Fe-C合金平衡结晶过程分析
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结晶与相图铁碳合金工程材料基础知识
2．晶粒大小与控制措施
20钢
F+P基体+G球
（1）增加过冷度 随着过冷度的增加，形核率和长大速度都会增加，但形核率增加比长大速度增加要快，所以产生的晶核数目增加。因此，通过加快冷却速度，即增加过冷度，可使晶粒细化。 （2）变质处理 在金属液中加入变质剂（高熔点的固体微粒），以增加结晶核心的数目，从而细化晶粒，这种方法称变质处理，变质处理在生产中应用广泛，特别对体积大的金属很难获得大的过冷度时，采用变质处理可有效地细化晶粒。 （3）附加振动等 在金属结晶时、施以机械振动、电磁振动、超声波振动等方法，可使金属在结晶初期形成的晶粒破碎，以增加晶核数目，起到细化晶粒的目的。
三、金属铸锭的组织
[合金]：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的、具有金属特征的物质称为合金。 [组元]：组成合金最基本的、独立的单元称为组元。根据组元数目的多少，可将合金分为二元合金、三元合金等。 [相]：合金中的相是指有相同的结构，相同的物理、化学性能，并与该系统中其余部分有明显界面分开的均匀部分。固态下只有一个相的合金称为单相合金；由两个或两个以上相组成的合金称为多相合金。合金的的相结构主要有固溶体和金属化合物。 [显微组织]：在显微镜下观察到的组成相的种类、大小、形态和分布称为显微组织，简称组织，因此相是组成组织的基本物质。
（2）金属化合物 [金属化合物]：是合金中各组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，其晶体结构一般比较复杂，而且不同于任一组成元素的晶体类型。它的组成一般可用分子式来表示，如铁碳合金中的Fe3C（渗碳体）。 [金属化合物性能]：一般熔点高，性能硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分布于固溶体基体上时，能使合金的强度、硬度、耐磨性等提高，这一现象称为弥散强化，因此，合金中的金属化合物是不可缺少的强化相；但由于金属化合物的塑性、韧性差，当合金中的金属化合物数量多或呈粗大、不均匀分布时，会降低合金的力学性能。 合金的组织可以是单相固溶体，但由于其强度不够高，其应用具有局限性；绝大多数合金的组织是固溶体与少量金属化合物组成的混合物。
20钢
F+P基体+G球
（1）增加过冷度 随着过冷度的增加，形核率和长大速度都会增加，但形核率增加比长大速度增加要快，所以产生的晶核数目增加。因此，通过加快冷却速度，即增加过冷度，可使晶粒细化。 （2）变质处理 在金属液中加入变质剂（高熔点的固体微粒），以增加结晶核心的数目，从而细化晶粒，这种方法称变质处理，变质处理在生产中应用广泛，特别对体积大的金属很难获得大的过冷度时，采用变质处理可有效地细化晶粒。 （3）附加振动等 在金属结晶时、施以机械振动、电磁振动、超声波振动等方法，可使金属在结晶初期形成的晶粒破碎，以增加晶核数目，起到细化晶粒的目的。
三、金属铸锭的组织
[合金]：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的、具有金属特征的物质称为合金。 [组元]：组成合金最基本的、独立的单元称为组元。根据组元数目的多少，可将合金分为二元合金、三元合金等。 [相]：合金中的相是指有相同的结构，相同的物理、化学性能，并与该系统中其余部分有明显界面分开的均匀部分。固态下只有一个相的合金称为单相合金；由两个或两个以上相组成的合金称为多相合金。合金的的相结构主要有固溶体和金属化合物。 [显微组织]：在显微镜下观察到的组成相的种类、大小、形态和分布称为显微组织，简称组织，因此相是组成组织的基本物质。
（2）金属化合物 [金属化合物]：是合金中各组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，其晶体结构一般比较复杂，而且不同于任一组成元素的晶体类型。它的组成一般可用分子式来表示，如铁碳合金中的Fe3C（渗碳体）。 [金属化合物性能]：一般熔点高，性能硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分布于固溶体基体上时，能使合金的强度、硬度、耐磨性等提高，这一现象称为弥散强化，因此，合金中的金属化合物是不可缺少的强化相；但由于金属化合物的塑性、韧性差，当合金中的金属化合物数量多或呈粗大、不均匀分布时，会降低合金的力学性能。 合金的组织可以是单相固溶体，但由于其强度不够高，其应用具有局限性；绝大多数合金的组织是固溶体与少量金属化合物组成的混合物。
铁碳合金相图分析
成P点成分的铁素体和渗碳体，即γS＝αP＋Fe3C。
▪
所得到的共析体αP＋Fe3C称为珠光体，用P表示。
