材料科学基础 二元相图及其合金的凝固 2.1二元合金相图分析实例-铁碳相图1

1、7.3.8 二元合金相图分析实例二元合金相图分析实例I重点：铁碳相图重点：铁碳相图碳钢和铸铁是使用最为广泛的金属碳钢和铸铁是使用最为广泛的金属材料，它们是由铁和碳组成的合金。材料，它们是由铁和碳组成的合金。不同成分的碳钢和铸铁，其组织和不同成分的碳钢和铸铁，其组织和性能是不同的。性能是不同的。在研究和使用钢铁材料、制定其热在研究和使用钢铁材料、制定其热加工和热处理工艺以及分析工艺废加工和热处理工艺以及分析工艺废品的原因时，都需要应用铁碳相图。品的原因时，都需要应用铁碳相图。 一、一、Fe-C合金中的相合金中的相 1.1.纯铁纯铁 纯铁在纯铁在15381538凝固为体心立方的凝固为体心立方的-

2、-FeFe。继续冷却时，在继续冷却时，在13941394转变为面心转变为面心立方的立方的 - -FeFe，912912又转变为体心立方的又转变为体心立方的- -FeFe。- -FeFe和和- -FeFe都具有体心立方结构，都具有体心立方结构，而且而且- -FeFe的性能数值都位于的性能数值都位于- -FeFe的性的性能温度曲线的外延线上，因此通常把能温度曲线的外延线上，因此通常把铁和铁和铁看作是同一个相。铁看作是同一个相。 纯铁的原子间距和原子体积与温度的关系纯铁的原子间距和原子体积与温度的关系纯铁的力学性能大致为：纯铁的力学性能大致为：b=176274MPa，=3050%，0.2=98166

3、MPa，=7080%。HB=5080，k=1.52MJ/m2。2.2.碳碳碳的原子序数为碳的原子序数为6，原子量为，原子量为12.01，原子半径为原子半径为0.077nm，20时的密度为时的密度为2.25103kg/m3。 在自然中，碳以石墨和金刚石两种在自然中，碳以石墨和金刚石两种形态存在。在铁碳合金中碳不以金刚石形态存在。在铁碳合金中碳不以金刚石形态存在。石墨具有层状结构。六方层形态存在。石墨具有层状结构。六方层中的近邻原子间距为中的近邻原子间距为0.142nm，层间距层间距为为0.340nm。石墨的硬度很低，只有石墨的硬度很低，只有35HB，而而塑性几乎接近于零。铁碳合金中的石墨塑性几乎

4、接近于零。铁碳合金中的石墨用符号用符号G或或C表示。表示。3.3.固溶体固溶体碳的原子半径较小，可以进入碳的原子半径较小，可以进入 - -FeFe -Fe中的原子间隙而形成间隙固溶体。中的原子间隙而形成间隙固溶体。铁的溶碳能力很小，最大溶解度只有铁的溶碳能力很小，最大溶解度只有0.0218%（重量）。在第四周期的体心（重量）。在第四周期的体心立方过渡族金属中是最小的，如图所示。立方过渡族金属中是最小的，如图所示。碳在第四周期过渡族金属中的最大溶解度碳在第四周期过渡族金属中的最大溶解度碳在碳在铁中形成的间隙固溶体叫做铁中形成的间隙固溶体叫做铁素体铁素体，常用符号常用符号F或或表示。它的性能与纯铁

5、相差无表示。它的性能与纯铁相差无几，居里点也是几，居里点也是770。晶粒常呈多边形。晶粒常呈多边形。 - -FeFe的原子间隙较的原子间隙较-Fe大，因此碳在大，因此碳在 - -FeFe中的溶解度也比较大。最大溶解度为中的溶解度也比较大。最大溶解度为2.11%。 - -FeFe中的八面体间隙大于其四面体间隙，中的八面体间隙大于其四面体间隙，一般认为碳在铁中形成间隙固溶体时，是进一般认为碳在铁中形成间隙固溶体时，是进入八面体间隙的。这种固溶体叫做入八面体间隙的。这种固溶体叫做奥氏体奥氏体，常用符号常用符号A或或 表示。表示。晶粒呈平直多边形晶粒呈平直多边形。 碳在碳在FeFe晶格中的位置晶格中的

