铁碳相图详解要点.docx

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（0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。 ⑵ 碳钢（0.0218%~2.11%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（0.0218%~0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%~2.11%C）。 ⑶ 白口铸铁（2.11%~6.69%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（2.11%~4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%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 Fe C 。7 点以下，随温度下降，Fe C 量不断增加，室温下Fe C 的最大 3 III 3 III 3 III 0.0218 ? 0.0008 Q ? ?100% ? 0.31% 量为： Fe3CⅢ 6.69 ? 0.0008 。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 ?+Fe C ，如图 3-28 所示，图中个别部位的双晶界内是 Fe C 。 3 III 3 III 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× 共析钢（图 3-26 中合金②）的结晶过程 共析钢的含碳量为 0.77%，超过了包晶线上最大的含碳量 0.53%，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。到达 3 点以后，发生共析转变：?0 77 ? ?0 0218 +Fe3C， 。。由奥氏体相同时析出铁素体和渗碳体。反应结束后，奥氏体全部转变为珠光体。继续冷却会 。 。 从珠光体的铁素体中析出少量的三次渗碳体，但是它们往往依附在共析渗碳体上，难于分辨。共析钢的室温组织为 100%的珠光体，如图 3-30 所示。由图 3-30 可以看出，珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织，呈指纹状，其中白色的基底为铁素体，黑色的层片为渗碳体。室温下珠光体中两相的相对重量百分比为： Q? ? 6.69 ? 0.77 ?100% ? 88.5%， 6.69 ? 0.0008 QFe3C ? 100% ? 88.5% ? 11.5% 。 图 3-29 共析钢的冷却曲线及组织转变示意图 图 3-30 珠光体组织 400× ㈢ 亚共析钢（图 3-27 中合金③）的结晶过程 含碳量在 0.09%~0.53%之间的亚共析钢结晶时将发生包晶反应。现以含 0.45%C 的钢为例分析亚共析钢的结晶过程，其冷却曲线及组织转变示于图 3-31。该合金从液态缓慢冷却到1 点后，发生匀晶反应,开始析出 ? 铁素体。到达 2 点温度时，匀晶反应停止，开始发生包晶转变：L0.53 + ?0.09 ? ?0.17。包晶转变结束后，除了新形成的奥氏体外，液相还有剩余。温度继 续下降，在 2-3 点之间，剩余的液相通过匀晶反应全部转变为奥氏体。在 3-4 点之间，不发 生组织变化。冷却到 4 点，开始从奥氏体中析出铁素体，并且随温度的降低，铁素体数量增多。温度降到 5 点，奥氏体的成分沿GS 线变化到 S 点，此时，奥氏体向铁素体的转变结束， 剩余的奥氏体发生共析反应：?0.77 ? ?0.0218 + Fe3C，转变为珠光体。温度继续下降，从铁素体 中析出三次渗碳体，但是由于其数量很少，因此可忽略不计。亚共析钢的室温组织为珠光体+ 铁素体，如图 3-32 所示，图中的白色组织为先共析铁素体，黑色组织为珠光体。 图 3-31 亚共析钢的冷却曲线及组织转变示意图 (a) 0.20%C (a) 0.45%C 图 3-32 亚共析钢的显微组织 400× 室温下，含 0.45%C 亚共析钢中先共析铁素体和珠光体两个组织组成物的相对重量百分 0.45 ? 0.0008 Q ? 比为： P 0.77 ? 0.0008 ?100% ? 58.4