杠杆定理计算铁碳合金

1、3 V/A-P3二元相图的计算3.3.1工业纯铁1、以含碳0.01%的铁碳合金为例，其冷却曲线（如图3.2）和平衡结晶过 程如下。合金在1点以上为液相 L L。冷却至稍低丁1点时，开始从 L L 中结晶出& ,至2点合金全部结晶为8。从3点起，8逐渐转变为A,至4点全部转变完了。4-5点问 A A 冷却不变。自5点始，从 A A 中析出 F F。F F 在 A A 晶界处生核并长大,至6点 时 A A 全部转变为 F F。在6-7点问 F F 冷却不变。在7-8点问，从 F F 晶界析出FesC.。因此合金的室温平衡组织为 F F+FeC。F F 呈白色块状；FeC量极少，呈小白片状分

2、布丁 F F 晶界处。若忽略FeCmCm，则组织全为 F F。3.3.2共析钢2、含碳0.77%,其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.3所示。合金冷却时，丁1点起从 L L 中结晶出 A,A,至2点全部结晶完了。在2-3点问 A A 冷 却不变。至3点时，A A 发生共析反应生成 P P。从3点继续冷却至4点，P P 皆不发 生转变。因此共析钢的室温平衡组织全部为 P P , , P P 呈层片状。共析钢的室温组织组成物也全部是 P,P,而组成相为 F F 和Fe3C,它们的相对质量为：碳含量2.116.69 %6.696.69 -0.77-0.77F F%=%=100%100% =88%=88%

3、FeC% = 1 - F% = 12%6.696.69 3,F时间图3.2工业纯铁结晶过程示意图(5+ANA AGA+FF56sF+FeCF+FeQLA1以N NSAQ时间一图3.3共析钢结晶过程示意图0.77XCF+FeaC123.3.3亚共析钢3、以含碳0.4 %的铁碳含金为例。合金冷却时， 从1点起自L L中结晶出6,至2点时， L L成分变为0.53% C, 5变为0.09 %C,发生包晶反应生成 缶 J 反应结束后尚有多余的 L L。2点以下， 自 L L 中不断结晶出 A,A,至3点合金全部转变为 A A。在3-4点问 A A 冷却不变。从4点起，冷却时由 A A 中析出 F F

4、, ,F F 在 A A 晶界处优先生核并长大，而 A A 和 F F 的成分分 别沿GS和GP线变化。至5点时，A A的成分变为0.77 %C ,F F 的成分变为0.0218%C。此时 A A 发生共析反应，转变为 P P , , F F不变化。从5点继续冷却至6点，合金 组织不发生变化，因此 室温平衡组织为 F F+P P。F F 呈白色块状；P P 呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块状。碳含量大丁0.6%的业共析钢，室温平衡组织中 的 F F常呈白色网状，包围在 P P 周围。图3.4业共析钢结晶过程小意图-L/L+G A2项-奇i以上自3.3.3亚共析钢含0.4 %C C 的业共析钢的

5、组织组成物（F F 和 P P）的相对质量为：发生共析反 应的那一段直线碳含量 0.02180.77 %0.4 - 0.02P% =-乂100% = 51% .0.77 - 0.02组成相（F F 和FeC ）的相对质量为：碳含量0.02186.69%6.69 - 0.4F% = - 100% = 94%; FeC% = 1 - 94% = 6%6.69由丁室温下 F F 的含碳量极微，若将 F F 中的含碳量忽略不计，则钢中的含碳量 全部在 P P 中，所以业共析钢的含碳量可由其室温平衡组织来估算。即根据 P P 的含 量可求出钢的含碳量为：C%C% = = P%P% x x 0.770.7

