4.2共析钢的平衡凝固过程分析：0.77%6合金溶液在1~2点温度区间结晶出固溶体，在2点凝固完毕，合金为单相。冷至3点（727℃）时，在恒温下发生共析转变，转变产物为珠光体，即P，是α和Fe;C的层片状细密混合物，P中的Fe;C称为共析渗碳体。因此共析钢的室温组织为P，P中的a和FeC的相对量可用杠杆定律求得。特面分析：合金溶液在1~2点温度4.3亚共析钢的平衡凝固过程区间结晶出固溶体。冷却至2点时，8固溶体的4含碳量为0.09%，液相的含碳量为0.53%，此时液相和8相发生包晶转变：由于图合金碳含量大于0.17%，所以包晶转变终了以后，还有过剩的液相存在。在2~3点之间，液相中继续结晶出，所有固溶体的成分均沿JE线变化。冷却至3点时，合金全部由组成。冷至4点时，开始从中析出α，α的含碳量沿GP线变化，而剩余的含碳量沿GS线变化。当冷却特声至5点时，剩余的含碳量达到0.77%，在恒温下发生共析转变形成珠光体。在5点以下，先共析铁素体中将析出三次渗碳体Fe,Cm,但因其数量较少，一般可忽略。11
11 分析： 合金溶液在1~2点温度 区间结晶出γ固溶体，在 2点凝固完毕，合金为单 相γ。冷至3点（727℃） 时，在恒温下发生共析 转变，转变产物为珠光 体，即P，是α和Fe3C 的 层片状细密混合物， P 中的Fe3C 称为共析渗 碳体。因此共析钢的室 温组织为P，P中的α和 Fe3C 的相对量可用杠 杆定律求得。 分析： 合金溶液在1~2点温度 区间结晶出δ固溶体。冷 却至2点时，δ固溶体的 含碳量为0.09%，液相的 含碳量为0.53%，此时液 相和δ相发生包晶转变： 由于图合金碳含量大于 0.17%，所以包晶转变终 了以后，还有过剩的液 相存在。在2’~3点之间， 液相中继续结晶出γ，所 有γ固溶体的成分均沿 JE线变化。冷却至3点 时，合金全部由γ组成。 冷至4点时，开始从γ中 析出α，α的含碳量沿GP 线变化，而剩余γ的含碳 量沿GS线变化。当冷却 至5点时，剩余γ的含碳 量达到0.77%，在恒温下 发生共析转变形成珠光 体。在5’点以下，先共 析铁素体中将析出三次 渗碳体Fe3CIII，但因其数 量较少，一般可忽略。 4.2 共析钢的平衡凝固过程 4.3 亚共析钢的平衡凝固过程
4.4过共析钢的平衡凝固过程分析：合金溶液在1~2点温度1.2%C区间结晶出固溶体，在2点凝固完毕，合金为单相。冷至3点开始从中析出二次渗碳体Fe:Cm，直到4点为止。这种先共析Fe:C多沿晶界呈网状分布，量较多时还在晶内呈针状分布。温度降到4点（727Fe,Cr℃）时，剩余的含碳量达到0.77%，在恒温下发fecA+FFel生共析转变形成珠光体。因此过共析钢的室温组织为P+Fe;CuP+Fee時間分析：合金溶液冷却至1点时，4.5共晶白口铁在恒温下发生共晶转.39变：转变产物为和Fe;C的机械混合物，即莱氏体L：其形态为短棒状的分布在Fe;C基体上。冷至1点以下，共晶中不断析出二次渗碳体Fe;Cm，通常依附于共FeC.>1iFes晶Fe;C上而不能分辨。dtFe温度降到2点时，共晶的含碳量达到0.77%，在恒温下发生共析转变形成珠光体。最后得到的+Fes组织由P分布在共晶Fe:CFe:C上所组成。这种室Fe.C温下的组织保留了高温特面下共晶转变产物Ld的形态特征，但组成相Y已发生了转变，因此称为变态莱氏体，用符号Ld表示。因此共晶白口铸铁的室温组织为Ld12
12 分析： 合金溶液在1~2 点温度 区间结晶出γ固溶体，在 2 点凝固完毕，合金为 单相γ。冷至3 点开始从 γ中析出二次渗碳体 Fe3CII，直到4 点为止。 这种先共析Fe3C多沿γ 晶界呈网状分布，量较 多时还在晶内呈针状分 布。温度降到4 点（727 ℃）时，剩余γ的含碳量 达到0.77%，在恒温下发 生共析转变形成珠光 体。因此过共析钢的室 温组织为P+Fe3CII 分析： 合金溶液冷却至1点时， 在恒温下发生共晶转 变：转变产物为γ和Fe3C 的机械混合物，即莱氏 体Ld，其形态为短棒状 的γ分布在Fe3C 基体 上。冷至1点以下，共晶 γ中不断析出二次渗碳 体Fe3CII，通常依附于共 晶Fe3C上而不能分辨。 温度降到2点时，共晶γ 的含碳量达到0.77%，在 恒温下发生共析转变形 成珠光体。最后得到的 组织由P分布在共晶 Fe3C上所组成。这种室 温下的组织保留了高温 下共晶转变产物Ld的形 态特征，但组成相γ已 发生了转变，因此称为 变态莱氏体，用符号Ld’ 表示。因此共晶白口铸 铁的室温组织为Ld’。 4.4 过共析钢的平衡凝固过程 4.5 共晶白口铁