6、位置奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织碳在奥氏体中的最大溶解度如以原子碳在奥氏体中的最大溶解度如以原子百分数表示，大约为百分数表示，大约为9%，即铁原子与碳，即铁原子与碳原子之比大约为原子之比大约为10:1。面心立方晶胞中。面心立方晶胞中有有4个铁原子和个铁原子和4个八面体间隙。这就是个八面体间隙。这就是说，即便达到最大溶解度，也只有平均说，即便达到最大溶解度，也只有平均每每2.5个晶胞中才有一个八面体间隙被碳个晶胞中才有一个八面体间隙被碳原子所占据。原子所占据。奥氏体塑性很好，具有顺磁性。奥氏体塑性很好，具有顺磁性。 4.4.渗碳体渗碳体在铁碳合金中，铁和碳可以形成间在铁碳合金中，铁和碳可以形

7、成间隙化合物隙化合物Fe3C，其中含碳其中含碳6.69%，称为，称为渗碳体，也可用符号渗碳体，也可用符号Cm表示。表示。渗碳体属于正交晶系，点阵常数为渗碳体属于正交晶系，点阵常数为a=0.4524nm，b=0.5089nm，c=0.6743nm。渗碳体晶胞内含有渗碳体晶胞内含有12个铁原子和个铁原子和4个碳原个碳原子，符合子，符合Fe C=3 1的关系。的关系。 作为一种中间相，渗碳体有很高的硬度作为一种中间相，渗碳体有很高的硬度(HV=9501050)，而塑性几乎为零。它在常而塑性几乎为零。它在常温具有铁磁性，居里点为温具有铁磁性，居里点为230，常用，常用A0表表示，熔点为示，熔点为122

8、7。 Fe3C在钢和铸铁中呈现片状，粒状，网在钢和铸铁中呈现片状，粒状，网状和板条状。渗碳体硬而脆状和板条状。渗碳体硬而脆(HB800)，塑性塑性极低，延伸率接近于极低，延伸率接近于0。它是钢铁材料中的主。它是钢铁材料中的主要强化相。要强化相。Fe3C中碳和中碳和Fe可以被其它元素替可以被其它元素替代形成以代形成以Fe3C为基的固溶体。为基的固溶体。Fe被被Cr、Mn等原子金属置换，形成以等原子金属置换，形成以Fe3C为基的固溶体，为基的固溶体，称为合金渗碳体。称为合金渗碳体。5.5.铁碳合金相图铁碳合金相图渗碳体在热力学上是一个亚稳定的渗碳体在热力学上是一个亚稳定的相，而石墨才是稳定的相。由

9、于石墨的相，而石墨才是稳定的相。由于石墨的表面能很大，形核需要克服很高的能垒，表面能很大，形核需要克服很高的能垒，因此在一般条件下，铁碳合金中的碳更因此在一般条件下，铁碳合金中的碳更易和铁化合成渗碳体。易和铁化合成渗碳体。 在一定的条件下，例如极为缓慢的在一定的条件下，例如极为缓慢的冷却或加入某些合金元素使石墨的表面冷却或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，铁碳合金中的碳仍可以以石墨能降低，铁碳合金中的碳仍可以以石墨的形式存在。的形式存在。这样一来，铁碳合金中的相平衡就这样一来，铁碳合金中的相平衡就有两种情况：一种是合金的液体、固溶有两种情况：一种是合金的液体、固溶体和渗碳体之间的亚稳平衡，另

10、一种是体和渗碳体之间的亚稳平衡，另一种是合金的液体、固溶体和石墨之间的稳定合金的液体、固溶体和石墨之间的稳定平衡。平衡。 与这两种情况相应，人们做出了两与这两种情况相应，人们做出了两个铁碳合金相图。一个是个铁碳合金相图。一个是亚稳定的铁亚稳定的铁-渗渗碳体合金相图碳体合金相图，它实际上是亚稳定铁碳，它实际上是亚稳定铁碳合金相图的铁端部分，即含碳量为合金相图的铁端部分，即含碳量为06.69%的部分。的部分。另一个是另一个是稳定的铁稳定的铁-石墨合金相图石墨合金相图，它从它从0%C一直延伸到一直延伸到100%C。通常把这通常把这两个相图中的相同部分画在一起，用实两个相图中的相同部分画在一起，用实线

