呵呵，看到有大俠評價說教材久遠。是時間挺長的了，雖然不至于是文革時期。79年吧。我比較喜歡老教材，當然新教材也看，必然很多東西有更科學的解釋。之所以選這么一本老書，是因為他的切入點淺顯，然后配合其他教材，才容易理解和深入。這是我的一種習慣，希望各位理解。
, Q ?" L) v/ R- l5 [4 |也有大俠提問，問到了純鐵、石墨性質變化的問題。也問到了為什么熱處理會產生各種機械性能的改變。問得挺好，不過，這些問題問得有些早。慢慢看吧，后面會搞明白的。另外，我寫得會比較慢，因為確實沒有太多的時間在網上泡著。著急的大俠不妨自己去讀讀書。哈哈。* ?* w$ w) i- }0 N
不多扯了，今天說鐵碳合金相圖。
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讀書：《金屬材料及熱處理》 陸大纮 許晉堃 合編
' r# ?( O5 L, ?6 z 人民鐵道出版社! |$ F; I! ^+ a$ y7 e
3 q3 F. h, S0 ]9 d8 [ 雜談三
" s$ U! C! }; k7 r, u鐵——滲碳體系合金狀態圖 3 R& u) r5 F/ v" B: r" R a% Y( R
鐵碳合金相圖是熱處理的重要支持。它切實反映了各種合金的組織、成分與溫度的關系及變化規律。它既是一種總結，同時，也是指導熱處理方式的基石。
6 _3 @, E& f9 K% y" F我們先從學習碳鋼的相圖開始。當然，這里先說一句，下面你看到的相圖會同以往的有所不同。呵呵。& B2 V V' [( A/ J5 n
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& D b ?6 g8 N2 t! G& Q3 A2 g1 U首先，我們說說相圖的形成，或者叫相圖的制作。- r8 J" Z. i v7 ]$ r1 k& ]
相圖是利用一系列鐵碳合金在凝固及固態組織轉變時有熱放出的原理制作的。一般選擇6種含碳量狀態記錄制作。0 R) C1 [" Q O# Z5 c
即 合金（1）0% Ｃ 100%Fe. c- o; }' a* i0 X% t
合金（2）0.01% Ｃ 99.99%Fe
, G! {# T) }$ M 合金（3）0.02% Ｃ 99.98%Fe$ \% J- |* A- E& u3 m" M
合金（4）0.45% Ｃ 99.55%Fe
' m% Y* ^: X5 n: a) R 合金（5）0.8% Ｃ 99.2%Fe
. \2 h8 `% |' t 合金（6）1.2% Ｃ 98.8%Fe/ i1 ^# V: \$ Y* ~9 y4 v
選擇好合金后，將各合金加熱到1600度，以極緩慢的速度冷卻下來，每隔一定時間對溫度取一讀書。以溫度為縱坐標，時間為橫坐標，畫出各合金得冷卻曲線。尋找各曲線上的轉折點，再將每個合金的轉折點置于以溫度為縱坐標，含碳量為橫坐標的圖中，將意義相同的轉折點用光滑的曲線連接起來，得到最后簡化過的相圖。比如上圖。
' ?) g. h( b3 ^" j" X1 T+ S, n d這里要說，用實驗法測繪相圖時，為了數據精確，會同時采用多種方法，比如熱分析法、膨脹儀法、x線衍射法等。6 l1 c! o& @" V. U8 B- [: T" d
* R& `# G" i7 G, U( r. `3 h/ j, N針對已經測繪得到的相圖，圖中各自母標定點對應的意義等參見下圖。
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接著。我們學習和記錄下相圖中各曲線的意義。 t% h" E: Z0 w) g4 U5 {
1。AC和AE線。
4 |6 q. f9 [, \& N( K: u' hAC線是液態線。AC線即是合金開始凝固的溫度界限。我們也很容易看到，隨著含碳量的增加，合金的凝固起始溫度逐漸降低。2 A5 n8 b0 t- J% b# |
必須要說的是，AC線反應的是過冷度為0或者很小時的情況。這個我們前面有說過。
! d( L# {8 j- A# g; _AE線固態線。AE線以下，所有合金呈現固態。在AE與AC線之間的部分，合金處于液態與奧氏體混合的狀態。- n! Z" D9 ~1 a0 c" d9 N
含碳量對于凝固有著很大的影響。從相圖中看，含碳量決定了凝固溫度的高低和凝固溫度范圍的寬窄。含碳量越高，凝固溫度越低，范圍越寬。 [0 j9 _2 e6 ]/ j5 L
2。GS線和GP線。
* Y2 {8 u* Q$ [6 A' w4 w7 o) J' [GS線表示不同含碳量奧氏體冷卻時開始向鐵素體轉變的問題。GP線是不同含碳量奧氏體冷卻時完全轉變成鐵素體的溫度。: v3 d, S1 c# d
3。ES線。
& [1 E3 \. s/ F$ V* T# t7 n* cES線是奧氏體隊碳的溶解度曲線。ES線上各點是該溫度下奧氏體中溶碳達到飽和的點。因此，從E點到S點，我們能夠清晰的看到，奧氏體的飽和碳溶碳量從1147度時的2.06%降低到723度時的0.8%。所有過飽和的狀態都會導致在ES線溫度以下時候析出Fe3CII。
; H6 v4 f6 B5 ^/ L0 o6 t9 z3 B4。PQ線。0 T" F% l: f& r b7 f
PQ線表示鐵素體含碳量隨溫度變化的最大溶碳量變化。從723度的0.02%一直到0度時的0.008%。含碳量高于PQ線的合金，在冷卻時會從鐵素體中析出Fe3CIII。這種析出在鐵素體晶界上的物質，會使得鐵素體的塑性和韌性降低。但一般碳鋼中因為珠光體的存在，Fe3CIII的含量及其微小。
