铁碳合金Iron-carbon Alloy5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述 铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础由铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础由于含碳量高于于含碳量高于6.676.67的铁碳合金脆性极大，的铁碳合金脆性极大，没有使用价值，因而对铁碳合金相图只研究没有使用价值，因而对铁碳合金相图只研究Fe-FeFe-Fe3 3C C部分图5-95-9所示为所示为Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图中各主要点的涵义、温度及含碳量见相图中各主要点的涵义、温度及含碳量见表表5-35-3所示5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述相图中各主要点的涵义：相图中各主要点的涵义：ABCDABCD为液相线，而为液相线，而AHJECFAHJECF则为固相线则为固相线相相图图上上的的三三条条平平行行线线(HJB(HJB、ECFECF、PCK)PCK)是是指指三三个个恒恒温温反应：反应：(1)(1)在在1493(HJB1493(HJB水水平平线线)发发生生包包晶晶反反应应，其其反反应应式式为为 L LB B+H H A AJ J 包晶反应的结果形成了奥氏体。
包晶反应的结果形成了奥氏体此此反反应应仅仅可可能能在在含含碳碳量量为为O.10O.100.500.50的的铁铁碳碳合金中发生合金中发生5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述相图中各主要点的涵义：相图中各主要点的涵义：相相图图上上的的三三条条平平行行线线(HJB(HJB、ECFECF、PCK)PCK)是是指指三三个个恒恒温温反应：反应：(2)(2)在在1147(ECF1147(ECF水平线水平线)发生共晶反应，其反应式为发生共晶反应，其反应式为 Lc FLc FP P+Fe+Fe3 3C C共共晶晶反反应应的的结结果果形形成成了了奥奥氏氏体体与与渗渗碳碳体体的的共共晶晶混混合物，合物，称此共晶混合物为莱氏体，用字母称此共晶混合物为莱氏体，用字母L Ld d表示；表示；冷至室温时成为变态莱氏体，用冷至室温时成为变态莱氏体，用LLd d表示此此反反应应发发生生于于所所有有含含碳碳量量 2.062.06 6.676.67的的铁碳合金范围内铁碳合金范围内5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述相图中各主要点的涵义：相图中各主要点的涵义：相相图图上上的的三三条条平平行行线线(HJB(HJB、ECFECF、PCK)PCK)是是指指三三个个恒恒温温反应：反应：(3)(3)在在723(PSK723(PSK水平线水平线)发生共析反应，其反应式为发生共析反应，其反应式为 As FAs FP P+Fe+Fe3 3C C。
共共析析反反应应的的结结果果形形成成了了铁铁素素体体与与渗渗碳碳体体的的共共析析混混合物，称此共析混合物为珠光体合物，称此共析混合物为珠光体(P)(P)所所有有含含碳碳量量超超过过0.020.02的的铁铁碳碳合合金金中中，即即实实际际在在工程上常用的工程上常用的铁铁碳合金中均碳合金中均发发生珠光体生珠光体(共析体共析体)转变转变5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述此外，值得注意的是此外，值得注意的是ESES和和PQPQ线：线：(1)ES(1)ES线线碳在奥氏体中的固溶线碳在奥氏体中的固溶线从从该该线线看看出出，碳碳在在奥奥氏氏体体中中的的最最大大溶溶解解度度是是在在11471147，此此时时可可溶溶解解2.062.06C C，而而在在723723时时只只能能溶溶解解0 08080C C故故凡凡含含碳碳量量大大于于0.800.80的的铁铁碳碳合合金金自自11471147冷冷至至723723时时，均均会会从从奥奥氏氏体体中中沿沿晶晶界界析析出出渗渗碳碳体体，称称此此渗渗碳碳体体为为二二次次渗渗碳碳体体(Fe(Fe3 3C C)，以以区区别别于于从从液液体体中中直直接结晶的一次渗碳体接结晶的一次渗碳体(Fe(Fe3 3C C)。