3. 铁碳合金的平衡结晶和组织转变
1）铁碳合金的分类 工业纯铁：碳含量小于0.022％的铁碳合金称为工业纯铁， 其特点是在冷却过程中不发生共析反应。
钢：碳含量在0.022～2.14％之间的铁碳合金称为钢，其特 点是结晶过程不发生共晶反应。根据室温组织的不同，钢又 分为：
是2.25g/cm3。
▪
碳的原子半径为0.34nm。碳有两种存在
形式：石墨和金刚石，石墨较为广泛。
▪
石墨是由碳原子层组成，层内原子呈正六
边形。层内原子由共价键结合，原子间距为
0.142nm。层间原子由弱金属键结合，间距为
0.34nm。
▪
石墨的晶体结构属于六方晶系，其中a＝
0.46nm，c＝0.670nm，每个晶胞含有四个原子。
PK
6.690.022
亚共析钢的室温平衡组织是先共析铁素体和珠光体。
亚共析钢中的先共析铁素体可能呈现不同的形态：先共 析铁素体在奥氏体晶界上形核后，可形成沿原奥氏体晶界的 网状先共析铁素体；也可沿奥氏体晶内某特定晶面生长成相 互平行的片状，即魏氏组织。
❖ 过共析钢
d1 d2
d3 P S d4
当合金从液相开始冷却：
%＝c5S100% 0.76－ 0.3 100%62.2%
PS
0.760.022
P％Pc5100%0.30.022100%37.8%
PS
0.760.022
此时，合金中α与Fe3C两相的相对量为：
%＝c5K100% 6.69－ 0.3100%95.8%
PK
6.690.022
铁碳合金相图及结晶组织变化
铁碳合⾦相图及结晶组织变化铁碳合⾦相图及结晶组织变化铁碳合⾦的组元和相⼀、基本概念铁碳合⾦：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合⾦碳钢：含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合⾦铸铁：含碳量⼤于2.11%的铁碳合⾦铁碳合⾦相图：研究铁碳合⾦的⼯具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加⼯⼯艺的依据。
注：由于含碳量⼤于Fe3C的含碳量（6.69%）时，合⾦太脆，⽆实⽤价值，因此所讨论的铁碳合⾦相图实际上是F e-Fe3C⼆、组元1.纯铁纯铁指的是室温下的α-Fe，强度、硬度低，塑性、韧性好。
2.碳碳是⾮⾦属元素，⾃然界存在的游离的碳有⾦刚⽯和⽯墨，它们是同素异构体。
3.碳在铁碳合⾦中的存在形式有三种：C与Fe形成⾦属化合物，即渗碳体；C以游离态的⽯墨存在于合⾦中。
C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体；A. 铁素体：C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体⼼⽴⽅晶格，⽤符号“F”或“α”表⽰，铁素体是⼀种强度和硬度低，⽽塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可稳定存在。
B. 奥⽒体：C溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，⾯⼼⽴⽅晶格，⽤符号“A”或“γ”表⽰，奥⽒体强度低、塑性好，钢材的热加⼯都在奥⽒体相区进⾏，奥⽒体在⾼温下可稳定存在。
C. C与Fe形成⾦属化合物：即渗碳体Fe3C，Fe与C组成的⾦属化合物，Fe与C组成的⾦属化合物，含碳量为6. 69％。
以“Fe3C”或“Cm”符号表⽰，渗碳体的熔点为1227℃，硬度很⾼(HB＝800)⽽脆，塑性⼏乎等于零。
渗碳体在钢和铸铁中，⼀般呈⽚状、⽹状或球状存在。
它的形状和分布对钢的性能影响很⼤，是铁碳合⾦的重要强化相。
碳在a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或⽯墨的形式存在。
铁碳合⾦相图的分析1.铁碳合⾦相图由三个相图组成：包晶相图、共晶相图和共析相图；2.相图中有五个单相区：液相L、⾼温铁素体δ、铁素体α、奥⽒体γ、渗碳体Fe3C；3.相图中有三条⽔平线：HJB⽔平线（1495℃）：包晶线，发⽣包晶反应，反应产物为奥⽒体。
铁碳相图简介
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48
钢锭的内部缺陷
激冷结晶区（细小等轴结晶区）
没问题
柱状结晶区
没多大问题
树枝状结晶区
多产生负V型偏析,因此这部分多产生偏析线、夹渣、气泡等缺陷
自由结晶区（粗大等轴结晶区）
多产生V型偏析,常产生偏析线、夹渣、金属夹杂物、渣孔、气泡等缺陷,呈
所谓疏松组织
淀淀结晶区
常产生夹渣类缺陷
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40
实例
▪ Elliptical head ▪ Upper shell (Ⅰ、 Ⅱ) ▪ Conical shell ▪ Intermediate shell (lower)
