剖析铁碳合金相图

剖析铁碳合金相图

刘健

刘健（山东省乳山市威海机械工程高级技工学校）

摘要：铁碳合金相图在机械制造业中具有重要的作用，是技工学校的学生学习的重要内容。透彻分析铁碳合金相图，掌握铁碳合金在不同成分、温度下组织变化的规律，可快捷、准确地解决问题。

关键词：铁碳合金相图不同成分不同温度组织变化掌握规律

0引言

铁碳合金相图是《金属材料与热处理》课程中的重要内容。它是表示在极其缓慢冷却（或极其缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的组织或状态随温度变化的图解。它不仅可以作为选择钢铁材料的依据及制定铸造、锻造焊接和热处理等热加工工艺的依据，还能分析铁碳合金的成分、组织与性能的关系。对学生来说，更重要的是在熟练掌握铁碳合金相图之后，它又可作为解决许许多多习题的依据。利用铁碳合金相图解决习题中的问题，既快捷又准确，优点很多，但许多学生没有真正掌握铁碳合金相图，只是机械地、死记硬背地把铁碳合金相图中各区域的组织记下来，根本不掌握各组织的转变规律。这样，就很难利用铁碳合金相图来解决问题。现将铁碳合金相图浅析一下，供学生参考学习。

铁碳合金在实际生产中应用的主要是从Fe（铁）到Fe3C（渗碳体）这一部分，所以，铁碳合金相图也是Fe—Fe3C相图。根据含碳量和室温组织不同，可将铁碳合金分为：工业纯铁（C＜0.0218%）、钢（0.0218%＜C＜2.11%）和白口铸铁（2.11%≤C＜6.69%），其中，钢又可分为亚共析钢（0.0218%＜C＜0.77%）、共析钢（C=0.77%）和过共析钢（0.77%＜C＜2.11%）三种；白口铸铁又可分为亚共晶白口铸铁（2.11%≤C＜4.3%）、共晶白口铸铁（C=4.3%）和过共晶白口铸铁（4.3%＜C＜6.69%）三种。现对各种铁碳合金的冷却过程进行分析：

1共析钢

液态合金冷却至AC线（液相线）时，开始结晶出A（奥氏体），继续冷却，结晶不断进行，冷却至AE线（固相线）时，结晶终了，液体全部结晶为A，A继续冷却至S点（共析点），A满足共析转变条件（含碳量为0.77%，温度为727℃），发生共析转变：

（F+Fe3C），即为P（珠光体），温度再继续下降至室温，组织不再发生变化，都为P。

2亚共析钢

液态合金冷却至ACD线（液相线）时，开始结晶出A，继续冷却，结晶不断进行，冷却至AECF线（固相线）时，结晶终了，液体全部结晶为A，A继续冷却至GS线（冷却时，A向F转变的开始线）时，A开始转变成F（铁素体），随着温度的降低，A的量不断减少，F的量不断增多，同时，A由于析出F（含有大量铁，少量碳）而含碳量不断提高。当冷却至PSK线（共析转变线）时，A满足共析转变的条件（含碳量为0.77%，温度为727℃），则发生共析转变，A转变为（F+Fe3C），即P，此时，合金由P和F组成，温度再继续下降至室温，组织不再发生变化，都为P+F。

3过共析钢

液态合金冷却至AC线（液相线）时，开始结晶出A，继续冷却，结晶不断进行，冷却至AECF线（固相线）时，结晶终了，液体全部结晶为A，A继续冷却至ES线（碳在A中的饱和溶解度曲线）时，A中的含碳量达到饱和，在继续冷却，A中出现多余的碳，多余的碳会以Fe3C（渗碳体）的形式析出，随着温度的降低，A的量不断减少，Fe3C的量不断增多，同时，A由于析出Fe3C（含有少量铁，大量碳）而含碳量不断降低。当冷却至PSK线时，A满足共析转变的条件，则发生共析转变，A转变为（F+Fe3C），即P，此时，合金由P和Fe3C组成，温度再继续下降至室温，组织不再发生变化，都为P+Fe3C。

4共晶白口铸铁

液态合金冷却至C点（共晶点），L（液体）满足共晶转变的条件（含碳量为4.3%，温度为1148℃），发生共晶转变

（A+Fe3C）即为Ld（高温莱氏体）。温度继续下降，（A+Fe3C）中的A的溶碳能力逐渐降低，A中出现多余的碳并以Fe3C的形式析出，从而，使A中的含碳量逐渐降低，当冷却至PSK线时，A共析转变成P，也就是由（A+Fe3C）转变为（P+Fe3C），即L'd(低温莱氏体)，实际上是Ld在PSK线上转变为L'd，温度再继续下降至室温，组织不再发生变化，都为L'd。

5亚共晶白口铸铁

液态合金冷却至AC线时，开始结晶出A，继续冷却，结晶不断进行，L的量越来越少，A的量越来越多，同时，L由于结晶出A（含有大量铁，少量碳）而含碳量不断提高，当冷却至ECF线（共晶转变线）时，L满足共晶转变条件（含碳量为4.3%，温度为1148℃），发生共晶转变，得到Ld，此时，合金由A+Ld组成。继续冷却，A因溶碳能力降低而出现的多余的碳会以Fe3C的形式析出，形成A+Fe3C+Ld组织，再继续冷却至PSK线时，由于共析转变作用，组织转变成P+Fe3C+L'd，温度再继续下降至室温，组织不再发生变化，都为P+Fe3C+L'd。

6过共晶白口铸铁

液态合金冷却至CD线时，开始结晶出Fe3C，继续冷却，结晶不断进行，L的量越来越少，的量越来越多，同时，L由于结晶出Fe3C（含有少量铁，大量碳）而含碳量不断降低，当冷却至ECF线时，L满足共晶转变条件（含碳量为4.3%，温度为1148℃），发生共晶转变，得到Ld，此时，合金由Ld+Fe3C组成。继续冷却至PSK线时，由于共析转变的作用，组织转变成L'd+Fe3C，温度再继续下降至室温，组织不再发生变化，都为L'd+Fe3C。

7工业纯铁

液态合金冷却至AC线时结晶出A，冷却至AE线时全部结晶为A，A冷却至GS线时开始向F转变，冷却至GP线（冷却时，A向F转变的终了线）时，A全部转变为F，F继续冷却至PQ线（碳在F中的饱和溶解度曲线），F中的含碳量达到饱和，继续冷却，F因溶碳能力降低而出现的多余的碳会以Fe3C的形式析出，形成F+Fe3C组织。温度再继续下降至室温，组织不再发生变化，都为F+Fe3C。

由于在各种铁碳合金中任取一成分的合金进行分析，所以，它代表该种铁碳合金的组织转变规律，由此，我们可总结出Fe—Fe3C相图中各区域的组织。