11、表示前者，虚线表示后者。无虚线部线表示前者，虚线表示后者。无虚线部分属两个相图共有。分属两个相图共有。 铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图 L+L+Fe3C+Fe3C+Fe3CL+二、二、Fe-Fe3C合金相图分析合金相图分析组元为组元为Fe和和Fe3C。如前所述，纯铁如前所述，纯铁在固态有两种同素异构体，存在于不同在固态有两种同素异构体，存在于不同的温度范围。的温度范围。Fe3C（渗碳体）为间隙化渗碳体）为间隙化合物，是稳定化合物，在熔化前不分解，合物，是稳定化合物，在熔化前不分解，故可看作独立组元，将相图分解为故可看作独立组元，将相图分解为Fe-Fe3C部分。部分。 Fe-Fe3C相图中有相

12、图中有5个单相区，分别为：个单相区，分别为：(1)液相区液相区(L)：ABCD线以上的区域为液相区。线以上的区域为液相区。(2)相区：相区：相为碳在相为碳在Fe中的固溶体，具有体心立中的固溶体，具有体心立方晶格，在方晶格，在GPQ区内。区内。(3) 相区：相区： 相为碳在相为碳在Fe中的固溶体，具有面心立中的固溶体，具有面心立方晶格，在方晶格，在GSEJN区内。区内。(4)相区：相区：为碳在为碳在Fe中的固溶体，也是体心立方晶中的固溶体，也是体心立方晶格，在格，在AHN区内。区内。(5)Fe3C相区：相区：实际为代表实际为代表Fe3C的纵轴的纵轴DK。 两个单相区间所夹的相区为相应的两相区。两

13、个单相区间所夹的相区为相应的两相区。在室温下，不同成分范围的合金均处于在室温下，不同成分范围的合金均处于+Fe3C两两相区。相区。 液相区液相区：ABCD线以上的区域线以上的区域相区：相区：在在GPQ区区内为内为相相 相区：相区：在在GSEJN区内区内相区：相区：AHN区区内内 Fe3C相区：相区：DKQ( E+Fe3C) Ld(P+ Fe3C) P(1)液相线液相线: ABCD。(2)固相线固相线: AHJECF。(3)包晶反应线包晶反应线: HJB，发生包晶反应发生包晶反应:LB+HJ形成奥氏组织形成奥氏组织(A)(4)共晶反应线共晶反应线: ECF，发生共晶反应发生共晶反应:LC E+

14、Fe3C形成莱氏体组织形成莱氏体组织(Ld)(5)共析反应线共析反应线: PSK，发生共析反应发生共析反应:SP+ Fe3C形成珠光体组织形成珠光体组织相图中的相界线有以下几种：相图中的相界线有以下几种：相图中重要的反应点：相图中重要的反应点： (1)包晶反应点包晶反应点J在在J点成分的合金可全部发生包点成分的合金可全部发生包晶反应。晶反应。在在1495发生的包晶转变：发生的包晶转变：LB H J转变产物是奥氏体；转变产物是奥氏体； (2)共晶反应点共晶反应点C：C点成分的液相发生共晶反应。点成分的液相发生共晶反应。在在1148发生的共晶转变：发生的共晶转变：Lc E+Fe3C，转变产物是奥氏

15、体和渗碳体的机械混合物，转变产物是奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体；称为莱氏体； (3)共析反应点共析反应点SS成分的成分的 相发生共析反应。相发生共析反应。在在727发生共析转变：发生共析转变： s P+Fe3C，转变产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，转变产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体。称为珠光体。 (1)GS线线奥氏体中开始析出铁素体（降奥氏体中开始析出铁素体（降温时）或铁素体全部溶入奥氏体（升温温时）或铁素体全部溶入奥氏体（升温时）的转变线，常称此温度为时）的转变线，常称此温度为A3温度。温度。 (2)ES线线碳在奥氏体中的溶解度曲线。碳在奥氏体中的溶解度曲线。此温度

16、常称此温度常称Acm温度。低于此温度，奥氏温度。低于此温度，奥氏体中将析出渗碳体，称为二次渗碳体，体中将析出渗碳体，称为二次渗碳体，用用Fe3CII表示，以区别于从液体中经表示，以区别于从液体中经CD线结晶出的一次渗碳体线结晶出的一次渗碳体 Fe3CI。 在在FeFe3C相图中还有相图中还有3条重要的固态转变线条重要的固态转变线(3)PQ线线碳在铁素体中的溶解度曲线。碳在铁素体中的溶解度曲线。在在727时，碳在铁素体中的最大的时，碳在铁素体中的最大的w(C)为为0.0218，因此，铁素体从，因此，铁素体从727冷却冷却时也会析出极少量的渗碳体，以三次渗时也会析出极少量的渗碳体，以三次渗碳体碳体