. l- Q$ Y8 R; R( c: k5 W5。PSK線。
+ w) P: N- D: H, N& `1 j9 A( { U8 mPSK線可以認為是奧氏體的終結線。在PSK線的含碳量范圍內，當溫度低于723度時，所有的奧氏體或者參與奧氏體都會變成鐵素鐵或者珠光體亦或者二者的混合物或珠光體和Fe3CII的混合物。其中，S點為共析點。在S點對應的含碳量下0.8%， 奧氏體會在723度同時發生鐵素體和滲碳體的共析反應，得到珠光體組織。這種可逆的轉變稱為共析轉變。! m. u" S% q* |5 f; S/ m
9 {9 O0 p e! ]* ^. N搞明白了相圖的基本意思，下面說說三種典型的組織轉變過程。（插一句，這里用的相圖實際上是一種簡略相圖，相圖中沒有涉及高溫鐵素體同液態金屬的共存相等。關于這部分，后面的時候，再通過其他材料補完）
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' I& s5 X# `' J& T4 l! F m! f１。含碳量0.8%的碳鋼相變（共析鋼轉變）
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9 }; f! E/ \3 e" B2 p" y+ g! ]我們依舊回頭去看上面的相圖。過S點豎直畫一條直線。這條直線對應的就是共析鋼的相變過程。所以，我們很容易看到，共析鋼從14點（大約1500度）開始凝固，到15點（大約1420度）完成凝固全部轉變為含碳量0.8%的奧氏體組織。再繼續降溫到723度（S）以下全部轉變為含鐵素體88%滲碳體12%的珠光體組織。并最終在室溫狀態下，由于鐵素體溶碳能力的降低而析出Fe3CII組織。! k# @( l+ V; ]0 R9 o
這里要強調一點，共析鋼的奧氏體轉變珠光體過程中，奧氏體轉變為鐵素體和奧氏體轉變為滲碳體是同時進行的，故此稱為共析。
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0 z- l7 |1 v+ t+ O4 C0 d" y8 v& T2。以含碳量為0.45%的碳鋼為例的含碳量低于0.8%的碳鋼相變（亞共析鋼轉變）
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: X8 y/ H8 P, S r; A( h" ^; F我們對照相圖，分析P點和S點之間的部分。（含碳量0.02%以下的碳鋼也屬于亞共析鋼，但卻相對特殊。因為其不形成珠光體組織，故個人不將其列入亞共析鋼轉變的過程分析中 。但正體思路相同，只是不存在共析，沒有滲碳體組織。）亞共析鋼同樣在AC線開始凝固，在AE線完成奧氏體轉變。但壓共析鋼從GS線開始，優先析出含碳量0.2%的鐵素體組織。在析出鐵素體的同時，剩余奧氏體組織的含碳量不斷升高，在某一溫度點碰觸GS線開始維持飽和奧氏體組織狀態繼續析出鐵素體。直至723度時，剩余的飽和奧氏體組織全部共析轉變為珠光體組織。同樣的，壓共析鋼特別是含碳量低于0.02%的碳鋼，在溫度降低到室溫時，也析出Fe3CII組織。
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3。以含碳量為1.2%的碳鋼為例的含碳量高于0.8%的碳鋼相變（過共析鋼轉變）+ Q2 K& D" J; G% O `
6 v4 Y5 p' R& v2 u同樣，我們依舊對照相圖，分析SE點之間的部分。過共析鋼在AC線開始凝固，在AE線完成奧氏體轉變。但是從E點開始，所有低于SE線溫度下的過共析鋼都會因為奧氏體組織在該溫度時溶碳能力不足而優先析出Fe3CII組織。在析出Fe3CII的同時，剩余奧氏體組織的含碳量不斷降低。直至723度時，剩余的飽和奧氏體組織全部共析轉變為珠光體組織。
6 K4 ]& ~ x, G8 e因為過共析鋼優先析出二次滲碳體（Fe3CII），通過前面一次雜談，我們可以知道二次滲碳體存在于原奧氏體晶界處。滲碳體作為一種脆硬組織，因此存在大量滲碳體和二次滲碳體的過共析鋼整體呈現高硬度低塑性韌性的特點。特別是當滲碳體在晶界上呈現連續網狀時，塑性、韌性以及強度都將大幅下降。, @! K+ D% L4 ]5 H
8 t, w& \4 ~2 U鐵碳相圖對生產有著重要的意義。它既是制定一切熱加工和熱處理的基礎，同時說明了鋼種含碳量對鋼組織的影響。但必須要在這次雜談的末尾指出的是，雜談到現在所講都是以純碳鋼為前提的闡述和討論，實際中，鐵碳相圖還會受到各種雜志和其他合金元素的影響。對于這種影響，在后面的雜談里，我會通過《合金鋼與熱處理工藝學》一書進行記錄和介紹。另外，以上我們所討論的過程變化，都是基于緩慢降溫的前提。而在實際生產中，我們又必須考慮過冷度的影響。這些，我們會在后面詳細的說。" O6 h* n$ `7 [9 U7 T
3 ]+ }8 X m. k) @5 D
好了。今天就說這么多。歡迎大家討論) w/ q7 T" h) T6 r6 t$ s
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發表于 2014-11-16 11:51:10
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