(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) ▪ Tube sheet ▪ Primary head (channel
head)
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13
Fe—C合金中的基本相
（3） 奥氏体（austenite）
奥氏体(γ或A)是C溶解于γ—Fe形成的间隙固
溶体称为奥氏体（austenite）。
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14
Fe—C合金中的基本相
（4）铁素体（ferrite） 铁素体（α或F）是C溶于α－Fe形成的间隙
固溶体称为铁素体（ferrite）。
③ PQ线： 碳在α中的溶解度 线.。冷却时从α中 开 始 析 出 Fe3CⅢ 或 加 热 时 Fe3CⅢ 全 部 溶入α中的转变线.
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25
（3）Fe—Fe3C相图中的区
Fe—Fe3C相图中的区： ·5个单相区：L、δ、γ、 α、Fe3C · 7个两相区：L+δ、L+γ、
L+Fe3C、δ+γ、γ+Fe3C、 γ+α、α+ Fe3C ·3个三相共存区： L+γ+ Fe3C（ECF线）、 L+δ+γ（HJB线）、 γ+α+ Fe3C（PSK线）
铁碳合金相图解析
b
14
三、过共析钢的结晶过程分析
图1-36 过共析钢结晶过程示意图
图1-37 过亚 共析钢的显 微组织
b
15
四、共晶白口铸铁的结晶过程分析
图1-38 共晶白口铸铁结晶过程示意图
图 1-39 共 晶 白 口 铸铁的显微组织
b
16
五、亚共晶白口铸铁的结晶过程分析
图1-40 亚共晶白口铸铁结晶过程示意图
b
5
知识点二 Fe- Fe3C相图分析
b
6
图1-30 Fe- Fe3C相图
简化的Fe- Fe3C相图
b
7
1、主要特性点
表1-4简化Fe- Fe3C相图中的特性点
特性点 符号
A
温度/℃ ωc（%）
1538
0
含义 熔点：纯铁的熔点
C
1148
4.3 共晶点：发生共晶转变L4.3—→Ld(A2.11%+Fe3C共晶)
四个单相区。
（2）两相区 简化的Fe- Fe3C相图中有五个两相区，即
L+A两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe3C两相区、A+F两相
区和F+ Fe3C两相区。
每个两相区都与相应的两个单相区相邻；两条三相共存线，
即共晶线ECF，L、A和Fe3C三相共存，共析线PSK，A、F
和Fe3C三相共存。
b
10
图1-46 铁碳相图与铸锻 工艺间的关系
b
22
3、在锻压生产上的应用
钢在室温时组织为两相混合物，塑性较差，变形困难。而奥氏体的强 度较低，塑性较好，便于塑性变形。因此在进行锻压和热轧加工时， 要把坯料加热到奥氏体状态。加热温度不宜过高，以免钢材氧化烧损 严重，但变形的终止温度也不宜过低，过低的温度除了增加能量的消 耗和设备的负担外，还会因塑性的降低而导致开裂。所以，各种碳钢 较合适的锻轧加热温度范围是：始锻轧温度为固相线以下100~200℃； 终锻轧温度为750~850℃。对过共析钢，则选择在PSK线以上某一温 度，以便打碎网状二次渗碳体。
Fe-C相图解析
物，含碳量为6.69％。
铁碳合金中的根本组织
含碳量小于2.11％的合金为碳钢，含碳量大于2.11％ 的合金为白口铸铁。全部碳钢和白口铸铁在室温下的 组织均有铁素体〔F〕和渗碳体〔Fe3C〕这两个根本 相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相 对数量及分布形态有所不同，因而呈不同的组织形态。
✓ 在铁碳合金中，当wc=0.77％，温度在727℃时，会 产生共析转变。所共析转变是指在某一恒定温度时，
合金⑤是碳的质量分数为共晶成分〔wc=4.3%〕的共晶铁碳合金。从相图上可 看到当温度在1点〔1148 C〕之上是均匀的液相状态，当温度降到1点之后发 生恒温共晶转变。即 L4.3→(A2.11+Fe3C)≡Ld。液相全部以共晶转变的方式结 晶成高温莱氏体〔Ld〕。组成高温莱氏体的奥氏体和渗碳体分别被称为共晶奥 氏体和共晶渗碳体。共晶奥氏体通常以树枝状分布在共晶渗碳体的基体上。但 当温度降到1点以下，随温度的下降，碳在奥氏体中溶解度的下降，Ld中的共晶 奥氏体也同样会析出Fe3CⅡ，并与Ld中作为基体的共晶渗碳体混成一体。在 1～2点之间合金⑤的显微组织是Ld。当Ld中的共晶奥氏体析出Fe3CⅡ，时其 本身的碳的质量分数也不断下降，当温度降到2点〔727℃〕时共晶奥氏体的wc ＝0.77%，随即发生共析转变，共晶奥氏体转变成珠光体，从2点直到室温，合 金⑤的显微组织是在渗碳体的基体上分布着树枝状的珠光体。这种显微组织称 为低温莱氏体，也称为变态莱氏体，符号是Fe3CⅡ+Ld` 。