5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述此外，值得注意的是此外，值得注意的是ESES和和PQPQ线：线：(2)PQ(2)PQ线线碳在铁素体中的固溶线碳在铁素体中的固溶线从从该该线线看看出出，碳碳在在铁铁素素体体中中的的最最大大溶溶解解度度是是在在723723，此此时时可可溶溶解解O.02O.02C C，而而在在室室温温平平衡衡状状态态下下，仅仅可可溶溶解解0.00080.0008C C，故故一一般般铁铁碳碳合合金金凡凡是是从从723723缓缓冷冷至至室室温温时时，均均可可能能从从铁铁素素体体中中沿沿晶晶界界析析出出渗渗碳碳体体，称称此此渗渗碳碳体体为为三三次次渗渗碳碳体体(Fe(Fe3 3C C)因因其其数数量量极极少少，故故一一般在讨论中经常予以忽略般在讨论中经常予以忽略5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述 所所谓谓一一次次、二二次次、三三次次渗渗碳碳体体仅仅在在于于渗渗碳碳体体来来源源和和分分布布有有所所不不同同，没没有有本本质质区区别别，其其含含碳碳量量，晶晶体体结结构和本身的性构和本身的性质质均相同相相图图中中AHNAHN线线和和GPQGPQ线线的的左左方方分分别别为为和和的的铁铁素素体区域；体区域；NJESGNJESG包围的范畴为奥氏体区域。
包围的范畴为奥氏体区域5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述 铁铁碳碳合合金金相相图图上上的的各各种种合合金金，通通常常可可按按其其含含碳碳量量和组织的不同，分成下列三类：和组织的不同，分成下列三类：(1)(1)工业纯铁工业纯铁(C0.02(C0.02)；(2)(2)钢钢(0.02(0.022.062.06C)C)：亚共析钢：亚共析钢(CO.80(C0.80(C0.80)；(3)(3)白白 口口 铁铁(2.06(2.06 6.676.67 C)C)：亚亚 共共 晶晶 白白 口口 铁铁(C4.3(C4.3C4.3)5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述 下下面面列列举举6 6个个典典型型的的铁铁碳碳合合金金来来讨讨论论其其结结晶晶过过程程钢钢和和白白口口铁铁的的结结晶晶过过程程虽虽然然比比较较复复杂杂，但但其其分分析析方方法法则则与与前前述述的的相相同同，并无新并无新颖颖之之处处所选择选择的各合金的成分如的各合金的成分如图图5-105-10所示5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(一一)共析钢共析钢(0.80(0.80C)C)的结晶过程分析的结晶过程分析 图图中合金中合金为为共析共析钢钢，该该合金在合金在1点以上的温度点以上的温度为为液相液相(L)，缓缓冷至稍低冷至稍低于于1点的温度开始从点的温度开始从L中中结结晶出奥氏晶出奥氏体体(A)。
缓缓冷至冷至2点温度以下，点温度以下，L全部全部 冷凝冷凝为为A继续缓继续缓冷至冷至3点温度点温度(723)时时，A按共析反按共析反应转变应转变成成 珠光体5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(一一)共析钢共析钢(0.80(0.80C)C)的结晶过程分析的结晶过程分析 共析共析钢钢的的结结晶晶过过程示意程示意图图：5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(一一)共析钢共析钢(0.80(0.80C)C)的结晶过程分析的结晶过程分析 共析共析钢钢的的显显微微组织组织(珠光体珠光体)：5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二二)亚亚共析共析钢钢(0.020.80C)的的结结晶晶过过程分析程分析 5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二二)亚亚共析共析钢钢(0.020.80C)的的结结晶晶过过程分析程分析 含含碳碳量量在在0.100.50范范围围内内的的亚亚共共析析钢钢，在在冷冷凝凝至至1493时时均均发发生生包晶反包晶反应应，反，反应结应结果形成果形成奥氏体奥氏体(A)；而含碳量大；而含碳量大于于0.50者，在冷凝者，在冷凝时时，则则不不发发生包晶反生包晶反应应，而是，而是直接从直接从L中中结结晶出晶出A。
5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二二)亚亚共析共析钢钢(0.020.80C)的的结结晶晶过过程分析程分析 含含碳碳量量在在0.100.50范范围围内内的的亚亚共共析析钢钢，在在冷冷凝凝至至1493时时均均发发生生包包晶晶反反应应，反反应应结结果果形形成成奥奥氏氏体体(A)；而而含含碳碳量量大大于于0.50者者，在在冷冷凝凝时时，则则不不发发生生包包晶晶反反应应，而而是是直直接接从从L中中结结晶出晶出A5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二二)亚亚共析共析钢钢(0.020.80C)的的结结晶晶过过程分析程分析 