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鐵碳合金相圖

反映鐵碳合金在極緩慢加熱(或冷卻)條件下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度時(shí)所具有的狀態(tài)或組織的圖形，稱(chēng)為鐵碳合金相圖。

它是研究鋼鐵的成分、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。

Fe?C戶(hù)w(C)為6.69%。由于w(C)超過(guò)6.69%的鐵碳合金脆性很大，沒(méi)有使用價(jià)值，所以有實(shí)際意義并被深入研究的鐵碳合金相圖只是w(C)為0%～6.69%的Fe-Fe?C部分，見(jiàn)圖1-3所示，鐵碳含金相圖中的特性點(diǎn)見(jiàn)表1-2。

圖上的縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示成分，即鐵碳合金中碳的百分含量。例如，在橫坐標(biāo)的左端，碳含量為零，即為純鐵：在E點(diǎn)對(duì)應(yīng)的合金成分是w(C)約為2.11%和鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.89%,這里是鋼與生鐵的分界線(xiàn)。

                                                                          圖1-3鐵碳合金相圖

鐵碳合金相圖上(見(jiàn)圖1-3)有六條重要的線(xiàn)，其意義如下：

1)ABCD線(xiàn) 這條線(xiàn)溫度最高，它表示液體合金在冷卻時(shí)開(kāi)始凝固結(jié)晶的溫度，故稱(chēng)液相線(xiàn)。這條線(xiàn)說(shuō)明，純鐵在1538℃凝固結(jié)晶，隨鋼中含碳量的增加，鐵碳合金的凝固結(jié)晶溫度就降低。

2)AHJECF線(xiàn) 它表示液態(tài)合金在冷卻時(shí)全部凝固結(jié)晶為固溶體的溫度，稱(chēng)為固相線(xiàn)。

3)HJB水平線(xiàn) 在此線(xiàn)溫度發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變：L+δ→y,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是奧氏體，稱(chēng)為包晶反應(yīng)線(xiàn)(1495℃)。

4)GS線(xiàn) 表示w(C)低于0.77%的鋼在緩慢冷卻條件下由奧氏體中開(kāi)始析出鐵素體的溫度，反之，在加熱時(shí)，GS線(xiàn)為鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度。用A?符號(hào)表示。

5)ES線(xiàn) 表示w(C)為0.77%～2.11%的鋼在緩慢冷卻條件下由奧氏體開(kāi)始沉淀滲碳

體的溫度。用Ac,符號(hào)表示。

6)PSK水平線(xiàn) 它表示所有含碳量的鋼在緩慢冷卻時(shí)，奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的溫度，相當(dāng)于727℃。反之，在緩慢加熱條件下，該線(xiàn)表示由珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，常用A?符號(hào)來(lái)表示。

圖中以w(C)0.4%的鋼為例，說(shuō)明它從液態(tài)冷卻到室溫過(guò)程中其組織結(jié)構(gòu)變化情況。假設(shè)，這個(gè)鋼的起點(diǎn)溫度是1650℃,即處于液態(tài)(L)。溫度下降到ABCD線(xiàn)時(shí)鋼液開(kāi)始凝固，即從鋼液中生成δ鐵素體晶核并不斷長(zhǎng)大，數(shù)量隨溫度下降不斷增多，當(dāng)冷卻到HJB水平線(xiàn)溫度時(shí)，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，即液態(tài)金屬加8鐵素體生成奧氏體，仍有少量液態(tài)金屬留下來(lái)，直到JE線(xiàn)溫度才全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?。在NJESG包圍的區(qū)域內(nèi)都是單一的奧氏體。溫度下降到GS線(xiàn)時(shí)(即A?溫度),由奧氏體中開(kāi)始析出鐵素體，隨溫度下降而不斷長(zhǎng)大，數(shù)量增多。當(dāng)溫度下降到PSK線(xiàn)(即A?)時(shí)，剩下的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。從A溫度到室溫，在緩慢冷卻條件下，鋼的組織由珠光體+鐵素體組成。但是，在不平衡冷卻條件下，通過(guò)改變冷卻方式和冷卻速度，可以得到珠光體+鐵素體以外的其他組織類(lèi)型，如馬氏體、貝氏體等。

圖中E點(diǎn)為鋼與生鐵成分分界點(diǎn)。S點(diǎn)為共析點(diǎn)。正對(duì)S點(diǎn)成分的鋼稱(chēng)為共析鋼，其組織全部為珠光體。S點(diǎn)左邊的鋼稱(chēng)為亞共析鋼，其組織為鐵素體十珠光體，離S點(diǎn)越遠(yuǎn)鐵素體越多，珠光體越少。S點(diǎn)右邊的鋼稱(chēng)為過(guò)共析鋼，其組織由珠光體+滲碳體組成，離S點(diǎn)越遠(yuǎn)滲碳體越多。

根據(jù)含碳量和組織，在工業(yè)上將鐵碳合金分為三類(lèi)：

1)工業(yè)純鐵w(C)>0.02%的鐵碳合金稱(chēng)為工業(yè)純鐵，在工業(yè)中應(yīng)用較少。

2)鋼w(C)從0.02%～2.06%之間的鐵碳合金稱(chēng)為鋼。鋼是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬材料。根據(jù)鋼在相圖中的位置可以分為：

①亞共析鋼w(C)<0.8%;

②共析鋼  w(C)=0.8%;

③過(guò)共析鋼w(C)>0.8%。

3)鑄鐵w(C)在2.06%～6.67%之間的鐵碳合金。

鋼的狀態(tài)圖對(duì)于熱加工生產(chǎn)有著重要意義。例如，鋼液澆注溫度的選擇；鋼的鍛造、軋制加工的起始溫度和終了溫度的選擇：鋼的熱處理工藝制定，包括焊接件的焊后熱處理工藝選擇，以及研究鋼在焊接過(guò)程中焊縫及熱影響區(qū)組織和性能的變化等等，都是以鋼的狀態(tài)圖為基礎(chǔ)的。