室温组织 过共析钢其组织由珠光体和先共析渗碳体〔即二次渗碳体〕组 成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。图为含碳量1.2 ％的过共析钢的显微组织。组织中存在片状珠光体和网络状二 次渗碳体，经浸蚀后珠光体成暗黑色，而二次渗碳体则呈白色 网络状。
铁碳合金中的根本组织
含碳量小于2.11％的合金为碳钢，含碳量大于2.11％ 的合金为白口铸铁。全部碳钢和白口铸铁在室温下的 组织均有铁素体〔F〕和渗碳体〔Fe3C〕这两个根本 相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相 对数量及分布形态有所不同，因而呈不同的组织形态。
✓ 在铁碳合金中，当wc=0.77％，温度在727℃时，会 产生共析转变。所共析转变是指在某一恒定温度时，
合金⑤是碳的质量分数为共晶成分〔wc=4.3%〕的共晶铁碳合金。从相图上可 看到当温度在1点〔1148 C〕之上是均匀的液相状态，当温度降到1点之后发 生恒温共晶转变。即 L4.3→(A2.11+Fe3C)≡Ld。液相全部以共晶转变的方式结 晶成高温莱氏体〔Ld〕。组成高温莱氏体的奥氏体和渗碳体分别被称为共晶奥 氏体和共晶渗碳体。共晶奥氏体通常以树枝状分布在共晶渗碳体的基体上。但 当温度降到1点以下，随温度的下降，碳在奥氏体中溶解度的下降，Ld中的共晶 奥氏体也同样会析出Fe3CⅡ，并与Ld中作为基体的共晶渗碳体混成一体。在 1～2点之间合金⑤的显微组织是Ld。当Ld中的共晶奥氏体析出Fe3CⅡ，时其 本身的碳的质量分数也不断下降，当温度降到2点〔727℃〕时共晶奥氏体的wc ＝0.77%，随即发生共析转变，共晶奥氏体转变成珠光体，从2点直到室温，合 金⑤的显微组织是在渗碳体的基体上分布着树枝状的珠光体。这种显微组织称 为低温莱氏体，也称为变态莱氏体，符号是Fe3CⅡ+Ld` 。
室温组织 过共析钢其组织由珠光体和先共析渗碳体〔即二次渗碳体〕组 成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。图为含碳量1.2 ％的过共析钢的显微组织。组织中存在片状珠光体和网络状二 次渗碳体，经浸蚀后珠光体成暗黑色，而二次渗碳体则呈白色 网络状。
Fe-C相图--2016解析
工业纯铁的显微组织
工业纯铁的显微组织:
铁素体＋三次渗碳体 F+ Fe3CIII
工业纯铁的退火组织 400× 显微组织：铁素体＋三次渗碳体
三个重要的点：
共晶EUTECTIC点C
共析EUTECTOID点S
包晶PERITECTIC点J
铁碳合金相图中重要的线：
液相线ABCD，固相线AHJECF
水平线HJB
水平线ECF
水平线PSK
GS线、ES线、PQ线
包晶点J和包晶线HJB
包晶点J和包晶线HJB
温度： 1495℃；成分： 0.17%C。
ES
PQ
HJB ECF MO PSK 230 ℃线
分界线，也表示碳在-Fe铁中的溶解 度和过共析钢的上临界点Acm 分界线，也表示温度低于共析温度时 碳在-Fe中的溶解度 包晶反应平衡线 共晶反应平衡线 -Fe磁性转变线 共析反应平衡线，也表示下临界点A1 Fe3C的磁性转变线A0
铁碳合金的分类
铁碳合金的分类
S 727 0.000 共析点
8
0.77
Fe-Fe3C相图中特性线及含义
特性线
说明
ABCD AHJECF HN
JN GP
GOS
液相线
固相线
相与（ +）相区分界线也是碳在 -Fe中的溶解度曲线
（ +）相区与相区分界线
相区与（ +）相区的分界线，也 表示高于A1温度时碳在-Fe中的溶 解度
（ +）相区与相区分界线，也表 示亚共析钢的上临界温度A3
包晶反应
LB+ H AJ 即 L0.53+ 0.09A0.17 水平线HJB为包晶反应
线。
共晶点C和共晶线ECF
工业纯铁的显微组织:
铁素体＋三次渗碳体 F+ Fe3CIII
工业纯铁的退火组织 400× 显微组织：铁素体＋三次渗碳体
三个重要的点：
共晶EUTECTIC点C
共析EUTECTOID点S
包晶PERITECTIC点J
铁碳合金相图中重要的线：
液相线ABCD，固相线AHJECF
水平线HJB
水平线ECF
水平线PSK
GS线、ES线、PQ线
包晶点J和包晶线HJB
包晶点J和包晶线HJB
温度： 1495℃；成分： 0.17%C。
ES
PQ
HJB ECF MO PSK 230 ℃线
分界线，也表示碳在-Fe铁中的溶解 度和过共析钢的上临界点Acm 分界线，也表示温度低于共析温度时 碳在-Fe中的溶解度 包晶反应平衡线 共晶反应平衡线 -Fe磁性转变线 共析反应平衡线，也表示下临界点A1 Fe3C的磁性转变线A0
铁碳合金的分类
铁碳合金的分类
S 727 0.000 共析点
8
0.77
Fe-Fe3C相图中特性线及含义
特性线
说明