17、Fe3CIII称之，以区别上述两种情况产称之，以区别上述两种情况产生的渗碳体。生的渗碳体。在在FeFe3C相图中还有相图中还有3条重要的固态转变线条重要的固态转变线 230为水平线为为水平线为Fe3C的磁性转变线，的磁性转变线，230以上以上Fe3C无磁性，无磁性，230以下为铁以下为铁磁性。常用磁性。常用A0表示表示 770为为的铁磁性转变线。的铁磁性转变线。770以以上无铁磁性，上无铁磁性，770以下为铁磁体。常用以下为铁磁体。常用A2表示，又称居里点。表示，又称居里点。 两条磁性转变线两条磁性转变线三、三、典型铁碳合金的平衡组织典型铁碳合金的平衡组织 铁碳合金通常可按含碳量及其室温铁碳合

18、金通常可按含碳量及其室温平衡组织分为三大类：平衡组织分为三大类： 工业纯铁工业纯铁: w(C)0.0218% 碳碳 钢钢: 0.0218%w(C)2.11% 铸铸 铁铁: 2.11%w(C)6.69% 碳钢和铸铁是碳钢和铸铁是按有无共晶转变来区分的按有无共晶转变来区分的，无共晶转变，即无莱氏体的合金称为，无共晶转变，即无莱氏体的合金称为碳钢。碳钢。 在碳钢中，又分为亚共析钢、共析钢及在碳钢中，又分为亚共析钢、共析钢及过共析钢。过共析钢。 按碳含量划分铁碳合金的按碳含量划分铁碳合金的7种类型种类型: 工业纯铁工业纯铁: w(C)0.0218%; 共共 析析 钢钢: w(C)=0.77%； 亚共析

19、钢亚共析钢: 0.0218%w(C)0.77%； 过共析钢过共析钢: 0.77%w(C)2.11%； 共晶白口铁共晶白口铁: w(C)=4.30%； 亚共晶白口铁亚共晶白口铁: 2.11%w(C)4.30%； 过共晶白口铁过共晶白口铁: 4.30%w(C)6.69%； 1.工业纯铁工业纯铁以以Wc=0.01%的合金为例的合金为例v转变过程：转变过程：LL+ + Fe3C 匀晶转变多晶型转变脱溶沉淀匀晶转变多晶型转变脱溶沉淀v室温组织为：室温组织为： + Fe3C Fe3C最多为最多为0.33% 工业纯铁室温组织图（工业纯铁室温组织图（200200）工业纯铁的显微组织工业纯铁的显微组织2.钢钢钢

20、钢(steel)：是含碳量在是含碳量在(Wc=0.02182.11%)之间的之间的FeC合金。合金。其特点是：其特点是：高温组织为单相的高温组织为单相的，具有很好的塑性。因而可具有很好的塑性。因而可以进行锻造、轧制等压力加工。根据其室温组织以进行锻造、轧制等压力加工。根据其室温组织的不同，碳钢（的不同，碳钢（carbon steel）又可分为：又可分为：共析钢（共析钢（eutectoid steel）：）：Wc=0.77%亚共析钢（亚共析钢（hypoeutectoid steel）：）：Wc=0.02180.77%过共析钢（过共析钢（hypereutectoid steel）：）：Wc=0.7

21、72.11% （1 1）共析钢）共析钢（Wc=0.77%）的结晶过程的结晶过程123液态金属冷却到液态金属冷却到1点温度，开始结晶出点温度，开始结晶出 相，相，此时，液相成分沿此时，液相成分沿BC变化，变化， 相成分沿相成分沿JE变变化。化。当温度达到当温度达到2点温度时，液相全部转化为点温度时，液相全部转化为 相。相。在在23温度区间，合金为温度区间，合金为 相单相组织。相单相组织。在在3点温度合金发生共析反应，由点温度合金发生共析反应，由 相分解为相分解为P( Fe3CII)组织。组织。温度继续下降，将从温度继续下降，将从 相中脱溶出少量的相中脱溶出少量的Fe3CIII，由于由于Fe3CI