合合金金冷冷凝凝后后得得到到A A组组织织，继继续续冷冷至至GSGS线线(3(3点点温温度度)时时，便便会会发发生生A A F F的的转转变变，同同时时引引起起母母相相A A中中碳碳浓浓度度的的变变化化由由于于合合金金继继续续冷冷却却过过程程中中，A A的的含含碳碳量量沿沿GSGS线线逐逐渐渐增增浓浓而而趋趋近近于于S S点点，即即合合金金冷冷至至723723时时，A A的的含含碳碳量量增增为为0.800.80，故故当当合合金金冷冷至至稍稍低低于于723723时时，其其组组织织中中剩剩余余的的A A，便便会会按按共共析反应而转变成为珠光体，最终的显微组织应为析反应而转变成为珠光体，最终的显微组织应为F+PF+P。
5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二二)亚亚共析共析钢钢(0.020.80C)的的结结晶晶过过程分析程分析 必必须须指指出出，所所有有亚亚共共析析钢钢在在缓缓冷冷后后，最最终终的的显显微微组组织织都都是是F+PF+P各种亚共析钢组织的主要差别，在共析钢组织的主要差别，在于其中的于其中的F F与与P P的相对量和的相对量和F F的的分布情况不同凡含碳量距分布情况不同凡含碳量距S S点愈近的亚共析钢，其组点愈近的亚共析钢，其组织中含织中含P P量愈多而量愈多而F F量则愈量则愈少含碳量大于少含碳量大于0.500.50的亚的亚共析钢组织，其中共析钢组织，其中F F趋向于趋向于沿沿P P边界呈网状分布边界呈网状分布5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二二)亚亚共析共析钢钢(0.020.80C)的的结结晶晶过过程分析程分析 0.100.10C C的的亚亚共共析析钢钢的的显显微微组组织织图图中中白白色色颗颗粒粒为为F F晶晶粒粒；黑黑色色颗颗粒粒为为珠珠光光体体，因因放放大大倍倍数数过过低低而而使使珠光体中珠光体中层层片无法分辨。
片无法分辨5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二二)亚亚共析共析钢钢(0.020.80C)的的结结晶晶过过程分析程分析 0.300.30C C的的亚亚共共析析钢钢的的显显微微组组织织图图中中白白色色颗颗粒粒为为F F晶晶粒粒；黑黑色色颗颗粒粒为为珠珠光光体体，因因放放大大倍倍数数过过低低而而使使珠光体中层片无法分辨珠光体中层片无法分辨5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二二)亚亚共析共析钢钢(0.020.80C)的的结结晶晶过过程分析程分析 0.100.10C C、0.300.30C C的的亚亚共共析析钢钢的的显显微微组组织织白白色色颗颗粒粒为为F F晶晶粒粒；黑黑色色颗颗粒粒为为珠珠光光体体，因因放放大大倍倍数数过过低低而而使使珠珠光光体体中中层层片片无无法法分分辨辨可可见见，含含碳碳量量较较高高的的0.300.30C C亚亚共析共析钢显钢显微微组织组织中，中，P P所占面所占面积较积较大5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(三三)过过共折共折钢钢(0.802.06C)的的结结晶晶过过程分析程分析 5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(三三)过过共折共折钢钢(0.802.06C)的的结结晶晶过过程分析程分析 过过共共析析钢钢(以以合合金金为为例例)冷冷凝凝后后得得到到A组组织织，继继续续冷冷至至ES线线(3点温度点温度)时时，即将从即将从A中沿晶界开始析出中沿晶界开始析出Fe3C，随着温度的降低，随着温度的降低，A的含碳量的含碳量沿沿ES线线逐逐渐渐减少，与此同减少，与此同时时，从从A中沿晶界不断析出中沿晶界不断析出Fe3C。
合金冷却至合金冷却至723时时，A的含碳的含碳量减量减为为0.80，故当合金冷至，故当合金冷至稍低于稍低于723时时，其，其组织组织中剩余中剩余的的A，便会按共析反，便会按共析反应应而而转变转变成成为为珠光体，最珠光体，最终终的的显显微微组组织应为织应为P+Fe3C5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(三三)过过共折共折钢钢(0.802.06C)的的结结晶晶过过程分析程分析 过过共析共析钢钢的的结结晶晶过过程示意程示意图图：5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(三三)过过共折共折钢钢(0.802.06C)的的结结晶晶过过程分析程分析 含含1.20C的的过过共析共析钢钢的的结结晶晶显微组织：显微组织：5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(四四)共晶白口共晶白口铁铁(4.3)的的结结晶晶过过程分析程分析 5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(四四)共晶白口共晶白口铁铁(4.3)的的结结晶晶过过程分析程分析 共共晶晶白白口口铁铁(图图中中合合金金)首首先先在在1147时时发发生生恒恒温温反反应应形形成成莱氏体，莱氏体，莱氏体在莱氏体在继续继续冷却冷却过过程中，程中，由于其中由于其中A的含碳量沿的含碳量沿ES线线逐逐渐渐减少，减少，还还会不断析会不断析出出Fe3C。
