【正文】 圖與 FeFe3C相圖 鐵和碳兩個(gè)組元不僅能形成各種固溶體相而且可以產(chǎn)生一系列的化合物 。 另外 ， 各個(gè)相若是獨(dú)立存在于鐵碳合金中 ， 也都可以看作是單相的基本組織 。 高溫萊氏體是存在于 727℃ 以上的一種基本組織 。 其力學(xué)性能見表51。 鐵碳合金中的共析轉(zhuǎn)變是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ％ 的奧氏體在 727℃ 時(shí)發(fā)生重結(jié)晶 ，形成鐵素體和滲碳體的兩相機(jī)械混合物 。 它們?cè)阡撹F材料中既可一獨(dú)立存在 ，也可以以機(jī)械混合物形式組成一些基本組織 。 但是在我們所討論的范圍內(nèi)一般用不到這個(gè)相 。 但是在鑄鐵材料中為了增加鑄鐵的切削加工性和降低鑄鐵的脆性并能保證一定的強(qiáng)度和韌性 ， 常采用一些工藝措施使大多數(shù)的化合碳轉(zhuǎn)變成游離碳的石墨 。 它以簡單六方晶格結(jié)構(gòu)存在 。 滲碳體是具有高硬度 、 高脆性 、 低強(qiáng)度和低塑性的相見表 51。 分子式是Fe3C。奧氏體是一種強(qiáng)度不高塑性很好的高溫相。但是，具體間隙的直徑卻較大，最大的直徑是。 ：它是碳原子固溶到 ?Fe中所形成的間隙固溶體。 最大溶解度在 727℃ ， Wc≈％ 。 代號(hào)為 F或 ?。 這正是鋼可以進(jìn)行各種 熱處理的基礎(chǔ) 。 我們?cè)谶@里主要是討論鐵碳合金的力學(xué)性能 ， 可以不必區(qū)分 ?Fe和 ?Fe。 晶格類型雖然仍是體心立方 ， 但是晶格常數(shù)減小了 。 這個(gè)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的溫度稱為居里點(diǎn) 。 轉(zhuǎn)變成為面心立方的 ?Fe。 從冷卻曲線上可見到第一個(gè) 1538℃ 的平臺(tái)是鐵的結(jié)晶溫度 。 因此 ，在同素異晶轉(zhuǎn)變時(shí) ， 會(huì)引起宏觀體積的變化和內(nèi)應(yīng)力的增加 。 同素異晶轉(zhuǎn)變也是通過成核長大的過程來完成原子重新排列的 ， 也是一種結(jié)晶過程 ， 也有結(jié)晶潛熱產(chǎn)生 。 本課將較詳細(xì)介紹鐵碳相圖中具有實(shí)用價(jià)值的部分的 FeFe3C相圖 ， 并介紹與此相圖相對(duì)應(yīng)的 、工業(yè)用量頗大的碳素鋼 。反映鐵碳合金的化學(xué)成分 、 相 、 組織與溫度關(guān)系的相圖已經(jīng)誕生一百多年 。 百余年來隨著技術(shù)的進(jìn)步世界各國的金屬學(xué)工作者對(duì)這張相圖進(jìn)行了越來越精確的測(cè)定 。 第一節(jié) 鐵碳合金中的相與基本組織 一 、 Fe的同素異晶轉(zhuǎn)變及晶格結(jié)構(gòu) Fe是元素周期表中第 26號(hào)元素 ， 相對(duì)分子質(zhì)量 5 體積質(zhì)量 、 熔點(diǎn) 1538℃ 。 但是 ， 它是 在固態(tài)下進(jìn)行 的晶格類型的轉(zhuǎn)變 ， 有別于液態(tài)金屬的凝固結(jié)晶 ， 也有別于變形金屬再固態(tài)下的 再 結(jié)晶 。 由于同素異晶轉(zhuǎn)變時(shí)也有潛熱釋放 ， 所以 ， 在金屬冷卻曲線上也會(huì)以一個(gè)平臺(tái)形式表現(xiàn)出來 。結(jié)晶后是體心立方晶格 ?Fe。 當(dāng)繼續(xù)冷卻到 912℃ 時(shí)出現(xiàn)第三個(gè)平臺(tái) ， 這是 Fe的第二次同素異晶轉(zhuǎn)變 。 它不是同素異晶轉(zhuǎn)變 ， 因?yàn)闆]有晶格類型的變化 。 由 。 認(rèn)為 912℃ 的同素異晶轉(zhuǎn)變是由 ?Fe轉(zhuǎn)變成 ?Fe。 二 、 鐵碳合金中的相 鐵碳合金的組元 Fe與 C相互作用可以形成幾種很重要的相 。 雖然 ?Fe的體心立方晶格總空隙度較大 （ 32％ ） ， 但是每個(gè)具體的空隙直徑都不大 ，僅有 ， 遠(yuǎn)小于碳原子的直徑 （ ） 。碳原子在 ?Fe晶格間隙中的可能位置見 圖 52。代號(hào)為 A或 ? 。所以碳原子在 ?Fe中的溶解度大于在 ?Fe中的溶解度。是熱變形加工所需要的相。 其晶體結(jié)構(gòu)見 圖 216。 滲碳體也是鋼鐵材料在室溫下的重要相 。 強(qiáng)度 、 塑性 、 硬度都很低 。 使鑄鐵由白口變成灰口 ， 成為有用的工程材料 （ 詳見鑄鐵一章 ） 。 此外 ， 鐵碳合金在液態(tài)時(shí)成為液相 ， 代號(hào)是 L。 三 、鐵碳合金中的基本組織 在鐵碳合金中 ， 當(dāng) wc=％ ， 溫度在 727℃ 時(shí) ，會(huì)產(chǎn)生共析轉(zhuǎn)變 。 這種機(jī)械混合物的共析體命名為珠光體 。 