工程材料/Fe-C相圖
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Fe-C相圖上的各種合金
編輯- 工業純鐵 [ω(C)≤0.0218%]
- 碳素鋼 [0.0218%<ω(C)≤2.11%] 按含碳量又可分為三類:
- 亞共析鋼[0.0218%<ω(C)<0.77%]
- 共析鋼[ω(C)=0.77%]
- 過共析鋼[0.77%<ω(C)≤2.11%]
- 亞共析鋼[0.0218%<ω(C)<0.77%]
- 白口鑄鐵 [2.11%<ω(C)<6.69%] 按含碳量又可分為三類:
- 亞共晶白口鑄鐵[2.11%<ω(C)<4.3%]
- 共晶白口鑄鐵[ω(C)=4.3%]
- 過共晶白口鑄鐵[4.3%<ω(C)≤6.69%]
- 亞共晶白口鑄鐵[2.11%<ω(C)<4.3%]
Fe-C相圖中的點和線
編輯Fe-C相圖中的特性點
編輯| 符號 | 溫度（攝氏度） | ω(C)（%） | 含義 | |
|---|---|---|---|---|
| 溫度 | ω(C) | |||
| A | 1538 | 0 | 純鐵的熔點 | |
| B | 1495 | 0.53 | 包晶轉變時液態合金的成分 | |
| C | 1148 | 4.30 | 共晶點 | |
| D | 1227 | 6.69 | 滲碳體的熔點 | 滲碳體的含碳量 |
| E | 1148 | 2.11 | 共晶轉變溫度 | 碳在γ-Fe中的最大溶解度 |
| F | 1148 | 6.69 | 滲碳體的含碳量 | |
| G | 912 | 0 | γ-Fe⇌α-Fe同素異構轉變溫度 | |
| H | 1495 | 0.09 | 碳在δ-Fe中的最大溶解度 | |
| J | 1495 | 0.17 | 包晶點 | |
| K | 727 | 6.69 | 共析轉變溫度 | 滲碳體的含碳量 |
| M | 770 | 0 | α-Fe的磁性轉變溫度 | |
| N | 1394 | 0 | δ-Fe⇌γ-Fe同素異構轉變溫度 | |
| O | 770 | 0.5 | ||
| P | 727 | 0.0218 | 共析轉變溫度 | 碳在α-Fe中的最大溶解度 |
| S | 727 | 0.77 | 共析點 | |
| Q | 室溫 | 0.008 | 室溫時碳在α-Fe中的溶解度 | |
Fe-C相圖中的線
編輯- ABCD——液相線，鐵碳合金冷卻時開始結晶/加熱時完全融化的理論溫度連線，此線以上全部為液相。
- AHJECF——固相線，鐵碳合金加熱時開始融化/冷卻時完全結晶的理論溫度連線，此線以下全部為固相。
- HJB——包晶線，該線所在溫度為1495℃。凡0.09%≤ωC≤0.53%（即ωC值落在H點和B點橫坐標間的的鐵碳合金)在此溫度下均會發生包晶轉變,反應式為LB+δH⇌AJ，包晶轉變的產物是單相奧氏體。
- ECF——共晶線，該線所在溫度為1148℃。凡2.11%≤ωC≤6.69%（即ωC值落在E點和F點橫坐標間的的鐵碳合金)在此溫度下均會發生共晶轉變,反應式為LC⇌(AE+Fe3C)，共晶轉變的產物是由奧氏體和滲碳體組成的共晶體,稱為萊氏體,用符號Ld表示。
- PSK——共析線，該線所在溫度為727℃。凡0.0218%≤ωC≤6.69%（即ωC值落在P點和K點橫坐標間的的鐵碳合金)在此溫度下均會發生共析轉變,反應式為AS⇌(FP+Fe3C)，共析轉變的產物是由鐵素體與滲碳體組成的共析體,稱為珠光體,用符號P表示。
- ES——碳在奧氏體中的溶解曲線,又稱Acm線。在1148℃（E點處）時，碳在奧氏體中溶解度最大，為2.11%;在727℃（S點處）時，碳在奧氏體中溶解度最小，為0.77% 。所以凡是ωC≥0.77%的鐵碳合金,在由1148℃緩冷至727℃時都會沿奧氏體晶界析出滲碳體,稱為二次滲碳體,用符號Fe3CII表示。
- PQ——碳在鐵素體中的溶解度曲線。在727℃（P點）時，碳在鐵素體中的溶解度最大，為0.0218%;溫度越低溶解度越小，室溫下（Q點）處溶解的只有0.0008% 。因此凡是ωC≥0.0008%的鐵碳合金,在由727℃緩冷至室溫時都會沿着鐵素體晶界析出滲碳體,稱為三次滲碳體,用符號Fe3CIII表示。但三次滲碳體析出量很少,一般不予考慮。
- GS——奧氏體與鐵素體之間的轉變曲線，又稱A3線。此線以上全部為奧氏體。
Fe-C相圖的應用
編輯Fe-C相圖在選材方面的應用
編輯建築結構用鋼材要求塑性、韌性好，宜選用低碳鋼；
機械零件設計，由於要求強度、塑性和韌性具有良好的配合，宜選用中碳鋼；
模具或工具要求材料硬度高、耐磨性好，宜選用高碳鋼。
白口鑄鐵硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但其耐磨性好，鑄造性能優良，適用於作要求耐磨、不受衝擊、形狀複雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機的磨球等。
Fe-C相圖在鑄造工藝方面的應用
編輯根據Fe-Fe3C相圖可以確定合金的澆注溫度。澆注溫度一般在液相線以上50℃～100℃。
從相圖上可看出，純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好，它們的凝固溫度區間最小，因而流動性好，分散縮孔少，可以獲得緻密的鑄件，所以鑄鐵在生產上總是選在共晶成分附近。
在鑄鋼生產中, 碳質量分數在0.15%-0.6%之間, 因為這個範圍內鋼的結晶溫度區間較小, 鑄造性能較好。
Fe-C相圖在熱鍛、熱軋工藝方面的應用
編輯鋼處於奧氏體狀態時強度較低，塑性較好，因此鍛造或軋制選在單相奧氏體區進行。
一般始鍛、始軋溫度控制在固相線以下100℃～200℃範圍內。一般始鍛溫度為1150℃～1250℃，終鍛溫度為750℃～850℃。
Fe-C相圖在熱處理工藝方面的應用
編輯Fe-Fe3C相圖對於制訂熱處理工藝有着特別重要的意義。一些熱處理工藝如退火、正火、淬火、回火的加熱溫度都是依據Fe-Fe3C相圖確定的。這將在熱處理一節中詳細闡述。