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1、(2)典型合金的冷却过程分析lOOp-L.。艰186 s io is_205击w图2-29典型铁碳合金结晶过程示意图共析钢的冷却过程分析如图2-29所示，过Wc=0.77%的点作一条垂直于横轴的垂线(合金线)1,与相图分别交 于1、2、3 (S)点温度，以这三点温度为界，分析其冷却过程。合金在1点以上全部为液相(L),当缓冷至与AC线相交的1点温度时，开始从液相中结晶 出奥氏体(A)，奥氏体的量随温度下降而增多，其成分沿AE线变化，剩余液相逐渐减少，其成 分沿AC线变化。冷至2点温度时，液相全部结晶为与原合金成分相同的奥氏体。23点(即S 点)温度范围内为单一奥氏体。冷至3点(727C)时，发
2、生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体 和渗碳体，构成交替重叠的层片状两相组织，称为珠光体，其共析转变式为：AsP (Fp+Fe3C)这种在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两种一定成分的固相转变，称为共析转变。共析转变在恒温下进行，该温度称为共析温度；发生共析转变的成分称为共析成分，共析成 分是一定的；共析转变后的组织称为共析组织或共析体。共析转变后的铁素体和渗碳体又称共析铁素体和共析渗碳体。由于在固态下原子扩散较困难，故共析组织均匀、细密。在3点以下继续缓冷时，铁素体成分沿PQ线变化，将有少量三次渗碳体（Fe3C?从铁素体 中析出，并与共析渗碳体混在一起，不易分辨，而且在钢中影响不大，故可
3、忽略不计。共析钢冷 却过程如图2-30所示，其室温组织为珠光体。1点以上12点.23点3点室温图2-30共析钢结晶过程示意图珠光体力学性能介于铁素体与渗碳体之间，即强度较高，硬度适中，有一定塑性。珠光体的 显微组织如图2-31所示 亚共析钢冷却过程分析图2-29中合金II为wc=0.45 %的亚共析钢。合金II在3点以上的冷却过程与共析钢在3点以上 相似。当合金冷至与GS线相交的3点时，开始从奥氏体中析出铁素体。在34点之间，组织为奥 氏体和铁素体，温度缓冷至4点时，剩余奥氏体的碳的质量分数达到共析成分（wc=0.77%），发生 共析转变形成珠光体。温度继续下降，由铁素体中析出极少量的三次渗碳
4、体（可忽略不计）。故 其室温组织为铁素体和珠光体，其冷却过程如图2-32所示。图2-32亚共析钢结晶过程示意图所有亚共析钢的冷却过程均相似，其室温组织都是由铁素体和珠光体组成。所不同的是随碳 的质量分数的增加，珠光体量增多，铁素体量减少。亚共析钢的显微组织如降-33所示，图中白 色部分为铁素体，黑色部分为珠光体。 过共析钢冷却过程分析图中合金III为wc=1.2%的过共析钢。合金III在3点以上的冷却过程与共析钢在3点以上相似。 当合金冷至与ES线相交的3点时，奥氏体中碳的质量分数达到饱和，碳以二次渗碳体Fe3C的形 式析出，呈网状沿奥氏体晶界分布。继续冷却，二次渗碳体量不断增多，奥氏体量不断
5、减少，剩 余奥氏体的成分沿ES线变化。当冷却到与PSK线相交的4点时，剩余奥氏体碳的质量分数达到共析成分(wc=0.77%)，故奥氏体发生共析转变，形成珠光体。继续冷却，组织基本不变。其室温 组织为珠光体和网状二次渗碳体。冷却过程如图2-34所示。图2-34过共析钢结晶过程示意图所有过共析钢的室温组织都是由珠光体和网状二次渗碳体组成的。不同的是随碳的质量分数 的增加，网状二次渗碳体量增多，珠光体量减少。过共析钢的显微组织如降-35所示，图中呈片 状黑白相间的组织为珠光体，白色网状组织为二次渗碳体。 共晶白口铸铁的冷却过程分析图2-29中合金W为wc=4.3%的共晶白口铸铁。合金在1点(即C点)
6、温度以上为液相。缓冷至1 点温度(1148C)时，发生共晶转变，即从一定成分的液相中同时结晶出奥氏体和渗碳体。共晶转 变后的奥氏体和渗碳体又称共晶奥氏体和共晶渗碳体。由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，称为莱 氏体，用符号Ld表示，其转变式：1148CLc a P (FP+Fe3C)莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差。继续冷却，从共晶奥氏体中不断析出二 次渗碳体，奥氏体中的碳的质量分数沿$线向共析成分接近，当缓冷至2点时，奥氏体的碳的质 量分数达到共析成分，发生共析转变，形成珠光体，二次渗碳体保留至室温。因此，共晶白口铸 铁的室温组织是由珠光体和渗碳体(二次渗碳体和共晶渗碳体)组成的两相组
7、织，即低温莱氏体图2-36共晶白口铸铁结晶过程分析(Ld/)。共晶白口铸铁的冷却过程如图2-36所示。其显微组织如既-37所示，图中黑色部分为珠 光体，白色基体为渗碳体(其中共晶渗碳体与二次渗碳体混在一起，无法分辨)。 亚共晶白口铸铁冷却过程分析图2-29中合金V为wc=3.0%的亚共晶白口铸铁。亚共晶白口铸铁的冷却过程如图2-38所示，图2-26亚共晶白口铸铁结晶过程分析块状或树枝状为其显微组织如书P41图2-39所示。图中黑色珠光体，黑白相间的基体为低温莱氏体， 二次渗碳体与共晶渗碳体混在一起，无法分辨。所有亚共晶白口铸铁的室温组织均由珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体组成。不同的是随碳 的质
8、量分数增加，组织中低温莱氏体量增多，其它量相对减少。图2-40过共晶白口铸铁结晶过程示意图 过共晶白口铸铁冷却过程分析图2-29中合金W为wc=5.0%的过共晶白口铸铁。过共晶白口铸铁的室温组织为低温莱氏体和 一次渗碳体。过共晶白口铸铁的冷却过程如图2-4 0所示，其显微组织如fiP4 图2-41所示。图中白 色条状为一次渗碳体，黑白相间的基体为低温莱氏体。所有过共晶白口铸铁的室温组织均由低温莱氏体和一次渗碳体组成。不同的是随碳的质量分 数的增加，组织中一次渗碳体量增多。(3) 碳的质量分数对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响 碳的质量分数对铁碳合金平衡组织的影响室温时，随碳的质量分数的增加，铁碳合金的组织变化如下：F+ Fe C fF+PfPfP+Fe.C P+Fe C + LdLd Ld+ Fe C3 III3 II3 II3 I 碳的质量分数对铁碳合金性能的影响如图2-42所示，wcV0.9%时，随着碳的质量分数增加，钢的强度和硬度直线上升，而塑性 和韧性不断下降。这是由于随碳的质量分数的增加，钢珠光体量增多，铁素体量减少所造成的; 当钢的wc0.9%以后，二次渗碳体沿晶界形成较完整的网，因此钢的强度开始明显下降，但硬 度仍在增高，塑性和韧性继续降低。(4) 铁碳合金相图的应用
