[拼音]：tietan pingheng tu

[外文]：iron-carbon equilibrium diagram

又稱鐵碳相圖或鐵碳狀態(tài)圖。它以溫度為縱坐標(biāo)，碳含量為橫坐標(biāo)，表示在接近平衡條件（鐵-石墨）和亞穩(wěn)條件（鐵－碳化鐵）下（或極緩慢的冷卻條件下）以鐵、碳為組元的二元合金在不同溫度下所呈現(xiàn)的相和這些相之間的平衡關(guān)系。

簡史

早在 1868 年，俄國學(xué)者切爾諾夫（Д．к．Чернов）就注意到只有把鋼加熱到某一溫度”a”以上再快冷，才能使鋼淬硬，從而有了臨界點(diǎn)的概念。至1887～1892年奧斯蒙（F.Osmond）等利用熱分析法和金相法發(fā)現(xiàn)鐵的加熱和冷卻曲線上出現(xiàn)兩個(gè)駐點(diǎn)，即臨界點(diǎn)A₃和A₂，它們的溫度視加熱或冷卻 (分別以A_c和A_r表示)過程而異。奧斯蒙認(rèn)為這表明鐵有同素異構(gòu)體，他稱在室溫至A₂溫度之間保持穩(wěn)定的相為α鐵；A₂～A₃間為β鐵；A₃以上為γ鐵。1895年，他又進(jìn)一步證明，如鐵中含有少量碳，則在690或710℃左右出現(xiàn)臨界點(diǎn)，即A_r¹點(diǎn)，標(biāo)志在此溫度以上碳溶解在鐵中，而在低于這一溫度時(shí)，碳以滲碳體形式由固溶體中分解出來，隨鐵中碳量提高，A_r³下降而與A_r²相合，然后斷續(xù)下降，至含碳為0.8～0.9％時(shí)與A_r¹合為一點(diǎn)。1904年又發(fā)現(xiàn)A₄至熔點(diǎn)間為δ鐵。以上述臨界點(diǎn)工作的成果為基礎(chǔ)，1899年羅伯茨－奧斯?。╓.C.Roberts-Austen）制定了第一張鐵碳相圖；而洛茲本 (H.W.Bakhius Roozeboom)更首先在合金系統(tǒng)中應(yīng)用吉布斯(Gibbs)相律，于1990年制定出較完整的鐵碳平衡圖。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鐵碳平衡圖不斷得到修訂，日臻完善。目前采用的鐵碳平衡圖示于圖1，圖中各重要點(diǎn)的溫度、濃度及含義如下表所列。當(dāng)鐵中含碳量不同時(shí)，得到的典型組織如圖2所示。

鐵碳平衡圖釋義

純鐵有兩種同素異構(gòu)體，在912℃以下為體心立方的α－Fe；在912～1394℃為面心立方的γ-Fe;在1394～1538℃(熔點(diǎn))又呈體心立方結(jié)構(gòu)，即δ－Fe。當(dāng)碳溶于α－Fe時(shí)形成的固溶體稱鐵素體(F)、溶于γ-Fe時(shí)形成的固溶體稱奧氏體(A)，碳含量超過鐵的溶解度后，剩余的碳可能以穩(wěn)定態(tài)石墨形式存在，也可能以亞穩(wěn)態(tài)滲碳體(Fe₃C)形式存在。Fe₃C有可能分解成鐵和石墨穩(wěn)定相。但這過程在室溫下是極其緩慢的；即使加熱到700℃，F(xiàn)e₃C分解成穩(wěn)定相也需幾年(合金中含有硅等促進(jìn)石墨化元素時(shí)，F(xiàn)e₃C穩(wěn)定性減弱)，石墨雖然在鑄鐵(2～4％C)中大量存在，但在一般鋼(0.03～1.5％C)中卻較難形成這種穩(wěn)定相。Fe－Fe₃C平衡圖有重要的意義并得到廣泛的應(yīng)用。圖1中的實(shí)線繪出亞穩(wěn)的 Fe-Fe₃C系；虛線和相應(yīng)的一部分實(shí)線表示穩(wěn)定的Fe-C（石墨）系；平衡圖中絕大多數(shù)線是根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)繪制的；有些線，如Fe₃C的液相線，石墨在奧氏體中溶解度等是由熱力學(xué)計(jì)算得出的。

