58 金属学与热处理 的合金,由于反应前的δ相较少,液相较多,所以在包晶反应结束后,仍残留一定量的液 相,这部分液相在随后冷却过程中结晶成奥氏体。可见,凡是含碳量在0.09%0.53%的合 金,都要经历包晶转变过程,而且不论在包晶转变前后转变过程如何,最终都要获得单相 奥氏体 对于含碳量低于0.09%的合金,在按匀晶转变凝固为δ固溶体之后,继续冷却时将在 NH与NJ线之间发生固溶体的同素异晶转变,转变为单相奥氏体。含碳量在0.53%~2.1% 之间的合金,按匀晶转变后,组织也是单相奥氏体 总之,含碳量低于2.11%的合金在冷却过程中,都可在一定的温度区间内得到单相的 奥氏体组织。这类合金叫做钢 应当指出,对于铁碳合金来说,由于包晶反应温度高,碳原子的扩散较快,所以包晶 偏析并不严重。但对于高合金钢来说,合金元素的扩散较慢,就可能造成严重的包晶偏析。 323共晶转变(水平线EC尸 Fe-Fe3C相图上的共晶转变是在1148℃的恒温下,由含碳量为43%的液相转变为含碳 量为2.11%的奥氏体和含碳量为669%的渗碳体组成的混合物。其反应式为 Lc←H,Y:+Fe3C 共晶转变形成的奥氏体与渗碳体的混合物,称为莱氏体,用Ld表示。在莱氏体中,渗 碳体是连续分布的相,奧氏体呈短棒状分布在渗碳体的基体上。由于渗碳体很脆,所以莱 氏体是塑性很差的组织。 莱氏体中奥氏体与渗碳体的相对含量可用杠杆定律求出 6.69-4.30 100%=52% 6.69-2.11 含碳量在2.11%~669%之间的合金,都要进行共晶转变,这类合金叫做铸铁,因组织 中都含有莱氏体,并因断口呈银白色而叫做白口铸铁 其中,碳含量在2.11%~4.30%之间的合金叫亚共晶白口铸铁。这类合金由液相开始凝 固时,从BC线开始析出先共晶奥氏体,然后剩余液相在共晶温度通过共晶转变为莱氏体 先共晶奥氏体一般具有树枝晶的形貌。值得指出的是在共晶温度1148℃与共析温度77℃ 之间,先共晶奥氏体和共晶奧氏体中的碳含量都将从2.1%降至0.77%,并析出二次渗碳 体(用FeCn表示),随后又都在727℃转变为珠光体。 含碳量为43%~669%范围内的合金叫过共晶白口铸铁。这类合金冷却时,冷却到CD 线开始从液相中析出先共晶滲碳体,然后剩余液相在共晶温度通过共晶转变为莱氏体。先 共晶渗碳体呈板片状,也称为一次渗碳体(用FeC1) 324共析转变(PSK线) Fe-Fe3C相图上的共析转变是在727℃恒温下,由含碳量为0.77%的奥氏体转变为含碳 量为00218%的铁素体和渗碳体组成的混合物,其反应式为 Ym→a,+FesC 共析转变的产物称为珠光体,用符号P表示。共析转变的水平线PSK,称为共析线或 共析温度,常用符号A1表示。凡是含碳量大于0.0218%的铁碳合金都将发生共析转变
·58· 金属学与热处理 ·58· 的合金，由于反应前的 δ 相较少，液相较多，所以在包晶反应结束后，仍残留一定量的液 相，这部分液相在随后冷却过程中结晶成奥氏体。可见，凡是含碳量在 0.09%～0.53%的合 金，都要经历包晶转变过程，而且不论在包晶转变前后转变过程如何，最终都要获得单相 奥氏体。 对于含碳量低于 0.09%的合金，在按匀晶转变凝固为δ 固溶体之后，继续冷却时将在 NH 与 NJ 线之间发生固溶体的同素异晶转变，转变为单相奥氏体。含碳量在 0.53%～2.11% 之间的合金，按匀晶转变后，组织也是单相奥氏体。 总之，含碳量低于 2.11%的合金在冷却过程中，都可在一定的温度区间内得到单相的 奥氏体组织。这类合金叫做钢。 应当指出，对于铁碳合金来说，由于包晶反应温度高，碳原子的扩散较快，所以包晶 偏析并不严重。但对于高合金钢来说，合金元素的扩散较慢，就可能造成严重的包晶偏析。 3.2.3 共晶转变(水平线 ECF) Fe-Fe3C 相图上的共晶转变是在 1148℃的恒温下，由含碳量为 4.3%的液相转变为含碳 量为 2.11%的奥氏体和含碳量为 6.69%的渗碳体组成的混合物。其反应式为 LC ←⎯⎯1148℃→ E γ ＋Fe3C 共晶转变形成的奥氏体与渗碳体的混合物，称为莱氏体，用 Ld 表示。在莱氏体中，渗 碳体是连续分布的相，奥氏体呈短棒状分布在渗碳体的基体上。由于渗碳体很脆，所以莱 氏体是塑性很差的组织。 莱氏体中奥氏体与渗碳体的相对含量可用杠杆定律求出 wγ ＝ 6.69 4.30 100% 6.69 2.11 − × − ＝52% F 3 w e C ＝1-52%＝48% 含碳量在 2.11%～6.69%之间的合金，都要进行共晶转变，这类合金叫做铸铁，因组织 中都含有莱氏体，并因断口呈银白色而叫做白口铸铁。 其中，碳含量在 2.11%～4.30%之间的合金叫亚共晶白口铸铁。这类合金由液相开始凝 固时，从 BC 线开始析出先共晶奥氏体，然后剩余液相在共晶温度通过共晶转变为莱氏体。 先共晶奥氏体一般具有树枝晶的形貌。