铁碳合金相图

反映铁碳合金在极缓慢加热(或冷却)条件下，不同成分的铁碳合金在不同温度时所具有的状态或组织的图形，称为铁碳合金相图。

它是研究钢铁的成分、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。

Fe₃C户w(C)为6.69%。由于w(C)超过6.69%的铁碳合金脆性很大，没有使用价值，所以有实际意义并被深入研究的铁碳合金相图只是w(C)为0%～6.69%的Fe-Fe₃C部分，见图1-3所示，铁碳含金相图中的特性点见表1-2。

图上的纵坐标表示温度，横坐标表示成分，即铁碳合金中碳的百分含量。例如，在横坐标的左端，碳含量为零，即为纯铁：在E点对应的合金成分是w(C)约为2.11%和铁的质量分数为97.89%,这里是钢与生铁的分界线。

                                                                          图1-3铁碳合金相图

铁碳合金相图上(见图1-3)有六条重要的线，其意义如下：

1)ABCD线 这条线温度最高，它表示液体合金在冷却时开始凝固结晶的温度，故称液相线。这条线说明，纯铁在1538℃凝固结晶，随钢中含碳量的增加，铁碳合金的凝固结晶温度就降低。

2)AHJECF线 它表示液态合金在冷却时全部凝固结晶为固溶体的温度，称为固相线。

3)HJB水平线 在此线温度发生包晶转变：L+δ→y,转变产物是奥氏体，称为包晶反应线(1495℃)。

4)GS线 表示w(C)低于0.77%的钢在缓慢冷却条件下由奥氏体中开始析出铁素体的温度，反之，在加热时，GS线为铁素体转变为奥氏体的终了温度。用A₃符号表示。

5)ES线 表示w(C)为0.77%～2.11%的钢在缓慢冷却条件下由奥氏体开始沉淀渗碳

体的温度。用Ac,符号表示。

6)PSK水平线 它表示所有含碳量的钢在缓慢冷却时，奥氏体全部转变为珠光体的温度，相当于727℃。反之，在缓慢加热条件下，该线表示由珠光体转变为奥氏体的温度。为简化起见，常用A₁符号来表示。

图中以w(C)0.4%的钢为例，说明它从液态冷却到室温过程中其组织结构变化情况。假设，这个钢的起点温度是1650℃,即处于液态(L)。温度下降到ABCD线时钢液开始凝固，即从钢液中生成δ铁素体晶核并不断长大，数量随温度下降不断增多，当冷却到HJB水平线温度时，发生包晶转变，即液态金属加8铁素体生成奥氏体，仍有少量液态金属留下来，直到JE线温度才全部转变为固相。在NJESG包围的区域内都是单一的奥氏体。温度下降到GS线时(即A₃温度),由奥氏体中开始析出铁素体，随温度下降而不断长大，数量增多。当温度下降到PSK线(即A₁)时，剩下的奥氏体转变为珠光体。从A温度到室温，在缓慢冷却条件下，钢的组织由珠光体+铁素体组成。但是，在不平衡冷却条件下，通过改变冷却方式和冷却速度，可以得到珠光体+铁素体以外的其他组织类型，如马氏体、贝氏体等。

图中E点为钢与生铁成分分界点。S点为共析点。正对S点成分的钢称为共析钢，其组织全部为珠光体。S点左边的钢称为亚共析钢，其组织为铁素体十珠光体，离S点越远铁素体越多，珠光体越少。S点右边的钢称为过共析钢，其组织由珠光体+渗碳体组成，离S点越远渗碳体越多。

根据含碳量和组织，在工业上将铁碳合金分为三类：

1)工业纯铁w(C)>0.02%的铁碳合金称为工业纯铁，在工业中应用较少。

2)钢w(C)从0.02%～2.06%之间的铁碳合金称为钢。钢是工业上应用最广的金属材料。根据钢在相图中的位置可以分为：

①亚共析钢w(C)<0.8%;

②共析钢  w(C)=0.8%;

③过共析钢w(C)>0.8%。

3)铸铁w(C)在2.06%～6.67%之间的铁碳合金。

钢的状态图对于热加工生产有着重要意义。例如，钢液浇注温度的选择；钢的锻造、轧制加工的起始温度和终了温度的选择：钢的热处理工艺制定，包括焊接件的焊后热处理工艺选择，以及研究钢在焊接过程中焊缝及热影响区组织和性能的变化等等，都是以钢的状态图为基础的。