ABCD AHJECF HN
JN GP
GOS
液相线
固相线
相与（ +）相区分界线也是碳在 -Fe中的溶解度曲线
（ +）相区与相区分界线
相区与（ +）相区的分界线，也 表示高于A1温度时碳在-Fe中的溶 解度
（ +）相区与相区分界线，也表 示亚共析钢的上临界温度A3
包晶反应
LB+ H AJ 即 L0.53+ 0.09A0.17 水平线HJB为包晶反应
线。
共晶点C和共晶线ECF
铁碳相图详解
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程铁碳相图上的合金,按成分可分为三类：⑴ 工业纯铁（〈0.0218％ C ），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。
⑵ 碳钢(0.0218%~2。
11％C ），其特点是高温组织为单相A,易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0。
77%C)、共析钢（0.77％C ）和过共析钢(0。
77%～2.11％C ）。
⑶ 白口铸铁（2。
11％～6。
69%C ），其特点是铸造性能好，但硬而脆,白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2。
11％~4。
3%C ）、共晶白口铸铁（4.3%C ）和过共晶白口铸铁(4.3-6.69%C)下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化.图3—26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置㈠ 工业纯铁(图3-26中合金①）的结晶过程合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体.继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。
温度降低到3点以后，开始从d 铁素体中析出奥氏体，在3～4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，d 铁素体全部转变为奥氏体。
在4~5点之间,不发生组织转变。
冷却到5点时,开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。
在6-7点之间冷却，不发生组织转变.温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe 3C III 。
7点以下，随温度下降，Fe 3C III 量不断增加，室温下Fe 3C III 的最大量为:%31.0%1000008.069.60008.00218.03=⨯--=ⅢC Fe Q .图3—27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。
工业纯铁的室温组织为a+Fe 3C III ,如图3—28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe 3C III 。
图3-27 工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图 图3-28 工业纯铁的显微组织 400× ㈡ 共析钢（图3-26中合金②)的结晶过程共析钢的含碳量为0.77%，超过了包晶线上最大的含碳量0。
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100%
3
6.69-0.0218
F%1FeC% 3
组织组成物：变态莱氏体 Ld‘(Fe3C共晶、Fe3CII和P的混合物)
变态莱氏体的含10量0%：
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（5）亚共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（5）亚共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
生共析转变，生成珠光体 ； 当冷却至4以下时，珠光体P中的α开始发生脱溶
转变，从α中脱出三次渗碳体(Fe3CIII)，在此 过程中，α的成分沿着P-Q线变化 。
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分Fe3C析II
（3）过共析钢的平衡结晶过P程 T12钢金
L 1 L 2 3 F C 4 e P F C e 相
（6）过共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
在1温度点以上，合金处于液态；
当冷却至1温度点时，合金开始发生L→Fe3C匀 晶转变，生成初晶渗碳体（ Fe3C 初） 。
