详解铁碳相图

详解铁碳相图

（注：在解读上面铁碳相图之前，我们要明白纯铁在不同的温度下会发生同素异晶转变，这个对于我们解读上面相图很有用。）

1：ACD线：

ACD线上面完全是液相，没有固相产生。在温度1538℃时候，此时的液态铁的晶格类型为δ-Fe,如果此时的碳溶解在δ-Fe的晶格间隙中，那么就会产生一种新的相，即为铁素体相，为了区别碳溶解在α-Fe中的铁素体相，分别给它们前面加上一个δ或者α，即如果是碳溶解到晶格类型为δ-Fe的间隙中形成间隙固溶体相的就命名为δ-铁素体或直接写δ，如果是溶解到晶格类型为α-Fe的间隙中形成间隙固溶体相的就命名为α-铁素体或α或F。

伴随着温度的下降，组元----温度----成分三者是这个铁碳相图的核心理念。要看懂这个相图，弄明白组元----温度----成分关系，就能读懂这个相图。

从图中你可以看见，即便同一个温度，不同的碳含量，它的成分是不一样的，这就是为什么要提到组元----温度----成分这三者关系的原因。而铁碳相图会一直要用到这三者的关系来加以理解。

重点：铁素体就是碳溶解到δ-Fe和α-Fe的晶格间隙而形成的一种间隙固溶体相。

2：AEC区域和CDF区域

AEC和CDF区域有液相也有固相，但是，它们的成分是不一样的，AEC区域为什么是奥氏体+液相呢？为什么CDF区域是渗碳体+液相呢？首先，AEC区域之所以是奥氏体+液相，那是因为在1500℃---1148℃时候δ-Fe会转变成γ-Fe(转变温度为1394℃)，也就是说，当温度从1394℃再次冷却到1148℃的时候，这时候δ-Fe已经转变成了γ-Fe，此时的碳就会溶解到γ-Fe晶格中形成一种新的间隙固溶体相，即为奥氏体，由于受到温度原因，液相并没

有全部结晶，所以在AEC区域中的成分就是奥氏体—液相。很有意思的如果碳含量达不到析出渗碳体的碳含量要求的话，液相是不会析出渗碳体，那么从图中可以看出，要从液相中析出渗碳体的的碳含量要求是必须大于或等于3.4%，即为图中的点C，而这个点也有意义的，它就是共晶点。由于它是第一次析出的，可以为之后析出的渗碳体加以区别可以称其为一次渗碳体。

重点：

A:如果要使得液相要析出渗碳体（一次渗碳体），必须要使得液相的碳含量大于或等于4.3%，否则，液相只能析出渗碳体。碳要么溶解在铁的晶格间隙中形成间隙固溶体相要么就和铁元素反应生成一种金属化合物相（渗碳体即为金属化合物相）。

B:奥氏体是碳溶解到γ-Fe的晶格间隙中形成的一种新的间隙固溶体相。

C：一次渗碳体是从液相中析出，二次渗碳体是从奥氏体析出，三次渗碳体是从铁素体析出。3：ECF水平线：

这条水平线是一条共晶线，C为共晶点。温度为1148℃。这条水平线是在碳含量为2.11%---6.69%,很明显，这是铸铁区域，（其实在分析铁碳相图如果把它分为3个区域（即纯铁、钢、铸铁）来分析更为好理解。）

在碳含量为2.11%---4.3%区域为亚共晶铸铁，在碳含量为4.3%时候会发生共晶反应，成为共晶铸铁，当碳含量为4.3%---6.69%时候，这部分的铸铁称为过共晶铸铁。

首先，我们来分析共晶点，当此时的液相碳含量为4.3%时，那么此时的液相在温度1148℃会发生共晶转变，液相会生成奥氏体+铁素体，这2部分都是不同的相，混合在一起，生成一种新的机械混合物相，即为莱氏体，用Ld表示。也就是说此时的铸铁的组织为莱氏体。

