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【铁碳合金相图】铁碳合金相图口诀铁碳合金相图刘伟张宜峰（四川理工学院机械工程系，四川自贡643000）摘要：钢和铸铁是工业上应用最多,用途最广的金属材料,它们都是铁碳合金,而铁碳合金相图则是钢和铸铁的重要理论基础,用Fe-Fe3C相图对典型成分的铁碳合金结晶过程进行分析,可进一步掌握铁碳合金成分—组织—性能之间的关系,对钢铁材料的研究和应用、各种热加工工艺的制定具有很重要的指导意义。关键字：铁碳合金、相图、结晶过程引言：铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具,是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基拙,也是制定各种热加工工艺的依据。铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图,铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。铁存在着同素异晶转变,即在固态下有不同的结构。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体,Fe-Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于。α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同,因而两者的溶碳能力也不同。间隙固溶体主要包括铁素体、奥氏体以及渗碳体。如图1所示。铁碳相图是制定各种热加工及热处理工艺的依据,利用它还可以分析钢铁材料的性能,从而作为选材的理论根据,它是学习铁碳合金的一个重要工具。图11、铁碳合金相图简介1.1、铁碳合金相图1600Aδ1400℃温度/℃L+δL1148℃DL+Fe3CⅠ[1**********]600Q400200AFEG912℃PSP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+L"dA+Fe3CⅡ+Ld3CⅡ727℃CLdFe3CⅠ+LdKF+PL"dFe3CⅠ+L"dF+Fe3CⅢFe2.03.0Fe3C4.0wc(%)5.06.06.69铁碳合金相图2注：表示在平衡条件下，不同成分的铁碳合金、在不同温度下与组织或状态之间关系的图形。铁和碳可以形成一系列的化合物，铁碳合金相同是研究铁碳合金的基础。当铁碳合金的含碳量超过6．69％时，脆性极大，没有实用价值，因此本文讨论的铁碳合金相图，实际是简化后的铁碳合金相图，相图的两个组元是Fe和Fe3C。如图2所示，铁碳合金相图中各点的温度、含碳量及含义见表1。表11.3、主要相区（1）单相区：简化的Fe-Fe3C相图中有F，A,LFe3C四个单相区。（2）两相区：简化的Fe-Fe3C相图中有五个两相区，即L+A两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe3C两相区、A+F两相区和F+Fe3C两相区。每个两相区都与相应的两个单相区相邻：两条三相共存线，即共晶线ECF，L、A和Fe3C三相共存，共析线PSK，A、F和Fe3C三相共存。2、铁碳合金分类：铁碳合金按碳的质量分数的不同可分为三大类：工业铁、钢和白口铸铁工业纯铁：C亚共析钢:0.0218%≤C过共析钢:0.77%亚共晶铁:2.11%过共晶铁:4.3%3、典型铁碳合金的平衡结晶过程3.1、工业纯铁（ωc≦0.0218%）结晶过程：L→L+δ→δ+A→A→A+F→F→F+Fe3CIII；室温组织：F+Fe3CIII,即Fe3CIII呈条片状或半网络状分布于F晶界处。3.2、共析钢（ωc=0.77%）图3共析钢的冷却曲线和平衡结晶过程如图3所示。合金达到1点之前为均匀的液相L，与1点起从L中结晶出A，至2点L全部转变为A。合金继续冷却，在到达3点之前为A不变。至3点时，具有共析成分（ωc=0.77%）的铁碳合金冷却至共析反应温度（727）而发生共析反应（即A0.77→F0.0218+Fe3C），生成共析组织P。合金从3’点至4点，由于P中的F的成分沿着PQ线变化，所以要析出Fe3CIII，但此Fe3CIII常与共析Fe3C连在一起，不易分辨且数量极少，因此，Fe3CIII可以忽略不计。结晶过程：L→L→A→A0.77→P(F0.0218+Fe3C)；室温平衡组织：P，即片层状的F和Fe3C相间排列。3.3亚共析钢(0.0218%合金的碳含量低于共析成分，合金冷却至GS线时发生先共析转变析出铁素体：A→A+F,此后A的成分沿着GS线变化，F的成分沿着GP线变化。直到727℃时，剩余A（此时成分正好为ωc=0.77%，即具有共析成分）发生发生共析反应转变为P，而F不变化。结晶过程：L→L+A→A→A+F→P（F0.0218+Fe3C）+F；室温平衡组织：F+P，即块状F和片状P的混合物。3.4过共析钢（0.77%合金的含碳量高于共析成分，冷却至ES线时发生共析转变，沿奥氏体晶界上开始析出（网状）渗碳体：A→A+Fe3CII，此后A的成分沿着ES线变化，Fe3C的成分不变化但数量增加。直到727℃时，剩余A（此时成分正好为ωc=0.77%，即具有共析成分）发生共析反应转变为P，而Fe3CII不变化。结晶过程：L→L+A→A→A+Fe3CII→Fe3CII+P（F0.0218+Fe3C）；室温平衡组织：Fe3CII+P，即（原A