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鐵碳平衡圖
  發(fā)布時間:2013年04月04日 點擊數(shù):

  鐵碳平衡圖(iron-carbon equilibrium diagram ):又稱鐵碳相圖或鐵碳狀態(tài)圖。它以溫度為縱坐標,碳含量為橫坐標,表示在接近平衡條件(鐵-石墨)和亞穩(wěn)條件(鐵-碳化鐵)下(或極緩慢的冷卻條件下)以鐵、碳為組元的二元合金在不同溫度下所呈現(xiàn)的相和這些相之間的平衡關(guān)系。
 ?。?)鐵碳平衡圖釋義
  純鐵有兩種同素異構(gòu)體,在912℃以下為體心立方的α-Fe;在912~1394℃為面心立方的γ-Fe;在1394~1538℃(熔點)又呈體心立方結(jié)構(gòu),即δ-Fe.當碳溶于α-Fe時形成的固溶體稱鐵素體(F)、溶于γ-Fe時形成的固溶體稱奧氏體(A),碳含量超過鐵的溶解度后,剩余的碳可能以穩(wěn)定態(tài)石墨形式存在,也可能以亞穩(wěn)態(tài)滲碳體(Fe3C)形式存在。Fe3C有可能分解成鐵和石墨穩(wěn)定相。但這過程在室溫下是極其緩慢的;即使加熱到700℃,F(xiàn)e3C分解成穩(wěn)定相也需幾年(合金中含有硅等促進石墨化元素時,F(xiàn)e3C穩(wěn)定性減弱),石墨雖然在鑄鐵(2~4%C)中大量存在,但在一般鋼(0.03~1.5%C)中卻較難形成這種穩(wěn)定相。Fe-Fe3C平衡圖有重要的意義并得到廣泛的應(yīng)用。圖1中的實線繪出亞穩(wěn)的 Fe-Fe3C系;虛線和相應(yīng)的一部分實線表示穩(wěn)定的Fe-C(石墨)系;平衡圖中絕大多數(shù)線是根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)繪制的;有些線,如Fe3C的液相線,石墨在奧氏體中溶解度等是由熱力學(xué)計算得出的。
  Fe-Fe3C平衡圖由包晶、共晶、共析三個基本反應(yīng)組成。
 ?、?在1495℃(HJB線)發(fā)生包晶反應(yīng),LB+δH匊AJ.此時液相LB(0.53%C),δ鐵素體δH(0.09%C),奧氏體AJ(0.17%C)三相共存。冷凝時反應(yīng)的結(jié)果形成奧氏體。
 ?、?在1148℃(ECF線)發(fā)生共晶反應(yīng),LC匊AE+Fe3C.此時液相LC(4.30%C),奧氏體AE(2.11%C)。滲碳體(6.69%C)三相共存。冷凝時反應(yīng)的結(jié)果形成了奧氏體與滲碳體的機械混合物,通稱為萊氏體。
  ③ 在727℃(PSK線)發(fā)生共析反應(yīng),AS匊FP+Fe3C,此時奧氏體As(0.77%C),鐵素體FP(0.0218%C),滲碳體(6.69%C)三相共存。冷卻時反應(yīng)的結(jié)果形成鐵素體與滲碳體的混合物,通稱珠光體。共析反應(yīng)溫度常標為A1溫度。
 ?。?)其他幾條線的含義
 ?、貵S線,奧氏體中開始析出鐵素體或鐵素體全部溶入奧氏體的轉(zhuǎn)變線,稱A3溫度。
  ②ES線,碳在奧氏體中的溶解限度線,稱Acm溫度。在1148℃時,碳在奧氏體中的最大溶解度為2.11%,而在727℃時只為0.77%。所以凡是碳含量大于0.77%的鐵碳合金,在Acm溫度以下時,奧氏體中將析出滲碳體,稱為二次滲碳體,以區(qū)別于從液態(tài)中析出的一次滲碳體。
 ?、跴Q線,碳在鐵素體中的溶解限度線。在727℃時,碳在鐵素體中最大溶解度為0.0218%,600℃時為0.0057%,400℃時為0.00023%,200℃以下時小于0.0000007%。碳含量大于0.0218%的合金,在PQ線以下均有析出滲碳體的可能性。通常稱此類滲碳體為三次滲碳體。
 ?、躈J線,奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?delta;鐵素體,稱A4溫度,純鐵為1394℃,隨碳含量增加而提高。
 ?、軦BCD線,合金的液相線。
  ⑥AHJE線,合金的固相線。
  此外,770℃水平線表示鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變溫度,常稱為A2溫度。在此溫度以下,鐵素體呈鐵磁性。230℃水平線表示滲碳體的磁性轉(zhuǎn)變溫度。磁性轉(zhuǎn)變時不發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化,滲碳體在230℃以下呈鐵磁性。
 ?。?)用途
  鐵碳平衡圖是研究碳鋼和鑄鐵的基礎(chǔ),也是研究合金鋼的基礎(chǔ),它的許多基本特點即使對于復(fù)雜合金鋼也具有重要的指導(dǎo)意義,如在簡單二元Fe-C系中出現(xiàn)的各種相,往往在復(fù)雜合金鋼中也存在。當然,需要考慮到合金元素對這些相的形成和性質(zhì)的影響,因此研究所有鋼鐵的組成和組織問題都必須從鐵碳平衡圖開始。工程上依據(jù)Fe-Fe3C平衡圖把鐵碳合金分為三類,即工業(yè)純鐵(C≤0.021%)、鋼(0.021~2.11%C)和鑄鐵(2.11~6.69%C)。其他在制定鋼鐵材料的鑄造、鍛軋和熱處理工藝等方面,也常以鐵碳平衡圖為依據(jù)。實際加熱時鋼鐵的臨界點往往高于Fe-Fe3C平衡圖上的臨界點,冷卻時則低于平衡圖的臨界點。如圖3所示,習(xí)慣上以A表示平衡圖上的臨界點,沿用奧斯蒙以法文加熱的首字母c及冷卻的首字母r分別標志加熱和冷卻,Ac表示加熱時的臨界點,Ar表示冷卻時的臨界點。
               

                    ——本文摘自成都鋼鐵網(wǎng)

 

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