-相图中的特性点

一、Fe-Fe₃C相图中的特性点、特性线及相区

特性点Fe-Fe₃C相图中的特性点的温度、成分及意义如表4-1所列。

表4-1　Fe-Fe₃C相图中特性点的温度、成分及意义

特性线图4-4中AC线和CD线为液相线，AE线和ECF线为固相线。液相线以上为液相区;液相线和固相线之间是由液态合金和结晶体组成的两相区。碳含量小于4．3%的液态合金冷却至AC线以下时开始结晶出奥氏体;而碳含量大于4．3%的铁碳合金冷却至CD线以下时则结晶出渗碳体。这种由液态中通过匀晶转变直接析出的渗碳体称为一次渗碳体(Fe₃C_Ι)。AE为奥氏体结晶终了线，ECF线共晶线。

两条重要的水平线(ECF、PSK)及两个重要的转变:

(1)ECF线(1148℃)为共晶转变水平线。铁碳合金在结晶过程中冷却至1148℃时，具有C点(w_C=4．3%)成分的液态合金将发生共晶转变，生成具有E点成分(w_C=2．11%)的奥氏体和渗碳体。共晶转变在恒温进行，转变过程中液相、奥氏体、渗碳体三相共存。共晶转变表达式如下:

共晶转变的产物为奥氏体与渗碳体的共晶混和物，称为高温莱氏体，以符号Ld表示。凡碳含量在2．11%～6．69%之间的铁碳合金，冷却至ECF线时均发生不同程度的共晶转变。

高温莱氏体为奥氏体和渗碳体的混合物，在随后的冷却过程中，还会发生一系列转变。但由于其内部存在大量硬脆的渗碳体，室温下仍是一种塑性极差的组织组成物。

(2)PSK线(727℃)为共析转变水平线。铁碳合金在结晶结束后冷却至727℃时，其组织内部具有S点(w_C=0．77%)成分的奥氏体将转变成具有P点(w_C=0．0218%)成分的铁素体和渗碳体。这就是铁碳合金的共析转变。转变在恒温下进行，转变过程中奥氏体、铁素体、渗碳体三相共存。共析转变的表达式如下:

共析转变的产物是铁素体和渗碳体组成的非常细密的层片状混合物，称为珠光体，以符号P表示。凡碳含量在0．0218%～6．69%之间的铁碳合金，冷却至727℃时均会发生不同程度的共析转变。

珠光体具有良好的力学性能。强度、硬度较高且兼有一定的塑性和韧性。珠光体在金相显微镜下呈层片状。铁素体和渗碳体相间分布，细密而均匀，如图4-5所示。图中黑色层片为渗碳体，白色基体为铁素体。珠光体是铁碳合金中最重要的组织组成物。

图4-5　珠光体的显微组织(500×)

两条重要的溶解度曲线:

(1)ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线。奥氏体在1148℃时具有最大溶解度2．11%，而在727℃时溶解度为0．77%，因此碳含量大于0．77%的铁碳合金自1148℃冷却至727℃的过程中，过剩的碳将以渗碳体形式从奥氏体中析出，这种从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe₃C_Ⅱ)。

(2)PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。由于铁素体在727℃时具有最大的溶解度0．0218%，室温时仅为0．0008%，因此，凡碳含量大于0．0008%的铁碳合金自727℃冷却至室温的过程中，铁素体中过剩的碳均会以渗碳体的形式沿其晶界析出，这种从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体(Fe₃C_Ⅲ)。由于三次渗碳体量极少，对钢铁的性能影响甚微，故在一般讨论中常予以忽略。

此外，GS线是铁碳合金冷却时，奥氏体开始向铁素体转变的临界温度线。凡碳含量小于0．77%的铁碳合金冷却至GS线温度时，奥氏体都将通过匀晶转变沿晶界析出铁素体;GP线为冷却时奥氏体转变为铁素体的终了线，凡碳含量小于0．0218%的铁碳合金，冷却至GP线以下时，将全部转变为单相铁素体。