七、铁碳合金相关分析题

3．绘制Fe-Fe3C相图，描述wc =3.5%的铁碳合金从液态冷却至室温的平衡结晶过程，并计算其室温组织中的初晶奥氏体、莱氏体以及从初晶奥氏体中析出的二次渗碳体的重量百分数。（18分）

答：Fe-Fe3C相图见下图。

图1 Fe-Fe3C相图

图2 wc =3.5%的铁碳合金的冷却曲线及转变过程

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wc =3.5%的铁碳合金为亚共晶白口铁。wc =3.5%的铁碳合金的冷却曲线及转变过程见图2。

在结晶过程中，在1-2点之间按匀晶转变结晶出初晶奥氏体，奥氏体的成分沿JE线变化，而液相的成分沿BC线变化，当温度降至2点时，液相成分达到共晶点C，于恒温（1148℃）下发生共晶转变，即Lc→γE+Fe3C，形成莱氏体。当温度冷却至2-3点温度区间时，从初晶奥氏体和共晶奥氏体中都析出二次渗碳体。随着二次渗碳体的析出，奥氏体的成分沿着ES线不断降低，当温度达到3点（727）时，奥氏体的成分也到达了S点，与恒温下发生共析转变，所有的奥氏体均转变为珠光体。

组织物的含量如下：

4.3?3.5?100%?36.5% Wr%?4.3?2.11

3.5?2.11

W%??100%?63.5%Ld 4.3?2.11 W

2.11?0.77?36.5%?8.26t3CII%?6.69?0.775.画出 Fe-Fe3C 相图，指出图中 S 、C 、E 、P、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK 各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。 答:

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C：共晶点1148℃ 4.30%C，在这一点上发生共晶转变，反应式：

Lc?AE?Fe3C，当冷到1148℃时具有C点成分的液体中同时结晶出

具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体

?Le???AE?Fe3C?

E：碳在??Fe中的最大溶解度点1148℃ 2.11%C G：??Fe???Fe同素异构转变点（A3）912℃ 0%C H：碳在??Fe中的最大溶解度为1495℃ 0.09%C

J：包晶转变点1495℃ 0.17%C 在这一点上发生包晶转变，反应式：

LB??H?AJ当冷却到1495℃时具有B点成分的液相与具有H点成分的

固相δ反应生成具有J点成分的固相A。

N：??Fe???Fe同素异构转变点（A4）1394℃ 0%C P：碳在??Fe中的最大溶解度点 0.0218%C 727℃

S：共析点727℃ 0.77%C 在这一点上发生共析转变，反应式：

As?Fp?Fe3c，当冷却到727℃时从具有S点成分的奥氏体中同时析出

具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物——珠光体P（Fp?Fe3c）

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ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm温度线，随温度的降低，碳

在奥化体中的溶解度减少，多余的碳以Fe3C形式析出，所以具有0.77%～2.11%C的钢冷却到Acm线与PSK线之间时的组织A?Fe3CⅡ，从A中析出的Fe3C称为二次渗碳体。

GS线：不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A3线，GP线则

是铁素体析出的终了线，所以GSP区的显微组织是F?A。

PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线，随温度的降低，碳在铁素体中的溶解

度减少，多余的碳以Fe3C形式析出，从F中析出的Fe3C称为三次渗碳体Fe3CⅢ，由于铁素体含碳很少，析出的Fe3CⅢ很少，一般忽略，认为从727℃冷却到室温的显微组织不变。

PSK线：共析转变线，在这条线上发生共析转变AS?FP?Fe3C，产物（P）

珠光体，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生。

6.分析含碳量分别为 0.20% 、 0.60% 、 0.80% 、 1.0% 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织.

答：0.80%C:在1~2点间合金按匀晶转变结晶出A，在2点结晶结束，全部转变

为奥氏体。冷到3点时（727℃），在恒温下发生共析转变，转变结束时全部为珠光体P，珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体，当温度继续下降时，珠光体中铁素体溶碳量减少，其成分沿固溶度线PQ变化，析出三次渗碳体Fe3CⅢ，它常与共析渗碳体长在一起，彼此分不出，且数量少，可忽略。

室温时组织P。

0.60% C：合金在1~2点间按匀晶转变结晶出A，在2点结晶结束，全部转变

为奥氏体。冷到3点时开始析出F，3-4点A成分沿GS线变化，铁素体成分沿GP线变化，当温度到4点时，奥氏体的成分达到S点成分（含碳0.8%），便发生共析转变，形成珠光体，此时，原先析出的铁素体保持不变，称为先共析铁素体，其成分为0.02%C，所以

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