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

Fe- Fe3

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。

（1）Ac1 钢加热时，开始形成奥氏体的温度。

（2）Ac3 亚共析钢加热时，所有铁素体都转变为奥氏体的温度。

（3）Ac4 低碳亚共析钢加热时，奥氏体开始转变为δ相的温度。

（4）Accm 过共析钢加热时，所有渗碳体和碳化物完全溶入奥氏体的温度。（5）Arl 钢高温奥氏体化后冷却时，奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度。（6）Ar3 亚共析钢高温奥氏体化后冷却时，铁素体开始析出的温度。

（7）Ar4 钢在高温形成的δ相在冷却时，开始转变为奥氏体的温度。

（8）Arcm 过共析钢高温完全奥氏体化后冷却时，渗碳体或碳化物开始析出的温度。

（9）A1 也写做Ae1，是在平衡状态下，奥氏体、铁素体、渗碳体或碳化物共存的温度，也就是一般所说的下临界点。

（10）A3 也写做Ae3，是亚共析钢在平衡状态下，奥氏体和铁素体共存的最高温度，也就是说亚共析钢的上临界点。

（11）A4 也写做Ae4，是在平衡状态下，δ相和奥氏体共存的最低温度。（12）Acm 也写做Aecm，是过共析钢在平衡状态下，奥氏体和渗碳体或碳化物共存的最高温度，也就是过共析钢的上临界点。

（13）Mb 马氏体爆发形成温度，以Mb表示（Mb≤ MS）。当奥氏体过冷至MS点以下时，瞬间爆发式形成大量马氏体，并伴有响声，同时释放相变潜热，使温度回升。

（14）Md 马氏体机械强化稳定化临界温度。

（15）MF 马氏体相变强化临界温度。

（16）Mf 有的文献以Mf表示奥氏体转变为马氏体的终了温度。

（17）MG 奥氏体发生热稳定化的一个临界温度。

（18）MS 钢奥氏体化后冷却时，其中奥氏体开始转变为马氏体的温度，符号中的“S”是“始”字汉语拼音第一个字母，也就是俄文书籍中的MH和英文书籍中的MS。