Fe-C相图与热处理和组织转变的关系

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     Fe-C相图与热处理和组织转变的关系
    Fe-C相图是以温度(℃)为纵坐标，含碳量(C%)
为横坐标.它表示不同成分的铁碳合金在缓慢加热成冷却条
件下的结晶过程，各种相与平衡存在的温度范围及成分范围
及其转变过程。实际上铁碳合金中的碳含量超过6.67%时，
因合金脆性过大，而没有使用价值。因而，铁碳相图只研究
含碳量在6.67%以下的铁碳合金部分，如图1-11所示。
    1.铁碳相图上各点、线和区城的意义
    从上图看出，A, B, C, D线为液相线。即固态合金
在加热时的熔化终了线，或液态合金冷却时结晶开始的温度
线。其中，A为纯铁的熔点，B为包晶反应时液态合金的浓
度点，C为共晶转变点，D为渗碳体(Fe3C)的熔点。
    A, H, J, E, C, F线为固相线.即液态合金冷却
时结晶终了的温度线。其中，H为δ-Fe中碳的最大溶解度，
J为包晶转变点。E为碳在γ-Fe中最大溶解度。
    G, S线即A3线，是加热时铁素体转变为奥氏体的终了
温度线，或冷却时奥氏休转变为铁素体的开始温度线。其中.
G为α-Fe和γ-Fe的同素异构转变点，S为共析转变点。
    G、P线是加热时铁素休转变为奥氏体的开始温度线，
或冷却时奥氏休转变为铁素体的终了温度线。其中，P点为
碳在α-Fe中的最大溶解度。
    S, E线即Acm线。是加热时渗碳体溶入奥氏体的终了
线。即碳量大于0.8%时，碳在奥氏体中的溶解度线。也是
冷却时从奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。
    P,Q线是碳在铁素体中溶解度线。也是冷却时从铁
素体中析出三次渗碳体的开始线。其中，Q点是室温下碳在
α-Fe中的溶解度。
    相图上的三条水平线(H, J, B, E, C, F. P,
S, K)分别为三个等温反应线，即:
    (1)在HJB线上(1485℃)发生包晶反立。称为包

晶线;
    (2)在ECF线上(1130℃)发生共晶反应，称为共
晶线，
    (3)在PSK线上(723℃)发生共析反应，称为共
析线。
    在铁碳相图上，若不考虑左上角的包晶反应区，则由上
述各线共组成八个封闭的相区，即
    A, B, C, D线以上是液相区，
    N, J, E, S, G是奥氏体相区，
    G、P、Q是铁素体相区，
    B, C, E, J是奥氏体与液相金属共存区，
    D, F, C是渗碳体与液相金属共存区，
    G,S,P是奥氏体和铁素体两相平衡共存区，
    S, E, F, K是奥氏和渗碳体两相平衡共存区，
    P, K, L, Q是铁素体和渗碳体两相平衡共存区。

    2.在平衡状态下铁碳合金的组织
    在铁碳合金中，按其含碳量及其在室温下的平衡组织，
将合金分为三类:工业纯铁、钢和白口铁。
    (I)含碳量小于0.006%的铁碳合金，叫工业纯铁。纯
铁的结构形式有三种:即存在于91O°C以下的α-Fe为体心立
方结构，存在于910-1392°C间的γ-Fe为面心立方结构，存
在于1392-1593℃间的γ-Fe为体心立方结构。工业纯铁的
金相组织为100%的铁素体。
    (2)含碳量在0.08-2.0%的铁碳合金称为钢。有时把
含碳量低于O.1%的钢.叫做“熟铁”。把含碳最低于0.25%
的钢，叫做低碳钢，含碳量为0.25-0.65%的钢，叫做中碳
钢，把含碳量大于0.65%的钢，叫做高碳钢。从相图可以看出，

共析点S又将钢分成三个部分:在S点左边的合金叫亚共析
钢（含碳量<0.8%).成分刚好为S点的合金叫共析钢(含碳
量0.8%)，成分在s点右边的合金叫过共析钢(含碳量0.8-
2.0%)。在共析线(PSK)以下时，它们的组织分别为
    亚共析钢:铁素休+珠光体。
    共析钢:珠光体。
    过共析钢:珠光体+二次渗碳体.
    (3)含碳量为2.0-6.67%的铁碳合金称为白口铁。共
晶点C又将生铁分成部分:在共晶点C左边的含碳最为2.0-
4.3%的合金，称为亚共晶白口铁，成分刚好为共晶点C，含
碳量为4.3%的合金，称为共晶白口铁;在共晶点C右边的
含碳量>4.3-6.67%的合金，称为过共晶白口铁。在共析
线(PSK)以下时，它们的组织分别为
    亚共晶白口铁:珠光体+二次渗碳体+莱氏体。
    共晶白口铁:莱氏体。
      过共晶白口铁:一次渗碳休+莱氏体。

    3.铁碳相图与热处理的关系
    从以上介绍中看出，铁碳相图是划分钢和铸铁的依据。
同时，它是铁碳合金制定热处理和其他热加工工艺的基础。
不同含碳量的铁碳合金，在加热和冷却时能否发生相变，发
生什么样的相变，都可从图中得知。碳钢热处理时的加热温
度，更是以铁碳相图为基础来确定的。但应指出的是，铁碳
相图中所表明的各种组织的转变温度(临界点)，如A1, A3,
Acm等，都是以缓慢的速度加热或冷却的条件下(即平衡伏
态)测得的。而在生产实践中，加热速度快，合金的相变温
度较平衡状态下的相变温度为高，二者之差称为过热度。冷
却时合金的相变温度比平衡状态下的相变温度为低，二者之

差称为过冷度。这是利用相图确定热处理工艺.分析合金在
加热与冷却的组织转变时，应引起注意的。因此，通常在表
示加热和冷却的符号中加以c与r，_以示区别,
    Ac1---加热时，珠光体转变为奥氏体和温度，
      Ar1—冷却时。奥氏体转变为珠光体的温度，
    Ac3--加热时，铁素体转变为奥氏体的温度，
      Ar3—冷却时、奥氏体转变为铁素体的开始温度，
    Accm一一加热时，二次渗碳体在奥氏体中溶解的终了
              温度，
    Arcm--冷却时，二次渗碳体从奥氏体中析出的开始
              温度.
    这些临界点，是正确选择钢铁材料热处理时的加热温度
和冷却时组织发生变化的主要依据。因此，熟习和掌握铁碳
相图中合金成分与组织转变的规律，对金相热处理工作者正
确制定热处理工艺，对钢铁材料进行组织分析是极其重
要的。