当碳含量为 3.0%时，此时的铸铁的组织成分又会是什么呢？首先碳含量为 3.0%小于4.3%，这是不足以发生共晶转变的，而我们也清楚，莱氏体是由于共晶转变才产生的，也就是说如果不发生共晶转变，就不会有莱氏体产生，可是我们可以从图中看见，在ECF水平线的下面，我们看见在2.11%--4.3%区域，温度在1148℃---727℃之间的组织成分是A+Fe3CⅡ+Ld(奥氏体+二次渗碳体+莱氏体)，前面我们说此时的碳含量为3.0%是不会发生共晶转变，按照分析就在ECF水平线下方就不应该有莱氏体，这是为什么呢？这个问题可以说是组元---温度----成分最佳的运用了，解析如下：

首先，碳含量为3%，并不意味着这个碳含量始终在结晶过程中一直不变的，它是会随着结晶过程而发生改变的，也就是亚共晶铸铁，它即便在初始条件下虽然碳含量不满足共晶反应，但是随着结晶过程的发展，它会努力的去增加自身的碳含量的数值，以求达到 4.3%的碳含量来发生共晶反应，这个过程中就是先从含碳量为3%的液相中析出奥氏体（3%小于4.3%，是不可能析出渗碳体的，所以它析出的是奥氏体），然后随着温度的冷却，液相全部结晶，此时奥氏体的碳溶解度随着温度的下降溶解度越来越小，此时的碳会析出来，但是不是析出单质碳，碳不单独析出，而是先和铁发生反应再析出，即为二次渗碳体，为金属化合物相，由于，随着二次渗碳体的不断析出，很明显，奥氏体的碳含量必定不断的减少，按理来说，奥氏体的碳含量怎么也无法提高到 4.3%来发生共晶反应，实际上奥氏体的减少量要远远多于碳的损失量，所以碳的百分比是在增加的，而不是减少的，那么，当碳含量不断的增加，一直增加到 4.3%时候，此时的共晶转变便可以发生，莱氏体便会产生，由于奥氏体并未全部转变为二次渗碳体析出，所以，在ECF水平线区域，温度在1148℃---727℃之间的组织成分是A+Fe3CⅡ+Ld(奥氏体+二次渗碳体+莱氏体)。

同理，在4.33%--6.69%区域内，过共晶铸铁的组织成分也如同亚共晶铸铁一样分析，不同之处就是过共晶铸铁的碳含量起始值是高于4.3%的，很明显，它必须减少其自身的碳含量，才能发生共晶转变。

重点：

A:在分析相图时候，可以把相图分为3个区域来分析，分别为碳含量0%---0.0218%的纯铁，碳含量为0。0218%---2.11%的钢，碳含量为2.11%---6.69%的铸铁。

B：碳含量不是固定值，它会随着结晶过程不断的变化着。

C：不论是亚共晶还是过共晶，它都会发生共晶反应，亚共析和过共析同样都会发生共析反应的。

D：要发生共晶反应，除了温度必须达到1148℃，还必须使得碳含量为3.4%，否则不能发生共晶反应，对于亚共晶而言，它只能在结晶过程中提高碳含量以达到共晶反应的条件要求，而对于过共晶而言，它只能在结晶过程中减少其碳含量以求达到共晶反应的条件要求。共析转变亦如此。

4：GS（A3）线和SE（Acm）线：

这2条线很重要。A3线它是奥氏体减少量的线，而Acm线是奥氏体的碳含量减少线。注意区别，一条是奥氏体含量减少量线，一条是奥氏体含碳量减少线。

GSE线横跨工业纯铁和钢区域，点G为900℃，而铁在912℃的时候是会发生同素异晶转变的，即γ-Fe转变为α-Fe，也就意味着GSE线上的奥氏体里面的铁的晶格类型是会发生转变的，那么我们再前面说到过铁素体的来源，由于铁的晶格类型转变，GSE线上面有一部分的铁晶格类型为α-Fe，很明显，此时的碳要是溶解到α-Fe就会有α-铁素体产生，也就是α或F。在工业纯铁区域，即碳含量0%---0.0218%区域，由于受到碳含量的影响，当温度从900℃冷却，奥氏体就全部转变为铁素体，没有残留奥氏体，而当碳含量超过0.0218%（此时已经进入钢的领域），并且在一定的温度区域，奥氏体并没有全部转变为铁素体，如GPS 区域，这里也进一步说明了组元----温度----成分三者之间的关系对于分析相图来说是非常重要的。

