典型合金的冷却过程分析.doc

727℃ （2）典型合金的冷却过程分析图 2-29 典型铁碳合金结晶过程示意图① 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）Ⅰ，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 2～3 点(即S 点) 温度范围内为单一奥氏体冷至 3 点(727℃)时，发生共析转变，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：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As P（F P+Fe3C）727℃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（Fe 3CⅢ ）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②亚共析钢冷却过程分析 图2-29中合金Ⅱ为W c=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3～4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图2-33所示，图中白色部分为铁素体，黑色部分为珠光体。

③ 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Fe 3CⅡ 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图2-35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④ 共晶白口铸铁的冷却过程分析图2-29中合金Ⅳ为W c=4.3%的共晶白口铸铁合金在1点( 即C 点) 温度以上为液相缓冷至1点温度(1148℃)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： Lc P（F P+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ES 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)组成的两相组织，即低温1148℃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 所示其显微组织如图 2-37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) ⑤ 亚共晶白口铸铁冷却过程分析 图2-29中合金V为W c=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P 41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⑥ 过共晶白口铸铁冷却过程分析 图2-29中合金Ⅵ为W c=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FqClI+FqC和一次渗碳体过共晶白口铸铁的冷却过程如图2-40所示，其显微组织如书P 41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① 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+ Fe3CⅢ →F+P→P→P+Fe 3CⅡ →P+Fe 3CⅡ + Ld/→Ld /→ Ld /+ Fe3CⅠ② 碳的质量分数对铁碳合金性能的影响 如图２-42所示, Wc＜0.9%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Wc＞0.9％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。