冷却至冷却至723时时，A的含碳量减的含碳量减为为0.80，故当合金冷至稍低于故当合金冷至稍低于723时时，其，其组织组织中剩余的中剩余的A，便，便会按共析反会按共析反应应而而转变转变成成为为珠珠光体，最光体，最终终的莱氏体的莱氏体组织应组织应为为(P+Fe3CII+Fe3C)5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(四四)共晶白口共晶白口铁铁(4.3)的的结结晶晶过过程分析程分析 共晶白口共晶白口铁结铁结晶晶过过程示意程示意图图：5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(四四)共晶白口共晶白口铁铁(4.3)的的结结晶晶过过程分析程分析 共晶白口共晶白口铁铁显微组织（显微组织（200）：5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(五五)亚亚共晶白口共晶白口铁铁(2.064.3C)的的结结晶晶过过程分析程分析 5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(五五)亚亚共晶白口共晶白口铁铁(2.064.3C)的的结结晶晶过过程分析程分析 亚亚共共晶晶白白口口铁铁的的结结晶晶过过程程比比较较复复杂杂。
在在共共晶晶反反应应之之前前，在在L中已首先中已首先结结晶出一部分晶出一部分A晶体这这部分初生部分初生A在在继续继续冷却冷却时时的的转变过转变过程与莱程与莱氏体中的奥氏体的氏体中的奥氏体的转变过转变过程完程完全相同，即先析出全相同，即先析出Fe3C，之，之后含碳量后含碳量为为0.80的奥氏体再的奥氏体再通通过过共析反共析反应转变为应转变为珠光体除此除此变变化外，其它化外，其它变变化与共晶化与共晶白口白口铁铁完全相同完全相同亚亚共晶白口共晶白口铁铁的最的最终组织应为终组织应为P+Fe3C+Ld(P+Fe3C+Fe3C)5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(五五)亚亚共晶白口共晶白口铁铁(2.064.3C)的的结结晶晶过过程分析程分析 亚亚共晶白口共晶白口铁铁的的结结晶晶过过程示意程示意图图：5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(五五)亚亚共晶白口共晶白口铁铁(2.064.3C)的的结结晶晶过过程分析程分析 含含3.0C的的亚亚共晶白口共晶白口铁铁的的结结晶晶过过程示意程示意图图：5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(六六)过过共晶白口共晶白口铁铁(4.36.67C)的的结结晶晶过过程分析程分析 5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(六六)过过共晶白口共晶白口铁铁(4.36.67C)的的结结晶晶过过程分析程分析 过过共共晶晶白白口口铁铁的的结结晶晶过过程程比比亚亚共共晶晶白白口口铁铁要要简简单单得得多多，因因为为它在共晶反它在共晶反应应之前首先之前首先结结晶的是晶的是针针状状Fe3C，在，在继续继续冷却冷却过过程中，程中，Fe3C不会不会发发生生成分和成分和结结构的构的变变化，因化，因此，此，过过共晶白口共晶白口铁铁的最的最终组织应为终组织应为共晶白口共晶白口铁铁组织组织加上从加上从L中中结结晶出来晶出来的的针针状状Fe3C，即，即为为 Fe3C+Ld(P+Fe3C+Fe3C)。
5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(六六)过过共晶白口共晶白口铁铁(4.36.67C)的的结结晶晶过过程分析程分析 过过共晶白口共晶白口铁铁的的结结晶晶过过程示意程示意图图：5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(六六)过过共晶白口共晶白口铁铁(4.36.67C)的的结结晶晶过过程分析程分析 含含5.0C的的过过共晶白口共晶白口铁铁的的显微组织：显微组织：。