摘要:鐵碳合金相圖在機(jī)械制造業(yè)中具有重要的作用，是技工學(xué)校的學(xué)生學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。透徹分析鐵碳合金相圖，掌握鐵碳合金在不同成分、溫度下組織變化的規(guī)律，可快捷、準(zhǔn)確地解決問題。

關(guān)鍵詞:鐵碳合金相圖 不同成分 不同溫度 組織變化 掌握規(guī)律

0 引言

鐵碳合金相圖是《金屬材料與熱處理》課程中的重要內(nèi)容。它是表示在極其緩慢冷卻(或極其緩慢加熱)的條件下，不同成分的鐵碳合金的組織或狀態(tài)隨溫度變化的圖解。它不僅可以作為選擇鋼鐵材料的依據(jù)及制定鑄造、鍛造焊接和熱處理等熱加工工藝的依據(jù)，還能分析鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，更重要的是在熟練掌握鐵碳合金相圖之后，它又可作為解決許許多多習(xí)題的依據(jù)。利用鐵碳合金相圖解決習(xí)題中的問題，既快捷又準(zhǔn)確，優(yōu)點(diǎn)很多，但許多學(xué)生沒有真正掌握鐵碳合金相圖，只是機(jī)械地、死記硬背地把鐵碳合金相圖中各區(qū)域的組織記下來(lái)，根本不掌握各組織的轉(zhuǎn)變規(guī)律。這樣，就很難利用鐵碳合金相圖來(lái)解決問題?，F(xiàn)將鐵碳合金相圖淺析一下，供學(xué)生參考學(xué)習(xí)。

鐵碳合金在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的主要是從Fe(鐵)到Fe3C(滲碳體)這一部分，所以，鐵碳合金相圖也是Fe—Fe3C相圖。根據(jù)含碳量和室溫組織不同，可將鐵碳合金分為:工業(yè)純鐵(C<0.0218%)、鋼(0.0218%

1 共析鋼

見圖1中合金Ⅰ。

液態(tài)合金冷卻至AC線(液相線)時(shí)，開始結(jié)晶出A(奧氏體)，繼續(xù)冷卻，結(jié)晶不斷進(jìn)行，冷卻至AE線(固相線)時(shí)，結(jié)晶終了，液體全部結(jié)晶為A，A繼續(xù)冷卻至S點(diǎn)(共析點(diǎn))，A滿足共析轉(zhuǎn)變條件(含碳量為0.77%，溫度為727℃)，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變:

(F+Fe3C)，即為P(珠光體)，溫度再繼續(xù)下降至室溫，組織不再發(fā)生變化，都為P。

2 亞共析鋼

在亞共析鋼中任取一成分的合金，見圖1中合金II。

液態(tài)合金冷卻至ACD線(液相線)時(shí)，開始結(jié)晶出A，繼續(xù)冷卻，結(jié)晶不斷進(jìn)行，冷卻至AECF線(固相線)時(shí)，結(jié)晶終了，液體全部結(jié)晶為A，A繼續(xù)冷卻至GS線(冷卻時(shí)，A向F轉(zhuǎn)變的開始線)時(shí)，A開始轉(zhuǎn)變成F(鐵素體)，隨著溫度的降低，A的量不斷減少，F(xiàn)的量不斷增多，同時(shí)，A由于析出F(含有大量鐵，少量碳)而含碳量不斷提高。當(dāng)冷卻至PSK線(共析轉(zhuǎn)變線)時(shí)，A滿足共析轉(zhuǎn)變的條件(含碳量為0.77%，溫度為727℃)，則發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，A轉(zhuǎn)變?yōu)?F+Fe3C)，即P，此時(shí)，合金由P和F組成，溫度再繼續(xù)下降至室溫，組織不再發(fā)生變化，都為P+F。

3 過共析鋼

在過共析鋼中任取一成分的合金，見圖1中合金III。

液態(tài)合金冷卻至AC線(液相線)時(shí)，開始結(jié)晶出A，繼續(xù)冷卻，結(jié)晶不斷進(jìn)行，冷卻至AECF線(固相線)時(shí)，結(jié)晶終了，液體全部結(jié)晶為A，A繼續(xù)冷卻至ES線(碳在A中的飽和溶解度曲線)時(shí)，A中的含碳量達(dá)到飽和，在繼續(xù)冷卻，A中出現(xiàn)多余的碳，多余的碳會(huì)以Fe3C(滲碳體)的形式析出，隨著溫度的降低，A的量不斷減少，F(xiàn)e3C的量不斷增多，同時(shí)，A由于析出Fe3C(含有少量鐵，大量碳)而含碳量不斷降低。當(dāng)冷卻至PSK線時(shí)，A滿足共析轉(zhuǎn)變的條件，則發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，A轉(zhuǎn)變?yōu)?F+Fe3C)，即P，此時(shí)，合金由P和Fe3C組成，溫度再繼續(xù)下降至室溫，組織不再發(fā)生變化，都為P+Fe3C。