6、7 % %。由丁 P P 和 F F 的密度相近，钢中 P P 和 F F 的含量（质量白分数）可以近似用对应的面积白分数来估算。F% = 1 - 51% = 49%3.3.4过共析钢4、以碳含量为1.2 %的铁碳合金为例。合金冷却时，从1点起自 L L 中结晶出 A A，至2点全部结晶完了。在2-3点问 A A 冷却不变，从3点起，由 A A 中析出Fe3C CH H, ,Fe3C CH H呈网状分布在 A A 晶界上。至4点 时 A A 的碳含量降为0.77%, 4-4点发生共析反应转变为 P,P,而FeaGI不变化。在4点-5点问冷却时组织不发生转变。因此室温平衡组织为Fe3C+P P。

7、在显微镜下，FeC呈网状分布在层片状P周围。时间-图3.5过共析钢结晶过程示意图含1.2 %C的过共析钢的组成相为 F F 和FeC ; 组织组成物为Fe3Cii和 P P，它们的相对质量为：1.2 - 0.77FeCii% =-100% = 7%； P% = 1 - 7% = 93%36.69 - 0.773.3.5共晶白口铸铁5、以碳含量为4.3 %的铁碳合金为例，共晶白口铸铁的冷却曲线和平衡结 晶过程如图3.6所示。合金在1点发生共晶反应，由 L L 转变为(高温)莱氏体Le (A A+FeC)。在1-2点问，Le中的 A A 不断析出Fe3CH。FeaC与共晶FeaC无界线相连，在显微

8、镜下 无法分辨，但此时的莱氏体由 A A+Fe,Cii+FeC组成。由丁Fe,Cii的析出，至2点时 A A 的碳含量降为0.77%，并发生共析反应转变为P;高温莱氏体Le转变成低温 莱氏体Le (P P+FeGi+FeC)。从2-3点组织不变化。所以室温平衡组织仍为Le，由黑色条状或粒状 P P 和白色FeC基体组成(见图3.12)。共晶白口铸铁的组织组成物全为Le，而组成相还是 F F 和FeC ,它们的相 对重量可用杠杆定律求出。 3.3.6亚共晶白口铸铁图3.6共晶白口铸铁结晶过程示意图 3.3.6亚共晶白口铸铁6、以碳含量为3%的铁碳合金为例。合金自1点起，从 L L 中结晶出初生

9、A,A,至2点时 L L 的成分变为含4.3 %C （A A 的成分变为含2.11%），发生共晶反应转变为Le，而 A A 不参与反应。在2-3点问 继续冷却时，初生 A A 不断在其外围或晶界上析出Fe3CH，同时Le中的 A A 也析出FeaCn。至3点温度时，所有 A A 的成分均变为0.77 %，初生 A A 发生共析反应转变 为P ;高温莱氏体Le也转变为低温莱氏体Le 。在3点以下到4点，冷却不引 起转变。因此室温平衡组织为 P P+Fe3C+Le 。网状Fe3C分布在粗大块状 P P 的周 围，Le则由条状或粒状 P P 和FeC基体组成。业共晶白口铸铁的 组成相为 F F 和F

10、eC。组织组成物为 P P、Fe3Cii、和Le 。它们 的相对质量可以两次利用杠杆定律求出。|先求合金钢冷却到2点温度时初生A2.11和L4.3的相对质量：4.3 - 3A211% =-100% = 59%; L43% =1 - 59% = 41%24.3 -2.11L4.3通过共晶反应全部转变为Le，并随后转变为低温莱氏体Le ，所以Le %=Le %=L4.3 %= 41%。再求3点温度时（共析转变前）由初生A,1析出的FeGI及共析成分的A.77的相对 质量：由丁A0.77发生共析反应转变为 P P , ,所以 P P 的相对质量就是46%33re _CupLeFeCn% =2.11 - 0.776.69 - 0.7759%= 13%;气77% =6.69 - 2.116.69 - 0.7759% = 46%A+FCt + Lei以上r-*-L2A时何ffl 3.7业共晶白口铸铁结晶过程示意图APFe CnP + Fe.Cn + l32-322r3.