22、II依附于依附于Fe3CII生长，因此生长，因此无法分辨。无法分辨。室温组织为室温组织为P共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程v 结晶过程如下：结晶过程如下： LL+P+P（+ Fe3C） 匀晶转变共析转变脱溶沉淀匀晶转变共析转变脱溶沉淀 v室温组织为室温组织为P(+Fe3C)，P呈层片状，是呈层片状，是和和Fe3C的层片交替重叠的机械混合物。如图中的的层片交替重叠的机械混合物。如图中的白色片状为白色片状为，黑色片状为黑色片状为Fe3C。 v冷却曲线冷却曲线共析钢的室温组织（共析钢的室温组织（500500）（2 2）亚共析钢的结晶过程）亚共析钢的结晶过程 ( (合金合金 Wc=0.40%) ) 在

23、在01点温度范围，合金为点温度范围，合金为L相。在相。在12点温点温度范围，合金发生匀晶转变，度范围，合金发生匀晶转变，L。合金处合金处于于L+两相平衡。两相平衡。随温度下降，随温度下降，L和和相的成分沿液相线相的成分沿液相线AB和和固相线固相线AH变化。变化。在略高于在略高于2点温度时，点温度时，L相的成分为相的成分为B点成分，点成分，相的成分为相的成分为H点的成分。点的成分。在在2点温度时，发生包晶转变，点温度时，发生包晶转变，LB+H J。合金处于三相平衡。合金处于三相平衡。在在23点温度范围，从液相中继续结晶出点温度范围，从液相中继续结晶出 相，相，L 。直至直至3点温度时，处于单相点

24、温度时，处于单相 。 在在34点温度范围，合金仍为单相点温度范围，合金仍为单相 。在在45点温度范围，发生同素异晶转变，部点温度范围，发生同素异晶转变，部分相转变为分相转变为相，相， 。此时，合金处于此时，合金处于 +两相平衡。两相平衡。随温度下降，随温度下降， 和和相的成分分别沿着相的成分分别沿着GS线线和和GP线变化。线变化。在略高于在略高于5点温度时，点温度时， 相的成分为相的成分为S点成分，点成分，相的成分为相的成分为P点成分。点成分。在在5点温度，点温度， 相发生共析反应，形成珠光体相发生共析反应，形成珠光体组织组织P ， (+Fe3C)。此时，合金处于三相此时，合金处于三相平衡。平

25、衡。在略低于在略低于5点温度时，共析转变终了，点温度时，共析转变终了， 相相消失，合金处于消失，合金处于+Fe3C两相平衡。两相平衡。合金的组织为合金的组织为+(+Fe3C)，可以记作为可以记作为F+P，其中的其中的F为先析出相为先析出相，P为珠光体组为珠光体组织。织。在在56点温度范围，点温度范围，相中析出相中析出Fe3C相，相，Fe3C，其量甚少，一般忽略不计。其量甚少，一般忽略不计。室温（室温（6点）下的组织仍为点）下的组织仍为F+P v过程如下：过程如下： LL+L+L+ +P+ P （析出析出Fe3C） 匀晶转变包晶转变共析转变脱溶沉淀匀晶转变包晶转变共析转变脱溶沉淀v室温组织为：室

26、温组织为：+ P 如图中的白色为如图中的白色为，黑色片黑色片状为状为P。 特别需注意：室温组织为特别需注意：室温组织为+ P，由于由于是发是发生在共析转变之前，我们称为先析出铁素体。生在共析转变之前，我们称为先析出铁素体。共析转变之前共析转变之前+和的相对量和的相对量(即共析转变后即共析转变后和和P的相对量的相对量)可通过杠杆法则来计算。可通过杠杆法则来计算。v冷却曲线冷却曲线白色的组织为白色的组织为F晶粒，黑色的为晶粒，黑色的为P组织组织 亚共析钢的室温组织（亚共析钢的室温组织（200200）（3 3）过共析钢的结晶过程（）过共析钢的结晶过程（Wc=1.2%） 在高于在高于1点温度，合金为液

