铁碳合金相图分析[1].doc

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1、铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础。它是研究铁碳合金的成分、温度和组织结构之间关系的图形。铁碳合金相图是人类经过长期实践并进行大量科学实验总结出来的。由于C>6.69%的铁碳合金脆性极大，没有使用价值，因此相图成分轴仅标出含碳量小于6.69%的合金部分，如图所示是简化了的铁碳合金相图。　　一、铁碳合金相图的主要点、线、区　　1、主要特性点　　Fe-C相图中主要特性点的温度、含碳量及其含义见下表。　　2、主要特性线　　ACD线：液相线，在此线以上的区域为液相，当合金液冷却到此线时开始结晶。　　AECF线：固相线，合金熔液冷却到此线时结晶完毕，此

2、线以下为固相区。　　ECF线：共晶线，它是一条重要的水平线，温度为1148℃，液态合金冷却到此线时，在恒温条件下，将从液体中同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，即发生共晶反应：所形成的共晶体为莱氏体。　　PSK线：共析线，代号A1。也是一条重要的水平线，温度为727℃，当合金冷却到此线时，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，即共析反应：所形成的共析体为珠光体。　　ES线：代号Acm。是碳在奥氏体中的溶解度线。在1148℃时奥氏体中的溶碳能力最大为2.11%，随着温度降低溶解度沿此线降低，而在727℃时仅为0.77%C，所以含碳量

3、大于0.77%的铁碳合金，自1148℃冷至727℃的过程中，由于奥氏体含碳量的减少，将从奥氏体中析出二次渗碳体(Fe3CII)，以区别于自液体中结晶出的一次渗碳体(Fe3CI)。　　GS线：代号A3，奥氏体冷却到此线时，开始析出铁素体，使奥氏体含碳量沿此线向0.77%递增。　　3、相图中的主要相区　　Fe-C相图中的主要相区见下表。　　二、钢和生铁的划分　　E点成分是钢与生铁的分界线，E点左边的铁碳合金称为钢(含碳量小于0.0218%的称为纯铁)。E点右边的称为生铁。　　1.工业纯铁（C<0.0218%）　　常温组织为F，Fe3CIII数量

4、极少，经常忽略。　　2.钢(0.0218～2.11)%C　　钢的共同特点是在AESG区域中全是A组织，当温度下降时A发生如下的转变：若钢的含碳量等于0.77%时，A在727℃时全部转变为珠光体，即A→P；若含碳量小于0.77%时，则A在GS线首先析出F，冷却到PSK线时剩余的A发生共析反应转变为P，最后的组织为F+P；若含碳量大于0.77%时，则A在ES线首先析出二次渗碳体，冷却到PSK线时，A发生共析反应变成P，最后的组织为P+Fe3CII，所以根据A析出的情况，钢可分为三种：       亚共析钢：(0.0218～0.77)%C,常温组

5、织为F+P。       共析钢：C=0.77%，常温组织为P。       过共析钢：(0.77～2.11)%C，常温组织为P+Fe3CII。　　3.生铁(白口铁) (2.11～6.69)%C　　生铁的共同特点是在ECF线上都有共晶反应，都有莱氏体的组织存在。生铁也分为三种：　　亚共晶生铁：(2.11～4.3)%C，常温组织为：P+Fe3CII+Ld′。　　共晶生铁：C=4.3%，常温组织为Ld′。　　过共晶生铁：(4.3～6.69)%C，常温组织为Ld′+Fe3CI。　　在1148～727℃之间的莱氏体是A与渗碳体组成的混合物，在727

6、℃以下的莱氏体是P与渗碳体组成的混合物，莱氏体的性能基本上与渗碳体相同，因此，上述这三种不同的组织的铸铁统称为白口铸铁。　　三、典型铁碳合金的结晶过程分析　　(一)钢的组织转变 　　1.共析钢的组织转变　　含碳量0.77%的共析钢冷却过程中的组织转变如图所示。共析钢的结晶过程当液态合金温度降到1点以后，开始结晶出奥氏体，直至2点结晶完毕，在2-3点间是单相奥氏体的冷却，当温度降到3点(S点)，奥氏体在恒温下发生共析反应，形成珠光体。温度继续下降至室温，珠光体不再发生组织变化。所以，共析钢室温时的平衡组织为珠光体。如图为共析钢的显微组织示意图

7、。　　2.亚共析钢的组织转变　　亚共析钢冷却过程中的组织转变如图所示。亚共析钢的结晶过程（点击观看动画）　　当温度降到1点以后，开始从合金液中结晶出奥氏体，奥氏体的数量随温度的降低而逐渐增多，温度降到2点，合金液全部凝固，在2-3点之间是单一奥氏体冷却。温度降到3点后，从奥氏体中不断析出铁素体。温度降到4点，剩余的奥氏体在恒温下转变成珠光体。4点以下不再发生组织变化，所以亚共析钢的室温平衡组织是由铁素体和珠光体组成的。其显微组织如图所示。亚共析钢中含碳量愈高，铁素体愈少，而珠光体量则愈多，反之亦然。  　　3.过共析钢的组织转变　　过共析钢

8、冷却过程中的组织转变如图所示。过共析钢的结晶过程（点击观看动画）当温度降到1点以后，开始从合金液中结晶出奥氏体，直到2点结晶完毕。在2-3点之间为单相奥氏体。到3点时从奥氏体中析