利用Fe-C相图进行铁碳合金结晶过程分析

刀锋

          利用Fe-C相图进行铁碳合金结晶过程分析
   根据铁碳相图.对图中所示六种典型铁碳合金(见
图1-12)的结晶过程进行分析如下.
    1.共析钢(含碳量0.8%)的结晶过程，如图中合金
①所示，当温度在1点以上时，合金处于完全液体状态。当
温度降至1点并有过冷现象时，开始从液态合金中析出奥氏
体。继续冷至1-2点之间。从液态合金中不断析出奥氏体。液
相的浓度沿BC线变化，奥氏体的浓度沿JE线变化。
    奥氏体的晶体在液态合金中，一般以树枝状自由长大。
    当冷到2点凝固终了时，其组织为单相奥氏体。在2-3点
区间保持单相奥氏体，相的浓度等于合金的成分，所以没有
成分和组织的变化。
    在3点(723℃)时共析成分(含碳量0.8%)的奥氏
体发生共析转变:形成珠光体。在3点以
下至室温，不再发生组织变化，其最终为片状铁素体与渗碳
体构成的珠光体。其结晶过程如示意图1-13.
2.亚共析钢(含碳量0.3%)的结晶过程可由图中合
金②看出，在1点以上合金处于液体状态，冷至1点开始从
液态合金中析出δ一固溶休。在1-2点之间为L+δ相。
    HJB为包晶线，因而在2点将发生包晶反应，LB+
δH--γJ。反应结果产生J成分的奥氏体。由于合金浓度线
位于包晶点J的右侧，因此到包晶反应结束时，仍有过剩的
液相存在。
    2-3点为L+γ两相区，在该区冷却时将从液态合金
中继续析出奥氏体。液相浓度沿BC线变化，奥氏体浓度沿
JE线变化。到3点时合金全部凝固终了，变为单相奥氏体。
3--4点为单相奥氏体区，在冷却时合金不产生组织变化。
  当合金冷却到4点时，将开始从奥氏体中析出铁素体。
在缓慢冷却时铁素体易在奥氏体晶界上形成。合金在4 -5
之间随着温度的下降，从奥氏体中不断析出铁素体。此时奥
氏体浓度沿GS线变化，铁素体沿GP线变化。
    合金冷至5点(723℃)时，将发生共析转变.γs→
αp+ Fe3C。即含有0.8%碳的奥氏体全部转变为珠光体。此
时，原先析出的铁素体仍保持不变，共析转变结束后，其组
织将为铁素体+珠光体所组成。合金在5点以下至室温，基
本没有组织变化，仍为铁素体十珠光体。
  该合金的结晶过程示意如图1-14所示。根据杠杆定律，
在室温时其珠光体与铁素体的总量比为:
     Qp/Qa=Pd/Sd   
3.过共析钢(含碳量l.2%)的结晶过程可由图中合
金③看出，1点以上合金处于液体状态。冷到1点开始从液
体中析出奥氏体，直到2点合金凝固结束为单相奥氏体。2-
3区为单相奥氏体单相区，合金组织不发生变化。当合金冷
至3点时，开始从奥氏体中析出渗碳体。此时渗碳体易沿奥
氏体晶界形成，称为二次渗碳体。
    在3-4点间继续冷却时，随着温度的降低，二次渗碳
体量不断增加，并沿晶界呈网状分布，奥氏体量减少。此
时，奥氏体浓度沿固溶线ES变化。当合金冷至723℃时，
合金中的奥氏体将发生共析转变:γs→αp+ Fe3C。反应结
果奥氏体转变为珠光体。4点以下至室温，组织无多大变
化。因此，常温下过共析钢的组织为二次网状渗碳休+珠光
体.其结晶过程示意如图1-15所示。
5.亚共晶白口铁〔含碳量2.5%)的结晶过程可由图
中合金⑤看出，1点以上合金处于液体状态。冷至1点开始
从液相中析出初生树枝状奥氏体。在1-2区之间奥氏体不
断增加，液相减少，液相成分沿BC线变化.当冷却至2点
时，液体含碳量接近4.3%(共晶成分)，奥氏体含碳量接
近2.06%。此时，合金发生共晶转变c→γE+Fe3C即
共晶成分的液体结晶为莱氏体。在共晶转变时，原先析出的
初生奥氏体保持不变。共晶转变结束，合金的组织为初生奥
氏体十莱氏体(γE十Fe3C)。
    在2-3点区间固溶线ES为斜线，存在二次析出现象:
即随着温度下降，从奥氏体(包括初生奥氏体与共晶奥氏
体)中析出二次渗碳体。奥氏体的浓度沿ES线变化。当温
度接近723℃时，合金中奥氏体浓度接近0.8%共析
成分)。
    当合金冷至3点(723℃)以下时，合金将发生共析转
变:γs→αp十Fe3C,此时，奥氏体全部转变为珠光体，共
品渗碳体在整个结晶过程中保持不变。因此，亚共晶白口铁
在常温下组织为:珠光体+二次渗碳体+莱氏体。其结晶过
程如图1-17所示。
6.过共晶白口铁(含碳量5.0%)的结晶过程可由图
中合金⑥看出。1点以上合金处于液体状态。冷至1点时，
从液体中析出一次渗碳体。在1-2点区间一次渗碳体继续
析出长大。液相浓度沿DC线变化，一次渗碳体常以板状
析出。
    接近2点(1130℃)时，合金中液相的含碳量接近共晶
成分(4.3%).在2点时合金发生共晶转变c→γE+
Fe3C即合金中共晶成分的液体结品为莱氏体。因比，过
共晶白口铁的常温组织为:板状一次渗碳体+莱氏体。其结
晶过程示意如图l-18所示。