要分析GSE线一定要双重分析工业纯铁和钢，单独分析不那么好理解。GP线在工业纯铁区域，而GS线一部分在纯铁区域一部分在钢的区域，但没有必要搞的那么细。我们可以这样来理解：

首先：

在工业纯铁区域，即碳含量为0%---0.0218%区域，随着温度从900℃冷却，奥氏体会完全转变为铁素体，随着温度不断的下降，铁素体的碳溶解度下降，此时会从铁素体析出渗碳体，由于前面说到过，从铁素体析出的铁素体是三次渗碳体。由于三次渗碳体析出的量非常少，所以认为工业纯铁的组织即为铁素体，但是，我们心里要清楚，应该还有微量的三次渗碳体。

其次：

在碳含量为0.0218%---0.77%亚共析钢区域，重点分析GS线，GS线也为A3线，它是描述奥氏体含量减少的一条重要的线，当温度从900℃冷却，此时的奥氏体并不像和工业纯铁一般，奥氏体完全转变为铁素体，而是有一部分转变为铁素体，那就意味着在奥氏体里的铁晶格只有一部分发生晶格转变。

再者：

在碳含量为0.77%---2.11%的过共析钢区域，此时的碳含量导致了奥氏体并不是析出铁素体，而是析出二次渗碳体，这是必须要注意它与亚共析钢的区别。

最后：

这是最主要的一点。上面分析了纯铁、亚共析钢、过共析钢的奥氏体转变区别，一个完全转变成铁素体，一个部分转变成铁素体，一个干脆不转变成铁素体而是转变成二次渗碳体。这个转变的区别主要和组元、温度有关。之前说到过A3线是奥氏体含量减少线，而Acm是奥氏体的含碳量减少线，下面就来解析为什么要这么说！

解析：

同共晶分析一样，共析转变也要达到一定的温度（727℃）和碳含量（0.77%）的，否则是不会发生的，对于初始碳含量小于0.77%的只能在结晶过程中提高碳含量才能发生共析转变，对于初始碳含量大于0.77%的只能在结晶过程中减少碳含量才能发生共析转变。在S点，即为共析点，当温度727℃，奥氏体碳含量为0.77%时候就会发生共析转变，产生铁素体+二次渗碳体的机械混合物，即为珠光体，用P表示。

当我们取初始碳含量为0.4%,这个很明显是亚共析钢，那么它的组织是什么呢？

碳含量为0.4%小于0.77%，此时不会发生共析反应，在温度冷却过程中，奥氏体有一部分转变为铁素体，铁素体是碳溶解于α-Fe形成的，所以，这就是说明了奥氏体的碳含量在减少，减少的量就是α-铁素体碳含量增加的量，但是和亚共晶一样，其奥氏体减少量要远远多于碳减少量，所以，A3线就是用来描述这个奥氏体含量减少量的曲线。

那么现在很明确了，当温度还没有达到共析转变时候，此时0.4%的碳含量的亚共析钢，在温度900℃---727℃这个区域，它的组织应该为奥氏体+铁素体，当温度冷却到727℃以下，此时亚共析钢一样会发生共析反应。它就是在结晶过程中，不断的使其奥氏体含量减少量超过碳含量的减少量来相应的增加奥氏体中的碳含量的百分比以求达到共析转变的条件。（这句话很拗口，用数据来表示就清楚了）

我们知道奥氏体就是由γ-Fe+碳组成的（其实就是碳溶解在γ-Fe间隙中），如果我们假设γ-Fe有6个单元，而碳有2单元，那么很明显奥氏体的碳含量为2/（2+6）*100%=25%，如果此时γ-Fe减少量为2，而碳减少量为0.1，很明显γ-Fe减少量超过碳减少量，此时奥氏体的碳含量就为48.7%，此时奥氏体的碳含量便增加了。其实上面说奥氏体减少量超过碳含量减少量的说法也不是非常准确，不过奥氏体减少量其根本在于γ-Fe减少量多于碳含量减少量而已。不过用γ-Fe来理解和用奥氏体减少量来理解感觉用奥氏体减少量来理解更为好区分。