4 共晶白口鑄鐵

見圖1中合金IV。

液態(tài)合金冷卻至C點(diǎn)(共晶點(diǎn))，L(液體)滿足共晶轉(zhuǎn)變的條件(含碳量為4.3%，溫度為1148℃)，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變: ，

(A +Fe3C)即為L(zhǎng)d(高溫萊氏體)。溫度繼續(xù)下降，(A+Fe3C)中的A的溶碳能力逐漸降低，A中出現(xiàn)多余的碳并以Fe3C的形式析出，從而，使A中的含碳量逐漸降低，當(dāng)冷卻至PSK線時(shí)，A共析轉(zhuǎn)變成P，也就是由(A+Fe3C)轉(zhuǎn)變?yōu)?P+Fe3C)，即L'd(低溫萊氏體)，實(shí)際上是Ld在PSK線上轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)'d，溫度再繼續(xù)下降至室溫，組織不再發(fā)生變化，都為L(zhǎng)'d。

5 亞共晶白口鑄鐵

在亞共晶白口鑄鐵中任取一成分的合金，見圖1中合金V。

液態(tài)合金冷卻至AC線時(shí)，開始結(jié)晶出A，繼續(xù)冷卻，結(jié)晶不斷進(jìn)行，L的量越來(lái)越少，A的量越來(lái)越多，同時(shí)，L由于結(jié)晶出A(含有大量鐵，少量碳)而含碳量不斷提高，當(dāng)冷卻至ECF線(共晶轉(zhuǎn)變線)時(shí)，L滿足共晶轉(zhuǎn)變條件(含碳量為4.3%，溫度為1148℃)，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，得到Ld，此時(shí)，合金由A+Ld組成。繼續(xù)冷卻，A因溶碳能力降低而出現(xiàn)的多余的碳會(huì)以Fe3C的形式析出，形成A+Fe3C+Ld組織，再繼續(xù)冷卻至PSK線時(shí)，由于共析轉(zhuǎn)變作用，組織轉(zhuǎn)變成P+ Fe3C+L'd，溫度再繼續(xù)下降至室溫，組織不再發(fā)生變化，都為P+ Fe3C+L'd。

6 過共晶白口鑄鐵

在過共晶白口鑄鐵中任取一成分的合金，見圖1中合金VI。

液態(tài)合金冷卻至CD線時(shí)，開始結(jié)晶出Fe3C，繼續(xù)冷卻，結(jié)晶不斷進(jìn)行，L的量越來(lái)越少，的量越來(lái)越多，同時(shí)，L由于結(jié)晶出Fe3C(含有少量鐵，大量碳)而含碳量不斷降低，當(dāng)冷卻至ECF線時(shí)，L滿足共晶轉(zhuǎn)變條件(含碳量為4.3%，溫度為1148℃)，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，得到Ld，此時(shí)，合金由Ld+Fe3C組成。繼續(xù)冷卻至PSK線時(shí)，由于共析轉(zhuǎn)變的作用，組織轉(zhuǎn)變成L'd+ Fe3C，溫度再繼續(xù)下降至室溫，組織不再發(fā)生變化，都為L(zhǎng)'d+ Fe3C。

7 工業(yè)純鐵

在工業(yè)純鐵中任取一成分的合金，見圖1中合金VII。

液態(tài)合金冷卻至AC線時(shí)結(jié)晶出A，冷卻至AE線時(shí)全部結(jié)晶為A，A冷卻至GS線時(shí)開始向F轉(zhuǎn)變，冷卻至GP線(冷卻時(shí)，A向F轉(zhuǎn)變的終了線)時(shí)，A全部轉(zhuǎn)變?yōu)镕，F(xiàn)繼續(xù)冷卻至PQ線(碳在F中的飽和溶解度曲線)，F(xiàn)中的含碳量達(dá)到飽和，繼續(xù)冷卻，F(xiàn)因溶碳能力降低而出現(xiàn)的多余的碳會(huì)以Fe3C的形式析出，形成F+Fe3C組織。溫度再繼續(xù)下降至室溫，組織不再發(fā)生變化，都為F+Fe3C。

由于在各種鐵碳合金中任取一成分的合金進(jìn)行分析，所以，它代表該種鐵碳合金的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律，由此，我們可總結(jié)出Fe—Fe3C相圖中各區(qū)域的組織。

見圖2