27、相。点温度，合金为液相。在在12点温度范围，发生匀晶反应，点温度范围，发生匀晶反应，LL+ 此时，合金处于此时，合金处于L+ 两相平衡。两相平衡。随温度下降，两平衡相的成分和重量都发生随温度下降，两平衡相的成分和重量都发生变化。变化。L相沿相沿BC线变化，线变化， 相沿相沿JE线变化。线变化。L相减少，相减少， 相增多，直至相增多，直至2点温度，结晶终了，点温度，结晶终了，液相消失，合金为单相液相消失，合金为单相 。在在23点温度范围，合金不发生变化，仍保点温度范围，合金不发生变化，仍保持持 相相 。在在34点温度范围，点温度范围， 相中析出渗碳体，相中析出渗碳体， Fe3C，合金处于合金处于

28、 +Fe3C两相平衡。两相平衡。过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程 随随Fe3C析出，析出， 相成分沿相成分沿ES线变化。在略高于线变化。在略高于4点温度时，点温度时， 相的成分为相的成分为S点成分。点成分。 在在4点温度时，发生共析转变点温度时，发生共析转变 s(+Fe3C)，形成形成P组织。此时，合金处于三相平衡。组织。此时，合金处于三相平衡。在略低于在略低于4点温度时，共析转变终了，点温度时，共析转变终了， 相相消失，合金的组织为消失，合金的组织为P+Fe3C 在在45点温度范围，从点温度范围，从相中析出相中析出Fe3C相，相，Fe3C，其量甚少，一般忽略不计。其量甚少，一般忽略不计。

29、因此室温组织为：因此室温组织为：P+Fe3C ，过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程 v过程如下：过程如下：LL+Fe3C P + Fe3C 匀晶转变共析转变脱溶沉淀匀晶转变共析转变脱溶沉淀v 室温组织为：室温组织为：P+ Fe3C，如图中的白色为网如图中的白色为网状状Fe3C，暗黑色为暗黑色为P。v冷却曲线：冷却曲线：过共析钢的室温组织（过共析钢的室温组织（500500）3 3、白口铸铁、白口铸铁白口铸铁（白口铸铁（white cast iron）是含碳量在是含碳量在Wc=2.116.69%之间的之间的Fe、C合金。其特点液态合金结晶时都发生共晶合金。其特点液态合金结晶时都发生共晶反应，液态

30、时有良好的流动性，因而铸铁都具有良好的反应，液态时有良好的流动性，因而铸铁都具有良好的铸造性能。但因共晶产物是以铸造性能。但因共晶产物是以Fe3C为基的莱氏体组织，为基的莱氏体组织，所以性能很脆。它们的断口呈银白色，故称为白口铸铁。所以性能很脆。它们的断口呈银白色，故称为白口铸铁。根据白口铸铁室温组织不同，可分为三种：根据白口铸铁室温组织不同，可分为三种：v共晶白口铸铁（共晶白口铸铁（eutectoid cast iron）：）：Wc=4.30%v亚共晶白口铸铁（亚共晶白口铸铁（hypoeutectoid cast iron）：）：Wc=2.114.30%v过共晶白口铸铁（过共晶白口铸铁（hy

31、pereutectoid cast iron）：）：Wc=4.306.69% 上述上述Wc=2.11%具有重要的意义，它是钢和铸铁具有重要的意义，它是钢和铸铁(生铁生铁)的理论分界线。的理论分界线。（1）共晶白口铸铁）共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁室温平衡组织为室温平衡组织为Ld 共晶白口铸铁组织图（共晶白口铸铁组织图（200200）共晶白口铸铁共晶白口铸铁（2）亚共晶白口铸铁）亚共晶白口铸铁在温度高于在温度高于1点时，合金为液相。点时，合金为液相。在在12点温度范围，合金发生匀晶转变，从液相点温度范围，合金发生匀晶转变，从液相中结晶出先共晶相中结晶出先共晶相 ，合金处于合金处于L+ 两

32、相平衡。两相平衡。随温度下降，随温度下降，L和和 相的成分分别沿相的成分分别沿BC线和线和JE线变线变化。化。在温度略高于在温度略高于2点时，点时，L相的成分为相的成分为C点成分，点成分， 相相的成分为的成分为E点成分。点成分。在在2点温度时，点温度时，L相发生共晶反应，相发生共晶反应，LC( E+Fe3C)，形成高温莱氏体组织，用形成高温莱氏体组织，用Ld表示。此时，合金处于表示。此时，合金处于三相平衡。三相平衡。当温度略低于当温度略低于2点时，共晶转变终了，点时，共晶转变终了，L相消失。相消失。此时，合金处于此时，合金处于 E+Fe3C两相平衡。两相平衡。，亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁在在

