铁碳合金相图详解

二、钢和白口铁结晶过程分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
(一)共析钢(0.80％C)的结晶过程分析
图中合金①为共析钢，该合金在1点以上的温度为液相(L)，缓冷至稍 低 于1点的温度开始从L中结晶出奥氏 体(A)。
缓冷至2点温度以下，L全部冷凝 为A。
继续缓冷至3点温度(723℃)时， A按共析反应转变成珠光体。
包晶转变时液态合金的成分
共晶点，Lc ↔AE+Fe3C 渗碳体熔点（计算值）
碳在γ-Fe中的最大溶解度
渗碳体的成分
α-Fe↔γ-Fe同素异构转变点（A3） 碳在δ-Fe中的最大溶解度
包晶点，LB+δH ↔AJ 渗碳体的成分
γ-Fe↔δ-Fe同素异构转变点（A4）
碳在α-Fe中的最大溶解度
共析点，AS↔FP+Fe3C 碳在α-Fe中的溶解度
一、概述
所谓一次、二次、三次渗碳体仅在于渗碳体来源和分布 有所不同，没有本质区别，其含碳量，晶体结构和本身的 性质均相同。
相图中AHN线和GPQ线的左方分别为δ和α的铁素体区域； NJESG包围的范畴为奥氏体区域。
一、概述
铁碳合金相图上的各种合金，通常可按其含碳量和组织的 不同，分成下列三类：
(1)工业纯铁( C<0.02％)； (2)钢(0.02～2.06％C)：亚共析钢( C<O.80％)、
一、概述
相图中各主要点的涵义：
ABCD为液相线，而AHJECF则为固相线。
相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温反应：
(1) 在1493℃(HJB水平线)发生包晶反应，其反应式为
LB + δH
AJ
包晶反应的结果形成了奥氏体。
此反应仅可能在含碳量为O.10～0.50％的铁碳合金中
发生。
一、概述
相图中各主要点的涵义：
相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温反应：
(2)在1147℃(ECF水平线)发生共晶反应，其反应式为
Lc
FP + Fe3C。
共晶反应的结果形成了奥氏体与渗碳体的共晶混合物，
称此共晶混合物为莱氏体，用字母Ld表示； 冷至室温时成为变态莱氏体，用L′d表示。 此反应发生于所有含碳量 > 2.06％ < 6.67％的铁碳
含碳量在0.10～0.50％范围内的亚共析钢，在冷凝至1493℃时 均发生包晶反应，反应结果形成奥氏体(A)；而含碳量大于0.50％者，在 冷凝时，则不发生包晶反应，而是直接从L中结晶出A。
二、钢和白口铁结晶过程分析
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析
合 金 ② 冷 凝 后 得 到 A 组 织 ， 继 续 冷 至 GS 线 (3 点 温 度 ) 时 ， 便 会 发 生 A F的转变，同时引起母相A中碳浓度的变化。由于合金继续冷却过程中，A 的含碳量沿GS线逐渐增浓而趋近于S点，即合金冷至723℃时，A的含碳量 增为0.80％，故当合金冷至稍低于723℃时，其组织中剩余的A，便会按 共析反应而转变成为珠光体，最终的显微组织应为F+P。
上常用的铁碳合金中均发生珠光体(共析体)转变。
一、概述
此外，值得注意的是ES和PQ线： (1)ES线——碳在奥氏体中的固溶线。 从该线看出，碳在奥氏体中的最大溶解度是在1147℃，
此时可溶解2.06％C，而在723℃时只能溶解0．80％C。故 凡含碳量大于0.80％的铁碳合金自1147℃冷至723℃时，均 会从奥氏体中沿晶界析出渗碳体，称此渗碳体为二次渗碳体 (Fe3CⅡ)，以区别于从液体中直接结晶的一次渗碳体(Fe3CⅠ)。
共析钢(C = O.80％)、 过共析钢(C>0.80％)； (3)白口铁(2.06～6.67％C)：亚共晶白口铁(C<4.3％)、
共晶白口铁(C = 4.3％) 过共晶白口铁( C>4.3％)。
一、概述
下面列举6个典型的铁碳合金来讨论其结晶过程。钢和白口铁的结晶过 程虽然比较复杂，但其分析方法则与前述的相同，并无新颖之处。所选 择的各合金的成分如图5-10所示。
表1 温度及含碳量
温度（℃） 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727 727 室温
含碳量（%） 0
0.53 4.30 6.69 2.11 6.69
0 0.09 0.17 6.69
0 0.0218
0.77 0.0008
说
明
纯铁熔点
二、钢和白口铁结晶过程分析
(一)共析钢(0.80％C)的结晶过程分析
共析钢的结晶过程示意图：
二、钢和白口铁结晶过程分析
(一)共析钢(0.80％C)的结晶过程分析
共析钢的显微组织(珠光体) ：
二、钢和白口铁结晶过程分析
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
一、概述
此外，值得注意的是ES和PQ线： (2)PQ线——碳在铁素体中的固溶线。 从该线看出，碳在铁素体中的最大溶解度是在723℃，
此时可溶解O.02％C， 而在室温平衡状态下， 仅可溶解 0.0008％C，故一般铁碳合金凡是从723℃缓冷至室温时， 均可能从铁素体中沿晶界析出渗碳体，称此渗碳体为三次 渗碳体(Fe3CⅢ)。因其数量极少，故一般在讨论中经常予 以忽略。
技术部：赵海
图 1 Fe-Fe3C系相图一、概述铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础。由于含碳 量高于6.67％的铁碳合金脆性极大，没有使用价值， 因而对铁碳合金相图只研究Fe-Fe3C部分。图1所示 为Fe-Fe3C相图。
相图中各主要点的涵义、温度及含碳量见表1 所示。
符号 A B C D E F G H J K N P S Q
合金范围内。
一、概述
相图中各主要点的涵义：
相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温反应：
(3)在723℃(PSK水平线)发生共析反应，其反应式为
As
FP + Fe3C 。
共析反应的结果形成了铁素体与渗碳体的共析混合物，
称此共析混合物为珠光体(P)。
所有含碳量超过0.02％的铁碳合金中，即实际在工程
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析
含碳量在0.10～0.50％范围内的亚共析钢，在冷凝至1493℃时均发 生 包晶反应，反应结果形成 奥氏体(A)；而含碳量大于 0.50％者，在冷凝时，则 不发生包晶反应，而是直 接从L中结晶出A。
二、钢和白口铁结晶过程分析
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析