的含碳量也会有所变化。
因此，生产过程中需要通过严格的控制工艺参数、铸型设计和冷却方式等手段来保证含碳量的稳定和一致性。
在共晶白口铸铁的合金调配和熔炼过程中，含碳量的控制也是至关重要的。
通过合理的合金配比和熔炼工艺，可以精确控制共晶白口铸铁的含碳量，确保其物理性能和化学性能达到设计要求。
同时，在后续的热处理和表面处理工艺中，也需要考虑含碳量的影响，并采取相应的措施来保证铸件的质量和稳定性。
KEY3-11 白口铸铁的结晶过程
在2～3点之间，随温度的下降，奥氏体（包括一次奥氏体和莱氏 体中的奥氏体）中析出二次渗碳体，到3点温度727℃时，奥氏体 的成分为S点0.77%， 0.77%的奥氏体在3点温度发生共析反应， 得到珠光体，同时高温莱氏体转变为低温莱氏体 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺 ）
共晶白口铸铁的平衡结晶过程
Ⅴ
L
即为C点成分的铁碳合金，合金5
1148℃ 1
D
E
C
F
（2.11） （4.30）
1
Le
2
S （0.77）
K L
γ 1’
2
Le Fe3C
Fe3C P
γ 2’
如图所示为共 晶白口铸铁的 冷却曲线及平 衡结晶过程示 意图
Fe3C
P
Le′ Fe3C
该合金由液态冷却到1点温度，即1148℃时，发生共晶反应， 液态合金全部转化为高温莱氏体，是共晶奥氏体和共晶渗碳 体的机械混合物，呈蜂窝状
2
2′
P
3
L
S
Le
γ Fe3CⅡ
3
Le’
P
Fe3CⅡ
成分点E点和C点 之间的铁碳合金， 以合金6为例来进 行分析
Fe3C γ Fe3CⅡ
3’
亚共晶白口铸铁的平衡结晶过程
当合金冷却到1点温度，合金成分线与液相线相交，发生匀晶反 应结晶出奥氏体，称为一次奥氏体；
1点～2点温度之间，液相越来越少，奥氏体越来越多，到2点温 度1148℃时，奥氏体的成分变为E点2.11%，剩余液相的成分变为 C点4.3%；
粗大的白色条片为一次渗 碳体，为液态中析出，所 以组织粗大，其余豹纹状
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回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1以下的温度，保温一定的时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火，
退火：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺
淬火：将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体、贝氏体和奥氏体等的热处理工艺
正火：将钢件加热到上临界点(AC3或Acm)以上40~60℃或更高的温度，保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却的简便、经济的热处理工艺。
调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理
合金：两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合（物理变化）而成具有金属特性的物质叫做合金。
固溶强化：当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。
但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，这种现象称为固溶强化。
固溶处理：把合金加热到单相固溶体区，进行保温使第二相充分溶解，然后快冷（通常用水冷却），得到单一的过饱和固溶体组织的热处理工艺
固溶体：合晶组元通过溶解形成一种成分和性能均匀，且结构和组元之一相同的固相称为固溶体。
时效：固溶处理后得到的过饱和固溶体在室温下或低温加热时析出细小、均匀、弥散分布的第二相，合金硬度和强度明显升高的现象称为时效或时效硬化
具有体心立方晶格的金属有钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, <912 ℃)等。
大多具有较高的强度和韧性。
具有面心立方晶格的金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ- 铁( γ-Fe, 912 ℃～1394 ℃)等。
大都具有较高的塑性。
过共晶白口铸铁。