ES线为Acm线，它是奥氏体碳含量减少的曲线。之所以这样称，那是因为此时的这个区域为过共析钢，碳含量初始量超过0.77%，此时奥氏体的碳含量必须减少到0.77%才能发生共析转变，此时奥氏体会随着温度下降而析出二次渗碳体，很明显，奥氏体的碳含量是会变化的，而且二次渗碳体是碳和铁发生的化学反应生成的一种复杂的金属化合物，所以，很明显，奥氏体的含量也是会变化的，由于奥氏体的γ-Fe和碳变化量不同，从而导致了奥氏体的碳含量的百分比不同，由于它必须减少奥氏体碳含量来发生共析反应，所以，Acm就称为奥氏体碳含量减少的曲线。

总结：

A：A3线区域是亚共析钢，碳含量必须增加才能发生共析转变，此时只能使奥氏体的相对量减少才能使得奥氏体碳含量的百分比增加，所以A3线也称为奥氏体含量减少曲线；Acm 线是奥氏体碳含量增加曲线。

B：不论是亚共析还是过共析都会发生共析反应，其根本在于碳含量的变化会朝着发生共析转变的碳含量发生。

C：不同的组元，温度，得到的组织成分是完全不一样的，比如在工业纯铁区域，奥氏体会在一定的温度冷却过程中完全转变为铁素体，并伴有微量三次渗碳体析出；在亚共析钢区域中，奥氏体并不会完全转变为渗碳体，而是只有一部分转变，随着温度的下降，奥氏体的含量会随着A3线变化着，直到奥氏体的碳含量达到0.77%再发生共析反应；对于碳含量刚好在0.77的奥氏体而言，只有当温度刚好达到727℃时候，就会发生共析出反应；当碳含量在0.77%---2.11%时候，此时已经步入过共析钢区域，此时的奥氏体并不析出铁素体，而是析出二次渗碳体，随着二次渗碳体析出，奥氏体的碳含量不断的随着Acm线变化着，直至奥氏体的碳含量达到0.77%发生共析反应。

5：FSK线（A1线）：

FSK线是一条水平线，其中S点为共析点，当温度达到727℃，碳含量达到0.77%时候，就会发生共析反应，要注意的是，此时的碳含量是谁的？此时的碳含量应该为奥氏体的，也就是只有在奥氏体的碳含量达到0.77%，温度达到727℃才会发生共析反应。

所谓的共析反应就是奥氏体全部转变为铁素体+二次渗碳体的机械混合物。这个机械混合物就是珠光体，它也是一种相。

在亚共析钢区域，温度下降到727℃时候，我们可以从图中可以看出，此时的亚共析钢的组织为铁素体+珠光体，为什么这里会有珠光体组织？和前面的亚共晶铸铁组织成分分析是一样的，由于亚共析钢它同样会发生共析反应，即便在初始碳含量为0.4%的液相中，它在结晶过程中，碳含量的不断改变也会使得这个亚共析钢发生共析反应。首先碳含量为0.4%的液相，我们可以分析其结晶过程，由于碳含量小于 4.3%，所以不会有渗碳体析出，只能析出奥氏体，当温度不断的冷却，奥氏体开始由于碳溶解度下降，析出一部分东西，这部分东西到底是铁素体还是二次渗碳体和其碳含量有关，由于碳含量为0.4%所以会从奥氏体析出铁素体，随着铁素体析出，奥氏体的碳含量会发生变化，通过调节γ-Fe和碳含量的减少量来调节奥氏体的碳含量百分比，来促使亚共析钢发生共析反应。

过共析钢也是一样分析，当初始的碳含量超过共析点时候，这个时候只要减少奥氏体碳含量就可以促使过共析钢发生共析反应。组织成分和亚共析钢一样分析。

在A1线以下的铸铁区域，唯一改变的就是莱氏体变成低温莱氏体。

总结：珠光体是由铁素体+二次渗碳体机械混合而成的，而莱氏体是由奥氏体+一次渗碳体机械混合而成的。