4.6亚共晶白口铁分析：合金溶液在1~2点温度区间结晶出y固溶体，此时液相成分沿BC线变化，而固溶体的成分沿JE线变化。冷却至2点时，剩余液相的成分达到共晶成分，在恒温下发生共晶转变，形成A+FeCu+LLd。在2点以下，初晶y和共晶y中都析出二次渗碳体Fe:C。随着Fe;Cu的析出，Y固溶体的成分沿ES线降低。温+F度降到3点时，所有Y都发生共析转变成为珠光赶店体。因此亚共晶白口铸铁的室温组织为Ld'+P+Fe;Cn4.7过共晶白口铁5%-分析：过共晶白口铸铁平衡凝+Fe-Fe:C固时，初晶相是Fe3C，其余的转变同共晶合Fear金。过共晶白口铸铁的+L室温组织为Ld'+Fe;C-FesC2'A+Fe-P+VeC许13
13 合金溶液在1~2点温度 区间结晶出γ固溶体， 此时液相成分沿BC线 变化，而γ固溶体的成 分沿JE线变化。冷却至2 点时，剩余液相的成分 达到共晶成分，在恒温 下发生共晶转变，形成 Ld。在2点以下，初晶γ 和共晶γ中都析出二次 渗碳体Fe3CII。随着 Fe3CII的析出，γ固溶体 的成分沿ES 线降低。温 度降到3点时，所有γ都 发生共析转变成为珠光 体。因此亚共晶白口铸 铁的室温组织为 Ld’+P+Fe3CII。 分析： 过共晶白口铸铁平衡凝 固时，初晶相是Fe3C， 其余的转变同共晶合 金。过共晶白口铸铁的 室温组织为Ld’+Fe3CI 分析： 4.7 过共晶白口铁 4.6 亚共晶白口铁
4.8含碳量对铁碳合金室温平衡组织的影响根据上一节的结晶过程分析并运用杠杆定律计算的结果，可把铁碳合金的成分与组织的关系总结如下：工钢白口铁钢铁分类业纯组织与相亚共析钢过共析钢亚共晶白口铁过共晶白口铁铁0.0218%C0.77%C2.11%C4.3%C6.69%C成分及组织特征高温固态组织为单相固溶体组织中有共晶莱氏体100Fe;CnFe:Ci组织组成物相对量FP(%)Ld'0100F相组成物相对量(%)Fe;C(随含碳量的增加，合金室温组织变化如下：P+a亚共析钢（<0.77%C）当含碳量增高时，组织中不仅Fe;C的数量增P加，而且Fe;C的存在形共析钢（0.77%C)式也在变化，由分布在α的基体内（如P），变为分布在的晶界上P+Fe:Cn过共析钢（0.77-2.11%C）Fe;Cu），最后当形成Ld时，FeC已作为基体出现。可见，不同含碳量P+Fe;Cr+Ld亚共品白口铸铁（2.11~4.30%C）的铁碳合金具有不同的组织，而这也正是决定它们具有不同性能的原Ld'共晶白口铸铁（4.30%C）Fe;Cr+Ld过共晶白口铸铁（4.30~6.69%C）14
14 4.8 含碳量对铁碳合金室温平衡组织的影响 根据上一节的结晶过程分析并运用杠杆定律计算的结果，可把铁碳合金 的成分与组织的关系总结如下： 随含碳量的增加，合金室温组织变化如下： 当含碳量增高时，组织 中不仅Fe3C 的数量增 加，而且Fe3C 的存在形 式也在变化，由分布在α 的基体内（如P）,变为 分布在γ的晶界上 Fe3CII），最后当形成Ld 时，Fe3C 已作为基体出 现。可见，不同含碳量 的铁碳合金具有不同的 组织，而这也正是决定 它们具有不同性能的原 因
