【2017年整理】铁碳平衡图.doc

铁碳平衡图(iron—carbon? equilibrium? dia—gram) 表示在接近平衡(铁一石墨)和亚稳条件(铁一碳化铁)下铁碳合金在不同碳含量、不同温度下所呈现的相和这些相之间平衡关系的图，又称铁碳相图。它是研究和使用 HYPERLINK \o 钢铁新闻 \t _blank 钢铁材料、制定其铸造、热加工和热处理工艺以及 HYPERLINK \o 市场分析 \t _blank 分析工艺废品时的重要依据。 简史??????? 1868年，俄国学者切尔诺夫(д．K．ЧepHOB)注意到只有把钢加热到某一温度以上再快冷，才能使钢淬硬，从而有了临界点的概念。1887～1892年，法国人奥斯蒙(F．Osmond)等发现临界点A3和A2，他认为这表示铁有同素异构体，他称从室温至A2温度保持稳定的相为α-Fe；A2～A3间为β-Fe；A3以上为γ-Fe。1895年，他进一步证明，如铁中含有少量碳，则在690℃或710℃左右出现临界点，即A1点，标志在此温度以上碳溶解在铁中，而低于此温度时，碳以渗碳体形式由固溶体中分解出来，随铁中碳含量提高，A3下降与A2相合，然后继续下降，当碳含量为0.8％～0．9％时与A1合为一点。1904年，又发现A4至熔点间为δ-Fe。以上述临界点工作的成果为 HYPERLINK /jcjs \o 基础建设 \t _blank 基础，1899年，英国人罗伯茨(w．C．Roberts)和奥斯汀(Austen)制定了第一张铁碳平衡图。荷兰人洛兹本(H．W．Bakhius Rooze-一boom)首先在合金系统中应用吉布斯相律，于1900年制定出较完整的铁碳平衡图。随着科学技术的发展，铁碳平衡图不断得到修订，日臻完善。 释义?????? 目前采用的铁碳平衡图示于图1。图1中的特性点含义列于表中。图中实线绘出亚稳的Fe-Fe3C系；虚线和相应的一部分实线表示稳定的Fe—c(石墨)系；平衡图中绝大多数线是根据实验测得的数据绘制的，有些线，如Fe3C的液相线、石墨在奥氏体中溶解度等是由热力学计算得出的。在铁碳平衡图中所出现的单相区，除液相(L)外，还有碳在铁中的固溶体α、δ、γ渗碳体和x碳化物。α和δ分别称为铁素体和δ铁素体，它们是碳原子作为间隙式溶质溶于体心立方结构的“α-Fe和δ-Fe所形成的固溶体。γ称为奥氏体，它是碳溶于面心立方结构的γ一Fe形成的固溶体。超过溶解度的碳可能有两种存在形式：渗碳体或石墨。渗碳体是由铁与碳组成的化合物，其分子式为Fe3C，它是一种具有复杂点阵的间隙化合物，属于正交晶系。渗碳体的硬度很高(HB约为800)、范性很差。在230℃以下渗碳体可能转变成x碳化物，其分子式为Fe2.2C,它具有底心单斜点阵，在转低温度X碳化物热力学稳定性要比Fe3C高，在较高温度Fe3C比x碳化物稳定。由于临界温度很低，Fe3C向x碳化物转变速度很慢，在忽略Fe3C向x碳化物转变的情况下，认为渗碳体可以一直稳定存在到室温，并将渗碳体作为一种组元看待，这样绘出的铁碳平衡图就是Fe—Fe3C平衡图。渗碳体是一个亚稳相，当条件适当时，它将按下式分解：Fe3C→3Fe+C(石墨)。在Fe—c平衡图中出现单质状态的碳，?即石墨，它具有简单六方结构，原子排列呈层状，石墨的强度与范性都极低。 ??????????????????? ? ? ????????????????????????? Fe—Fe3C平衡图由包晶、共晶、共析三个基本反应组成：(1)在1495℃(HJB线)发生包晶反应，LB+δH≒γJ，冷却时反应结果形成奥氏体。(2)在1148℃(ECF线)发生共晶反应，LC≒γE+Fe3C，冷却时反应结果产生奥氏体与渗碳体组成的两相共晶体，称为莱氏体，其形态是呈颗粒状的奥氏体分布在渗碳体的基体上。(3)在727℃(PSK线)发生共析反应，γS≒αP+Fe3C，冷却时反应结果生成共析体，它为铁素体与渗碳体的两相弥散混合组织，称为珠光体。共析转变温度称为A1温度。 此外，Fe—Fe3C平衡图中还有几条重要的固态转变线：(1)GS线。奥氏体开始转变成铁素体或铁素体全部转变成奥氏体的转变线，称A3温度。(2)ES线。碳在奥氏体中的溶解度线，称Acm温度。低于此温度时，奥氏体中将析出渗碳体，称为二次渗碳体，以区别于从液态析出的一次渗碳体。(3)PQ线。碳在铁素体中的溶解度线，在PQ线以下铁素体中均有析出渗碳体的可能性，通常称此类渗碳体为三次渗碳体。(4)NJ线。奥氏体开始转变成δ铁素体或δ铁素体全部转变成奥氏体的转变线，称以A4温度。(5)770℃水平线。表示铁素体的磁性转变温度，称A2温度。在此温度以下铁素体呈铁磁性。(6)210OC表示渗碳体的磁性转变温度，渗碳体在210℃以下略有铁磁性，称A0温度。 相变过程??