1.2 鐵碳相圖

鐵碳相圖是極為重要的圖形，是由Fe和Fe₃C（Fe和G）兩個組元組成的相圖，它是鋼鐵材料科學研究和熱加工技術中的重要依據。最常用的鐵碳相圖如圖1-5所示。

圖1-5 鐵碳相圖

鐵碳相圖中主要特性點的溫度、含碳量及其意義見表1-2。各特性點的符號是國際通用的，不能隨意更改。

表1-2 鐵碳相圖中主要特性點的溫度、含碳量及其意義

（續）

在鐵碳相圖中，ABCD為液相線、AHJECF為固相線。相圖中有五個單相區：ABCD以上為液相區（L）；AHNA為δ固溶體區（δ）；NJESGN為奧氏體區（γ或A）；GPQG為鐵素體區（α或F）。需要指出的是，在合金鋼中，奧氏體中除了碳原子外，還可溶入各種合金元素；鐵素體中除了碳原子外，還可溶入各種合金元素。相圖中有七個兩相區，即L＋δ、L＋γ、L＋Fe₃C、δ＋γ、γ＋α、γ＋Fe₃C及α＋Fe₃C，它們分別存在于相鄰的兩個單相區之間。相圖中還有兩條磁性轉變線：770℃為鐵素體的磁性轉變點，230℃為滲碳體的磁性轉變點。

1.包晶轉變

在HJB水平線（1495℃）發生包晶轉變

即在1495℃恒溫下，w_C＝0.53％的液相與w_C＝0.09％的δ相之間發生反應，生成w_C＝0.17％的奧氏體，轉變產物是奧氏體。

2.共晶轉變

在ECF水平線（1148℃）發生共晶轉變

轉變產物由共晶奧氏體和共晶滲碳體組成，稱為萊氏體，用Ld表示。含碳量在E～F點（w_C為2.11％～6.69％）之間的鐵碳合金均要發生共晶轉變。

3.共析轉變

在PSK水平線（727℃）發生共析轉變

共析轉變的產物稱為珠光體，用符號P表示。共析轉變溫度常用符號A₁表示。從相圖中可以看出，凡是碳的質量分數大于0.0218％的鐵碳合金都將發生共析分解反應。

經共析轉變形成的珠光體是片層狀的，由共析鐵素體和共析滲碳體構成。珠光體中滲碳體與鐵素體相對量的比值為12.6％。

共析鋼中珠光體、滲碳體與鐵素體含量的比值約為1∶8。如果忽略鐵素體和滲碳體比體積上的微小差別，鐵素體所占的體積約為滲碳體的八倍。在掃描電鏡下觀察時，珠光體組織中較厚的片是鐵素體，較薄的片是滲碳體，如圖1-6所示，可見鐵素體片比滲碳體片厚得多。

圖1-6 片狀珠光體組織（SEM）

此外，鐵碳相圖中還有幾條重要的固態轉變線，即GS線、ES線和PQ線。

GS線又稱為A₃線，它是在冷卻過程中由奧氏體析出鐵素體的開始線，或加熱時鐵素體全部溶入奧氏體的終了線。

ES線是碳在奧氏體中的固溶度曲線，常稱為A_cm線。當溫度低于A_cm線時，奧氏體中將析出Fe₃C，稱為二次滲碳體（Fe₃C_Ⅱ）。

PQ線是碳在鐵素體中的固溶度曲線。碳在鐵素體中的最大固溶度為727℃時的0.0218％，600℃時降為0.008％，300℃時約為0.001％。因此，鐵素體從727℃冷卻下來時也將析出滲碳體，稱為三次滲碳體（Fe₃C_Ⅲ）。

從圖1-5和表1-2中可以看出，鐵碳合金中存在著復雜的相變。除了鋼和鑄鐵的液體結晶外，固態相變也很復雜。在A₀點（230℃）發生滲碳體（Fe₃C）的磁性轉變；在A₂點（770℃）發生鐵素體（α-Fe）的磁性轉變，磁性轉變屬于二級相變。A₁溫度（727℃）是共析轉變溫度，發生相變，這是鋼中最主要的一個平衡轉變。其次還有脫溶轉變：奧氏體冷卻到A₃以下會發生先共析鐵素體的析出，稱為負脫溶；奧氏體冷卻到A_cm以下會發生先共析滲碳體（二次滲碳體）的析出，稱為正脫溶。鐵素體在A₁溫度（727℃）以下沿著PQ線冷卻，會析出三次滲碳體，也是正脫溶。以上是鐵碳相圖中存在的平衡轉變。至于常見的貝氏體相變、馬氏體轉變等是非平衡轉變，在鐵碳相圖中不能標出，可在后面講述的奧氏體轉變圖中找到。