Fe-Fe₃C平衡圖由包晶、共晶、共析三個(gè)基本反應(yīng)組成（見相圖）。

（1）在1495℃（HJB線）發(fā)生包晶反應(yīng)，L_B+δ_H??A_J。此時(shí)液相L_B(0.53％C)，δ鐵素體δ_H(0.09％C)，奧氏體A_J(0.17％C)三相共存。冷凝時(shí)反應(yīng)的結(jié)果形成奧氏體。

（2）在1148℃(ECF線)發(fā)生共晶反應(yīng)，L_C??A_E+Fe₃C。此時(shí)液相L_C(4.30％C)，奧氏體A_E（2.11％C）。滲碳體(6.69％C)三相共存。冷凝時(shí)反應(yīng)的結(jié)果形成了奧氏體與滲碳體的機(jī)械混合物，通稱為萊氏體。

（3）在727℃(PSK線)發(fā)生共析反應(yīng)，A_S??F_P+Fe₃C，此時(shí)奧氏體A_s(0.77％C)，鐵素體F_P(0.0218％C)，滲碳體(6.69％C)三相共存。冷卻時(shí)反應(yīng)的結(jié)果形成鐵素體與滲碳體的混合物，通稱珠光體。共析反應(yīng)溫度常標(biāo)為A₁溫度。

其他幾條線的含義如下：

（1）GS線，奧氏體中開始析出鐵素體或鐵素體全部溶入奧氏體的轉(zhuǎn)變線，稱A₃溫度。

（2）ES線，碳在奧氏體中的溶解限度線，稱A_cm溫度。在1148℃時(shí)，碳在奧氏體中的最大溶解度為2.11％，而在727℃時(shí)只為0.77％。所以凡是碳含量大于0.77％的鐵碳合金，在A_cm溫度以下時(shí)，奧氏體中將析出滲碳體，稱為二次滲碳體，以區(qū)別于從液態(tài)中析出的一次滲碳體。

（3）PQ線，碳在鐵素體中的溶解限度線。在727℃時(shí)，碳在鐵素體中最大溶解度為0.0218％，600℃時(shí)為0.0057％，400℃時(shí)為0.00023％，200℃以下時(shí)小于0.0000007％。碳含量大于0.0218％的合金，在PQ線以下均有析出滲碳體的可能性。通常稱此類滲碳體為三次滲碳體。

（4）NJ線，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)棣蔫F素體，稱A₄溫度，純鐵為1394℃，隨碳含量增加而提高。

（5）ABCD線，合金的液相線。

（6）AHJE線，合金的固相線。

此外，770℃水平線表示鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變溫度，常稱為A₂溫度。在此溫度以下，鐵素體呈鐵磁性。230℃水平線表示滲碳體的磁性轉(zhuǎn)變溫度。磁性轉(zhuǎn)變時(shí)不發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化，滲碳體在230℃以下呈鐵磁性。

用途

鐵碳平衡圖是研究碳鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，也是研究合金鋼的基礎(chǔ)，它的許多基本特點(diǎn)即使對于復(fù)雜合金鋼也具有重要的指導(dǎo)意義，如在簡單二元Fe-C系中出現(xiàn)的各種相，往往在復(fù)雜合金鋼中也存在。當(dāng)然，需要考慮到合金元素對這些相的形成和性質(zhì)的影響，因此研究所有鋼鐵的組成和組織問題都必須從鐵碳平衡圖開始。工程上依據(jù)Fe-Fe₃C平衡圖把鐵碳合金分為三類，即工業(yè)純鐵(C≤0.021％)、鋼(0.021～2.11％C)和鑄鐵(2.11～6.69％C)。其他在制定鋼鐵材料的鑄造、鍛軋和熱處理工藝等方面，也常以鐵碳平衡圖為依據(jù)。實(shí)際加熱時(shí)鋼鐵的臨界點(diǎn)往往高于Fe-Fe₃C平衡圖上的臨界點(diǎn)，冷卻時(shí)則低于平衡圖的臨界點(diǎn)。如圖3所示，習(xí)慣上以A表示平衡圖上的臨界點(diǎn)，沿用奧斯蒙以法文加熱的首字母c及冷卻的首字母r分別標(biāo)志加熱和冷卻，A_c表示加熱時(shí)的臨界點(diǎn)，A_r表示冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)。

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標(biāo)簽：鐵碳平衡圖

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文章名稱：《鐵碳平衡圖》

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