當(dāng) wc=％ ， 溫度為 1148℃ 時(shí)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變 。 在 727℃ 以下高溫萊氏體中的奧氏體又發(fā)生共析轉(zhuǎn)變變成珠光體 。 這些基本組織均被稱為鐵碳合金顯微組織的 組織組成物 。 如 ， Fe3C、 Fe2C、 FeC等 。FeFe3C相圖對(duì)于了解碳素鋼和白口鑄鐵及工業(yè)純鐵的顯微組織與溫度關(guān)系是很直觀的 。 其中 ， AB線是 L→δ 開始線 ， BC是 L→A開始線 ， CD是 L→Fe 3C開始線 。 HJB線為 包晶線 。 ECF線是 共晶線 。 從奧氏體中析出的滲碳體稱為二次滲碳體 。 當(dāng)溫度降到此線 ,鐵素體中多余的線也以滲碳體形式析出 。 GP線是 奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的 終了 線 , 也是鐵素向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始線 。 因此 ， 對(duì)合金的性能也有不同的影響 。 具體位置見 圖 55。 三相共存區(qū)有三個(gè)，是三條水平線： L+δ+A(包晶線 )、 L+A+ Fe3C(共晶線 )、 A+F+ Fe3C（共析線）。 按其室溫下顯微組織的不同又分為三種： 共晶白口鑄鐵： wc=% 亞共晶白口鑄鐵： %＜ wc＜ % 過共晶白口鑄鐵： %＜ wc＜ % （二）典型合金的相變過程 在 圖 55中 標(biāo)有 ①② …… ⑦ 七條垂直的點(diǎn)劃線 ， 分別是工業(yè)純鐵 、 碳素鋼 、 白口鑄鐵三類鐵碳合金中七個(gè)典型合金所在的位置 。 從 圖 55相圖上可見：在 1點(diǎn)以上均勻的液相 （ L） 。 在 4～ 5點(diǎn)之間時(shí)奧氏體單相區(qū)，沒有相變，僅是 A的簡單的冷卻。即當(dāng)冷卻到 7點(diǎn)以下時(shí)，F(xiàn)的溶解度小于 F中的實(shí)際碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，多余的碳以三次滲碳體的形式從 F中析出，通常分布在 F晶界處。 從上所述可知工業(yè)純鐵緩慢冷卻的相變過程可以簡單地示意為： L→δ→A→F→F+ Fe 3CⅢ 。 在 1～ 2點(diǎn)之間是它的結(jié)晶溫度區(qū)間 ， 是液相與奧氏體相的兩相共存區(qū) 。As←→P(F P+Fe3C)。 片層位向基本相同的區(qū)域稱為一個(gè)珠光體團(tuán) 。 所以 QF=()/() ≈% Q Fe3C =( –)/() ≈% 隨著溫度下降直到室溫 、 雖然珠光體的形貌沒有什么變化 、 但是其內(nèi)部的 F由于對(duì)碳的溶解度的下降 ， 將析出 Fe3CⅢ 。 室溫時(shí) F的 wc=0， 而Fe3C的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不隨溫度而變 。 室溫時(shí)共析鋼顯微組織的相組成物是 F和 Fe3C ， 組織組成物是 P。 在 1～ 3點(diǎn)之間是它的結(jié)晶溫度區(qū)間 。 剩余 L相的 wc=%。 因此 ， 在 2～ 3點(diǎn)之間是 A、 L兩相共存區(qū) 。 在A的晶界上形成 F晶核并逐漸長大 。 當(dāng)溫度降到 5點(diǎn) （ 727?C） 時(shí)剩余奧氏體的 Wc＝ %， 達(dá)到了共折成分 。 因此 ， 在室溫下合金③ 的顯微組織是 F+Fe3CⅢ +P。隨 wc增加 QP也增加 。 對(duì)于亞共析鋼其計(jì)算可以簡化為 wc≈% QP。 在 1～ 2 點(diǎn)之間是該合金的結(jié)晶溫度區(qū)間 ， 是 A和 L兩相共存區(qū) 。 即溫度降到 3點(diǎn)以下 ， 由于碳在奧氏作中的溶解度下降 ， 因而從奧氏體中以二次滲碳體 （ Fe3CⅡ ） 的形式析出多余的碳 。 當(dāng)溫度降到 4點(diǎn) （ 727?C）時(shí) A的 Wc≈%。 即 ←→(A +Fe3C)≡Ld。 但當(dāng)溫度降到 1點(diǎn)以下 ， 隨溫度的下降 ， 碳在奧氏體中溶解度的下降 ， Ld中的共晶奧氏體也同樣會(huì)析出 Fe3CⅡ ， 并與 Ld中作為基體的共晶滲碳體混成一體 。 1148?C 圖 55中合金 ⑥ 是一種亞共晶白口鑄鐵 。 即當(dāng)溫度降到 1點(diǎn)以下液相中先以成核長大方式產(chǎn)生 A相 ， 稱為先共晶奧氏體 。 并使先共晶奧氏體的 wc下降 。 圖 55中合金⑦ 是一種過共晶白口鑄鐵 。 隨著溫度的下降 ，F(xiàn)e3CⅠ 不斷增加 ， 而剩余的液相不斷減少 ， 而且其 wc也沿著 DC線不斷降低 。 2～ 3點(diǎn)之間的顯微組織是先共晶滲碳體和高溫萊氏體 （ Fe3CⅠ +Ld） 。 并且隨著過共晶白口鑄鐵中 wc的增加 ， Fe3CⅠ 所占的比例也增加 。 鐵碳合金在室溫時(shí)顯微組織的組織組成物也隨著 w