4.9含碳量对铁碳合金机械性能的影响由前面的分析可见，铁碳合金的室温平衡组织均由α和Fe3C两相组成，其中a是软韧的相，而Fe3C是硬脆相。因此，Fe3C是个强化相。如果合金的基体是α，则若Fe3C的量越多，分布越均匀，材料的强度就越高。但是当这种硬脆的Fe3C相分布在晶界，特别是作为基体时，材料的塑性和韧性就将大大下降。这也正是高碳钢和白口铁脆性高的原因。右图表示了含碳量对碳钢的机械性能的影响。由右图可见，含碳量很低的纯铁，由于是由单相α构成，因此其性能就是α的性能，即塑性好，硬度和强度都很低。亚共析钢的组织是由不同数量A的α与P组成的。随着含碳量的增加，组织中P的数量相应地增加，钢的硬度、强度直线上升，而塑性指标（、、冲击值）相应降低。共析钢的缓冷组织是由片层状的P构成。由于Fe3C是一个强化相，它以细片状分散地分布于软韧的α基体上，起到了强化作用，因而使P具有较高的强度和硬度，但塑性较差。过共析钢缓冷后的组织由P和Fe3CII所组成。随着含碳量的增加，Fe3CII的数量逐渐增加。当含碳量不超过1.0%时，由于在晶界上析出的Fe3CII一般还不连成网状，故对性能影响不大。当含碳量大于1.0%以后，因Fe3CII数量的增多并呈连续网状分布，故使钢具有很大的脆性，塑性很低，强随之降低。课堂总结与下讲预告：铁碳合金相图是本门课程的理论核心，要求每位同学都要在理解的基础上能够独立绘制，并且能够以此为工具对不同含碳量的碳钢进行平衡凝固分析。所以我们这一单元课程的目的就是掌握这些理论和方法，更重要的是要学会如何运用这些理论和技术，活学活用。下节课开始我们要学习金属材料热处理原理。请同学们提前做好预习。课后练习与预习14、利用铁碳相图分析绘制含碳量为0.1%的铁碳合金平衡凝固曲线和组织转变示意图，并运用杠杆定律计算室温组织相对含量。（单号学生）15、利用铁碳相图分析绘制含碳量为0.2%的铁碳合金平衡凝固曲线和组织转变示意图，并运用杠杆定律计算室温组织相对含量。（双号学生）16、复习铁碳相图，独立绘制铁碳相图。17、预习热处理原理15
15 4.9 含碳量对铁碳合金机械性能的影响 由前面的分析可见，铁碳合金的室温平衡组织均由α和Fe3C 两相组成， 其中α是软韧的相，而Fe3C是硬脆相。因此，Fe3C是个强化相。如果合金的 基体是α，则若Fe3C的量越多，分布越均匀，材料的强度就越高。但是当这 种硬脆的Fe3C 相分布在晶界，特别是作为基体时，材料的塑性和韧性就将 大大下降。这也正是高碳钢和白口铁脆性高的原因。右图表示了含碳量对碳 钢的机械性能的影响。 由右图可见，含碳量很低的纯铁，由于是由单相α构成，因此其性能就 是α的性能，即塑性好，硬度和强度都很低。亚共析钢的组织是由不同数量 的α与P 组成的。随着含碳量的增加，组织中P 的数量相应地增加，钢的硬 度、强度直线上升，而塑性指标（δ、ψ、冲击值）相应降低。共析钢的缓 冷组织是由片层状的P 构成。由于Fe3C 是一个强化相，它以细片状分散地 分布于软韧的α基体上，起到了强化作用，因而使P 具有较高的强度和硬度， 但塑性较差。过共析钢缓冷后的组织由P 和Fe3CII 所组成。随着含碳量的 增加，Fe3CII的数量逐渐增加。当含碳量不超过1.0%时，由于在晶界上析出 的Fe3CII 一般还不连成网状，故对性能影响不大。当含碳量大于1.0%以后， 因Fe3CII 数量的增多并呈连续网状分布，故使钢具有很大的脆性，塑性很 低，强随之降低。 课堂总结与下讲预告： 铁碳合金相图是本门课程的理论核心，要求每位同学都要在理解的基础 上能够独立绘制，并且能够以此为工具对不同含碳量的碳钢进行平衡凝固分 析。所以我们这一单元课程的目的就是掌握这些理论和方法，更重要的是要 学会如何运用这些理论和技术，活学活用。下节课开始我们要学习金属材料 热处理原理。请同学们提前做好预习。 课后练习与预习 14、 利用铁碳相图分析绘制含碳量为 0.1%的铁碳合金平衡凝固曲线和 组织转变示意图，并运用杠杆定律计算室温组织相对含量。（单号学生） 15、 利用铁碳相图分析绘制含碳量为 0.2%的铁碳合金平衡凝固曲线和 组织转变示意图，并运用杠杆定律计算室温组织相对含量。（双号学生） 16、 复习铁碳相图，独立绘制铁碳相图。 17、 预习热处理原理