值得指出的是在共晶温度 1148℃与共析温度 727℃ 之间，先共晶奥氏体和共晶奥氏体中的碳含量都将从 2.11%降至 0.77%，并析出二次渗碳 体(用 Fe3CⅡ表示)，随后又都在 727℃转变为珠光体。 含碳量为 4.3%～6.69%范围内的合金叫过共晶白口铸铁。这类合金冷却时，冷却到 CD 线开始从液相中析出先共晶渗碳体，然后剩余液相在共晶温度通过共晶转变为莱氏体。先 共晶渗碳体呈板片状，也称为一次渗碳体(用 Fe3CⅠ)。 3.2.4 共析转变(PSK 线) Fe-Fe3C 相图上的共析转变是在 727℃恒温下，由含碳量为 0.77%的奥氏体转变为含碳 量为 0.0218%的铁素体和渗碳体组成的混合物，其反应式为 γ s←⎯⎯727℃→ αp ＋Fe3C 共析转变的产物称为珠光体，用符号 P 表示。共析转变的水平线 PSK，称为共析线或 共析温度，常用符号 A1表示。凡是含碳量大于 0.0218%的铁碳合金都将发生共析转变
第3章铁碳合金 经共析转变形成的珠光体是层片状的,其中的铁素体和渗碳体的含量可以用杠杆定律 进行计算: sK6.69-0.77 100%=887% PK6.69-0.0218 c=1-88.7%=11.3% 渗碳体与铁素体含量的比值为νε/w。≈l⑧。这就是说,如果忽略铁素体和渗碳体比 体积上的微小差别,则铁素体的体积是渗碳体的8倍,在金相显微镜下观察时,珠光体组 织中较厚的片是铁素体,较薄的片是渗碳体。 图36是不同放大倍数下的珠光体组织照片。珠光体组织中片层排列方向相同的领域 叫做一个珠光体领域或珠光体团。相邻珠光体团的取向不同,在显微镜下,不同的珠光体 团的片层粗细不同,这是由于它们的取向不同所致。 (a)500 (b)1000× 图36不同放大倍数下的珠光体 325 Fe-Fe3C相图中三条重要的特征线 1.GS线 GS线又称A3线,它是在冷却过程中,由奥氏体析出铁素体的开始线,或者说在加热 过程中,铁素体溶入奥氏体的终了线。实际上,GS线是由G点(43)演变而来的,随着含碳 量的增加,使奥氏体向铁素体的同素异晶转变温度逐渐下降,从而由A3点变成了A3线。 ES线 ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线。当温度低于此曲线时,从奥氏体中析出次生 的渗碳体,通常称之为二次滲碳体,因此该曲线又是二次滲碳体析出的开始线。ES线又叫 由相图可以看出,E点表示奥氏体的最大溶碳量,即奥氏体的含碳量在1148℃时为 2.1%,其物质的量比相当于9.1%。可以表明,此时铁与碳的物质的量比差不多是10:1 相当于25个奥氏体晶胞中才有1个碳原子 3.PQ线 PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。铁素体中的最大碳的溶解度,在727℃时达到最 大值为0.0218%。随着温度的降低,铁素体的溶碳量逐渐降低,在300℃以下,溶碳量小于
第 3 章 铁碳合金 ·59· ·59· 经共析转变形成的珠光体是层片状的，其中的铁素体和渗碳体的含量可以用杠杆定律 进行计算： wα = SK PK = 6.69 0.77 6.69 0.0218 − − ×100%=88.7% F 3 w e C =1-88.7%=11.3% 渗碳体与铁素体含量的比值为 F 3 w e C / wα ≈1/8。这就是说，如果忽略铁素体和渗碳体比 体积上的微小差别，则铁素体的体积是渗碳体的 8 倍，在金相显微镜下观察时，珠光体组 织中较厚的片是铁素体，较薄的片是渗碳体。 图 3.6 是不同放大倍数下的珠光体组织照片。珠光体组织中片层排列方向相同的领域 叫做一个珠光体领域或珠光体团。相邻珠光体团的取向不同，在显微镜下，不同的珠光体 团的片层粗细不同，这是由于它们的取向不同所致。 (a) 500× (b) 1000× 图 3.6 不同放大倍数下的珠光体 3.2.5 Fe-Fe3C 相图中三条重要的特征线 1. GS 线 GS 线又称 A3 线，它是在冷却过程中，由奥氏体析出铁素体的开始线，或者说在加热 过程中，铁素体溶入奥氏体的终了线。实际上，GS 线是由 G 点(A3)演变而来的，随着含碳 量的增加，使奥氏体向铁素体的同素异晶转变温度逐渐下降，从而由 A3 点变成了 A3 线。 2. ES 线 ES 线是碳在奥氏体中的溶解度曲线。当温度低于此曲线时，从奥氏体中析出次生 的渗碳体，通常称之为二次渗碳体，因此该曲线又是二次渗碳体析出的开始线。ES 线又叫 Acm线。 由相图可以看出，E 点表示奥氏体的最大溶碳量，即奥氏体的含碳量在 1148℃时为 2.11%，其物质的量比相当于 9.1%。可以表明，此时铁与碳的物质的量比差不多是 10: 1， 相当于 2.5 个奥氏体晶胞中才有 1 个碳原子。 3. PQ 线 PQ 线是碳在铁素体中的溶解度曲线。铁素体中的最大碳的溶解度，在 727℃时达到最 大值为 0.0218%。随着温度的降低，铁素体的溶碳量逐渐降低，在 300℃以下，溶碳量小于