焊接冶金基本知識-鐵碳合金相圖
作者：小編 時間：2025/6/10 15:15:14
鐵碳合金相圖
反映鐵碳合金在極緩慢加熱(或冷卻)條件下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度時所具有的狀態(tài)或組織的圖形，稱為鐵碳合金相圖。
它是研究鋼鐵的成分、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。
Fe?C戶w(C)為6.69%。由于w(C)超過6.69%的鐵碳合金脆性很大，沒有使用價值，所以有實際意義并被深入研究的鐵碳合金相圖只是w(C)為0%～6.69%的Fe-Fe?C部分，見圖1-3所示，鐵碳含金相圖中的特性點見表1-2。
圖上的縱坐標表示溫度，橫坐標表示成分，即鐵碳合金中碳的百分含量。例如，在橫坐標的左端，碳含量為零，即為純鐵：在E點對應(yīng)的合金成分是w(C)約為2.11%和鐵的質(zhì)量分數(shù)為97.89%,這里是鋼與生鐵的分界線。
圖1-3鐵碳合金相圖
鐵碳合金相圖上(見圖1-3)有六條重要的線，其意義如下：
1)ABCD線 這條線溫度最高，它表示液體合金在冷卻時開始凝固結(jié)晶的溫度，故稱液相線。這條線說明，純鐵在1538℃凝固結(jié)晶，隨鋼中含碳量的增加，鐵碳合金的凝固結(jié)晶溫度就降低。
2)AHJECF線 它表示液態(tài)合金在冷卻時全部凝固結(jié)晶為固溶體的溫度，稱為固相線。
3)HJB水平線 在此線溫度發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變：L+δ→y,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是奧氏體，稱為包晶反應(yīng)線(1495℃)。
4)GS線 表示w(C)低于0.77%的鋼在緩慢冷卻條件下由奧氏體中開始析出鐵素體的溫度，反之，在加熱時，GS線為鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度。用A?符號表示。
5)ES線 表示w(C)為0.77%～2.11%的鋼在緩慢冷卻條件下由奧氏體開始沉淀滲碳
體的溫度。用Ac,符號表示。
6)PSK水平線 它表示所有含碳量的鋼在緩慢冷卻時，奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的溫度，相當(dāng)于727℃。反之，在緩慢加熱條件下，該線表示由珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。為簡化起見，常用A?符號來表示。
圖中以w(C)0.4%的鋼為例，說明它從液態(tài)冷卻到室溫過程中其組織結(jié)構(gòu)變化情況。假設(shè)，這個鋼的起點溫度是1650℃,即處于液態(tài)(L)。溫度下降到ABCD線時鋼液開始凝固，即從鋼液中生成δ鐵素體晶核并不斷長大，數(shù)量隨溫度下降不斷增多，當(dāng)冷卻到HJB水平線溫度時，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，即液態(tài)金屬加8鐵素體生成奧氏體，仍有少量液態(tài)金屬留下來，直到JE線溫度才全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?。在NJESG包圍的區(qū)域內(nèi)都是單一的奧氏體。溫度下降到GS線時(即A?溫度),由奧氏體中開始析出鐵素體，隨溫度下降而不斷長大，數(shù)量增多。當(dāng)溫度下降到PSK線(即A?)時，剩下的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。從A溫度到室溫，在緩慢冷卻條件下，鋼的組織由珠光體+鐵素體組成。但是，在不平衡冷卻條件下，通過改變冷卻方式和冷卻速度，可以得到珠光體+鐵素體以外的其他組織類型，如馬氏體、貝氏體等。
圖中E點為鋼與生鐵成分分界點。S點為共析點。正對S點成分的鋼稱為共析鋼，其組織全部為珠光體。S點左邊的鋼稱為亞共析鋼，其組織為鐵素體十珠光體，離S點越遠鐵素體越多，珠光體越少。S點右邊的鋼稱為過共析鋼，其組織由珠光體+滲碳體組成，離S點越遠滲碳體越多。
根據(jù)含碳量和組織，在工業(yè)上將鐵碳合金分為三類：
1)工業(yè)純鐵w(C)>0.02%的鐵碳合金稱為工業(yè)純鐵，在工業(yè)中應(yīng)用較少。
2)鋼w(C)從0.02%～2.06%之間的鐵碳合金稱為鋼。鋼是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬材料。根據(jù)鋼在相圖中的位置可以分為：
①亞共析鋼w(C)<0.8%;
②共析鋼 w(C)=0.8%;
③過共析鋼w(C)>0.8%。
3)鑄鐵w(C)在2.06%～6.67%之間的鐵碳合金。
鋼的狀態(tài)圖對于熱加工生產(chǎn)有著重要意義。例如，鋼液澆注溫度的選擇；鋼的鍛造、軋制加工的起始溫度和終了溫度的選擇：鋼的熱處理工藝制定，包括焊接件的焊后熱處理工藝選擇，以及研究鋼在焊接過程中焊縫及熱影響區(qū)組織和性能的變化等等，都是以鋼的狀態(tài)圖為基礎(chǔ)的。
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