33、23点温度范围，点温度范围， 相中析出渗碳体，相中析出渗碳体， 合金处合金处于于 +Fe3C两相平衡。随两相平衡。随Fe3C析出，析出， 相成分沿相成分沿ES线变化。线变化。在略高于在略高于3点温度时，点温度时， 相的成分为相的成分为S点成分，此时点成分，此时合金组织为合金组织为 S+Fe3C+( +Fe3C)或记作或记作 S+Fe3C+Ld。 在在3点温度时，点温度时， S发生共析反应，发生共析反应， S(+Fe3C)，产生珠光体。产生珠光体。亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁这时，高温莱氏体中的这时，高温莱氏体中的 相同样发生共析转变相同样发生共析转变当温度略低于当温度略低于3点时，共析转变终了

34、，点时，共析转变终了， 相消失。相消失。此时，合金处于此时，合金处于+Fe3C两相平衡。组织为两相平衡。组织为P+Fe3C+Ld 亚共晶白口铸铁组织图（亚共晶白口铸铁组织图（200200）亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过程如下：过程如下：LL+L+ Ld+ Ld +Fe3C+Ld+Fe3C+Ld+P Fe3C+ Ld +P 匀晶反应共晶转变脱溶转变共析反应匀晶反应共晶转变脱溶转变共析反应亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁（3）过共晶白口铸铁）过共晶白口铸铁在在12点温度范围，合金发生匀晶转变，点温度范围，合金发生匀晶转变，从液相中结晶出从液相中结晶出Fe3C，合金处于两相平合金处于两相平衡。衡。当温度

35、略高于当温度略高于2点时，液相成分为点时，液相成分为C点点成分成分 当温度在当温度在2点时，成分为点时，成分为C点的液相，点的液相，发生共晶转变发生共晶转变，LC( E+ Fe3C)，形成莱形成莱氏体组织。氏体组织。在温度略低于在温度略低于2点时，共晶转变终了，点时，共晶转变终了，液相消失。此时，合金处于液相消失。此时，合金处于 E+ Fe3C两两相平衡。相平衡。过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁在在23点温度范围，从成分为点温度范围，从成分为E点的点的 相相中析出中析出Fe3C。此时，合金处于此时，合金处于 +Fe3C两相平衡。两相平衡。随温度下降，相成分沿着随温度下降，相成分沿着ES线变化。线变

36、化。在温度略高在温度略高3点时，点时， 相的成分为相的成分为S点成分。点成分。在在3点温度时，发生共析转变，点温度时，发生共析转变， (+Fe3C)，高温莱氏体转变为低温莱高温莱氏体转变为低温莱氏体。此时，合金处于氏体。此时，合金处于+Fe3C两相平衡，两相平衡，组织为组织为Ld+Fe3C。室温组织仍为室温组织仍为Ld+Fe3C 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过程如下：过程如下：LL+Fe3CFe3C+ LdFe3C+ Ld 匀晶反应共晶转变脱溶转变共析匀晶反应共晶转变脱溶转变共析反应反应 过共晶白口铸铁组织图（过共晶白口铸铁组织图（200200）过共晶白口铸铁过共晶

37、白口铸铁注意区别组织中的渗碳体注意区别组织中的渗碳体一次渗碳体一次渗碳体 Fe3C：由液态直接结晶出。由液态直接结晶出。共晶渗碳体共晶渗碳体 Fe3C：共晶反应产生的。共晶反应产生的。共析渗碳体共析渗碳体 Fe3C：共析转变产生的。共析转变产生的。二次渗碳体二次渗碳体 Fe3C：由奥氏体脱溶产生。由奥氏体脱溶产生。三次渗碳体三次渗碳体 Fe3C：由铁素体中脱溶产生。由铁素体中脱溶产生。四、四、WcWc对铁碳合金的组织和性能的影响对铁碳合金的组织和性能的影响- -A A v 随着含碳量的增加随着含碳量的增加, Fe、C合金的组织发合金的组织发生下列变化：生下列变化：+Fe3C +P P P+Fe3C Fe3C+Ld +P Ld Fe3C+ Ld 称为组织组成物称为组织组成物v 所有所有Fe-Fe3C合金的室温组织都是由铁素合金的室