金相组织相图

组织

纯铁熔点1538℃，温度变化时会发生同素异构转变。在912℃以下为体心立方，称α-Fe；912℃~1394℃之间为面心立方，称为γ-Fe；在1394℃~1538℃(熔点)之间为体心立方，称为δ-Fe。

纯铁的强度和硬度都很低，不能用作结构材料.

碳溶解于α-Fe或δ-Fe中形成的固溶体为铁素体，用α或δ表示。δ铁素体也叫高温铁素体。碳在α铁素体中最大溶解度为0.0218％，δ铁素体中最大溶解度为0.09％。碳溶解于γ铁中形成的固溶体称为奥氏体，用γ表示。碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11％。强度硬度低，塑性韧性好。

Fe3C具有斜方结构，无同素异构转变。硬度很高，塑性几乎为零，是脆硬相。

石墨是稳定相，Fe3C是亚稳定相。但是石墨的表面能很大，形核需要克服很高的能量，所以在一般的条件下，铁碳相图中的碳是以渗碳体Fe3C形式存在的。

铁碳相图

整个相图包含三个恒温转变：包晶，共晶、共析。

(1)在HJB水平线(1495℃)发生包晶转变：LB+δH→γJ，转变产物为奥氏体。含碳量在0. 09％(H点)～0.53％(B点)的铁碳合金发生这一转变。

(2)在ECF水平线(1148℃)发生共晶转变：LC→γE + Fe3C。转变产物为奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体(Ld)。含碳量在2.11％(E点)～6.69％(Fe3C)的铁碳合金都发生这一转变。

(3)在PSK水平线(727℃)发生共析转变：γs→P+Fe3C。转变产物为铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体(P)。所有含碳量大于0.0218％的铁碳合金都发生这一转变。

Fe-Fe3C相图中还有四条重要的固态转变线：

(1) GS线—奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部转变为奥氏体的转变线，常称此

温度为A3温度。

(2) ES线—碳在奥氏体中的固溶度线，此温度常称为Acm温度。低于此温度，奥氏体中将析出渗碳体，称为二次渗碳体记作Fe3CⅡ，以区别液相中经CD线析出的一次渗碳体Fe3CⅠ。

(3) GP线—碳在铁素体(α)中的固溶度线(共析温度以上) 。随着温度降低，铁素体中含碳量升高。

(4) PQ线—碳在铁素体(α)中的固溶度线(共析温度以下)。在727℃时，铁素体含碳量为0.0218％，在600℃时仅为0.008％，温度下降时铁素体中将析出渗碳体。

注意: 液相中析出的渗碳体为一次Fe3CⅠ；奥氏体中析出的渗碳体为二次渗碳体，Fe3CⅡ；铁素体中析出的渗碳体为三次渗碳体Fe3CⅢ。

两个磁性转变的温度线：(770℃)线表示铁素体的磁性转变温度(居里温度)，常称A2温度。230℃虚线表示渗碳体的磁性转变温度。

★含碳量小于0.0218％的铁碳合金则称为工业纯铁。

★含碳量在0.0218％~2.11％的铁碳合金无共晶转变，有共析转变，称为钢。

★含碳量大于2.11％的铁碳合金有共晶反应，称为铸铁。

铸铁根据其室温组织又可分为三类。

a．亚共晶铸铁：2.11％

b．共晶铸铁：C％＝4.3％的铁碳合金

c．过共晶铸铁：4.3％

钢根据其室温组织又可分为三类。

a．亚共析钢：0.0218％

b．共析钢：C％＝0.77％的铁碳合金

c．过共析钢：0.77％

铁碳合金在固态下出现的几种基本组织：

1、铁素体

铁素体是碳溶解在α－Fe中的间隙固溶体，体心立方晶格，其溶碳能力很小，常温下仅能溶解为0.0008％的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.0218％。由于铁素体含碳量很低，其性能与纯铁相似，塑性、韧性很好，伸长率45％～50％。强度、硬度较低。

2、奥氏体

奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。奥氏体没有磁性。

3、渗碳体

渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，其化学式为Fe3C。渗碳体的含碳量为6.69％，熔点为1227℃。硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。在铁碳合金中有不同形态的渗碳体。

4、珠光体

珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物，其形态为铁素体和渗碳体薄层交替分布。用符号P表示，含碳量为0.77％。其力学性能介

于铁素体与渗碳体之间，决定于珠光体片层间距，即一层铁素体与一层渗碳体厚度和的平均值。

5、莱氏体

莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体的机械混合物，其含碳量为4.3％。当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld 表示，成为莱氏体。在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏体。莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差。

纯金属在凝固时，其理论凝固温度(Tm)不变。当液态金属中的实际温度低于Tm 时，就引起过冷，这种过冷称为热过冷。在合金的凝固过程中，由于液相中溶质的分布发生变化而改变了凝固温度，这可由相图中的液相线来确定，因此，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷。成分过冷能否产生及其程度取决于液―固界面前沿液体中的溶质质量浓度分布和实际温度分布这两个因素。

成分过冷是合金凝固有别于纯金属凝固的主要特征。

偏析是指化学成分的不均匀性。

只有当合金在凝固时体积收缩，并在铸件中心有孔隙时才能形成反偏析。

比重偏析通常产生在结晶的早期，由于初生相与溶液之间密度相差悬殊，轻者上浮，重者下沉，从而导致上下成分不均匀，这称为比重偏析。

显微偏析可分为胞状偏析、枝晶偏析和晶界偏析3种。

马氏体含碳量与硬度的关系

贝氏体转变使样品表面产生浮凸，在上贝氏体形成时可观察到群集的条状浮凸，而下贝氏体则是多向分布的针状浮凸。

上贝氏体是由平行的铁素体板条(含较高密度的位错)及分布于板条间或板条内的渗碳体所组成的，渗碳体的分布方向基本上是平行于铁素体条的生长主轴。

下贝氏体中碳化物经测定主要为六方点阵的ε-碳化物，是一种亚稳相。当等温时间延长时，ε-碳化物就逐渐转变成稳定的渗碳体相。

钢中贝氏体是铁素体和碳化物组成的两相组织，随转变温度改变和化学成分不同。偏晶转变：一个液相L1分解为一个固相和另一成分的液相L2的恒温转变。

合晶转变：由两个成分不同的液相L1和L2相互作用形成一个固相的转变。

熔晶转变：由一个固相恒温分解成一个液相和另一个固相的转变。

共析转变：一定成分的固相在恒温下生成另外两个一定成分的固相的转变。

包析转变：两个一定成分的固相，在恒温下转变为一个新的固相的转变。