在1→2的冷却过程中，一直发生L→Fe3C匀晶 转变，不断生成初晶渗碳体（ Fe3C 初）； 在匀晶转变过程中，液相成分沿着液相线DC变化。
F3 C e % 0 6 ..7 6 7 9 0 0 ..0 02 2 1 1 1% 0 8 8 0 1% 2
珠光体形貌 500×
组织组成物 ： P (层片状)
含量： 100%
珠光体形貌800×
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析 （2）亚共析钢的平衡冷却曲线平衡结晶
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（4）共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
在1温度点以上，合金处于液态；
当冷却至1温度点时，合金开始发生 L4.3→γ2.11+Fe3C共晶转变,生成莱氏体（即： γ2.11+Fe3C的混合组织），并且在此温度点完成 组织转变；
在1→2的冷却过程中，共晶体中的γ2.11发生 脱溶转变，生成二次渗碳体；在脱溶转变过 程中， γ 的成分沿着E-S线变化；
到5温度点时，剩余γ的成分与S点相同，此时剩 余的γ发生共析转变，生成珠光体P；
当冷却至5温度以下时，珠光体P中的α和α先开始 发生脱溶转变，从α和α先中脱出三次渗碳体 （Fe3CIII）；
在转变过程中，α的成分沿着P-Q线变化 。
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
F
（2）亚共析钢的平衡结晶过程
到2温度点时，匀晶转变结束，并且有液相剩 余，剩余液相的成分与C点相同；在此温度下， 剩余的液相发生共晶转变，生成莱氏体。
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（6）过共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
在2→3的冷却过程中，莱氏体中的γ2.11发 生脱溶转变，生成二次渗碳体；
在脱溶转变过程中，莱氏体中γ的成分沿着 E-S线变化。
当冷却至2温度点时， γ 的成分与S点相同， 此时剩余的γ 发生共析转变，生成珠光体。
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（4）共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
L 1 L L 1 ` d L 2 d L ` d
相组成物：F+Fe3C 相得相对含量：
4.3-0.0218
FeC%
3
6.69-0.0218
F%1FeC% 3
组织组成物：Ld‘（Fe3C共晶、 Fe3CII和P的混合物）+ Fe3CII+P
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（5）亚共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
组织组成物：Ld‘（Fe3C共晶、Fe3CII和P的混 合物）+ Fe3CII+P
Ld`% X2.1110% 0 4.32.11
白口铸铁（C以
铸铁
Fe3C形式存在）
亚共晶铸铁（2.11%-4.3%）
（C%>2.11%）
过共晶铸铁（4.3%-6.69%）
灰铸铁（C以G
形式存在）
2 Fe-C合金的分类 Fe-C合金分类
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（1）共析钢的冷却曲线及平衡结晶过程
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
45钢金相
L 1 L 2 （ L ） L 3 4 5 P P
相组成物：F+ Fe3C
相的相对 F% 含 6.6量 9 X1： 10% 0 6.69
FC e%1F% 3
组织组成物：F、P
X-0.0218
P% 1
10% 0
0.770.0218
F%1P%
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析 （3）过共析钢的平衡冷却曲线平衡结晶过
4-2 Fe-C合金平衡结晶过程分 析
江西理工大学应科院材料教研室 钟涛生
1 Fe-C合金的分类
工业纯铁
（C%<0.0128%）
共析钢（C%=0.77%）
铁 钢（0.0128%-
碳
2.11%）
亚共析钢（0.0218%-0.77%） 过共析钢（0.77%-2.11%）
合
共晶铸铁（C%=4.3%）
金
相组成物：F+Fe3C
相得相对含量：
X-0.0218
FeC%
Байду номын сангаас
100%
3
6.69-0.0218
F%1FeC% 3
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（6）过共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
组织组成物：Ld‘（Fe3C共晶、 Fe3CII和P的混合物）+ Fe3C初
过共晶白 口铸铁金
相
Ld`% 6.69X 10% 0 6.694.3
（1）共析钢的冷却曲线及平衡结晶 过程
在1温度点以上，合金处于液态；
当冷却至1温度点时，合金开始发生L→γ匀晶转变， 生成γ ;
在1→2的冷却过程中，一直发生L→ γ匀晶转变，不 断生成γ ，直到2温度点时匀晶转变结束，液相消 失全部转变成γ ；
在2→3的冷却过程中，一直保持单相的γ状态，其成 分不发生变化;
(PFeC )%1Ld`% 3 II
亚共晶白 口铸铁金
相
P% (1L`d% 6.)6 92.11 6.6 90.77
2.1 1 0.77
FC e% (1L`d% )
3 II
6.6 9 0.77
X500
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（6）过共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
Fe3C初%1Ld`%
X1000
当冷却至2温度点时，莱氏体中γ的成分与S 点相同，此时剩余的γ 发生共析转变，生 成珠光体。
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（6）过共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
L 1 L F3 C e 初 2 L L d F3 C e 初 2` L d F3 C e 初 F3 C e II 3 L` d F3 C 初 e
在1温度点以上，合金处于液态；
当冷却至1温度点时，合金开始发生L→γ匀晶转变， 生成γ 。
在1→2的冷却过程中，一直发生L→γ匀晶转变， 不断生成初晶奥氏体（γ初）；
在转变过程中， γ的量不断增多，液相的量不断 减少，且液相和固相γ的成分分别沿着液相线B-C 和固相线J-E变化。
到2温度点时，匀晶转变结束，有液相剩余，剩余液 相的成分与C点相同，γ初的成分与E点相同，在此温 度下，剩余的液相发生共晶转变，生成莱氏体。
相线B-C和固相线J-E变化。 在2→3的冷却过程中，一直保持单相的γ状态，其成
分不发生变化。
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析 （3）过共析钢的平衡结晶过程
在3到4的冷却过程中， γ 发生脱溶转变，析出 二次渗碳体（Fe3CII又叫做先共析渗碳体）；
在脱溶过程中，γ的成分沿着E-S线变化； 当冷至4时，剩余γ的成分与S点相同，此时γ发
程
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析 （3）过共析钢的平衡结晶过程
在1温度点以上，合金处于液态； 当冷却至1温度点时，合金开始发生L→γ匀晶转变，
生成γ 。 在1→2的冷却过程中，一直发生L→γ匀晶转变，γ的
量不断增多，L的量不断减少。 直到2温度点时匀晶转变结束，液相消失全部转变成
γ； 在匀晶转变过程中，液相和固相γ的成分分别沿着液
在2→3的冷却过程中，剩余的液相发生L→γ匀晶转变，生 成γ ，
在匀晶转变过程中，液相和固相γ的成分分别沿着B-C线和 J-E线变化；
到3温度点时，液相消失。
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析 （2）亚共析钢的平衡结晶过程
在3→4的冷却过程中，一直保持单相的γ ，其 成分不发生变化；
在4→5的冷却过程中， γ发生γ→α异晶转变， 生成先共析铁素体α先，在转变过程中， γ和α 成分分别沿着G-S线和G-P线变化；
2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程分析
（5）亚共晶白口铸铁的平衡冷却曲线平衡结晶过程
L 1 L 2 L L d 2 ` L d
2 ` ` L d FC e 3 L` d P FC e
3 II
3 II
相组成物：F+Fe3C 相得相对含量：
FeC% X-0.0218100%
（2）亚共析钢的平衡结晶过程
在1温度点以上，合金处于液态；
当冷却至1温度点时，合金开始发生L→δ匀晶转变，生成δ。
在1→2的冷却过程中，一直发生L→δ匀晶转变，不断生成δ， δ的量↗， L的量↘ ；
在匀晶转变过程中，液相和固相的成分分别沿着液相线A-B 和固相线A-H变化；
到2温度点时，B点成分的液相和H点成分的δ相发生包晶反 应，生成γ ，包晶转变结束后有液相剩余；
在当冷至3温度点时， γ发生共析转变，全部生成珠 光体（Fe3C和α 的机械混合物）;