零读杂谈（热处理三）_机械制图

零读杂谈（热处理三）

类别：机械制图 | 来自：未知未知 | 发布时间：2023-05-19 | 人气值：

呵呵，看到有大侠评价说教材久远。是时间挺长的了，虽然不至于是文革时期。79年吧。我比较喜欢老教材，当然新教材也看，必然很多东西有更科学的解释。之所以选这么一本老书，是因为他的切入点浅显，然后配合其他教材，才容易理解和深入。这是我的一种习惯，希望各位理解。
也有大侠提问，问到了纯铁、石墨性质变化的问题。也问到了为什么热处理会产生各种机械性能的改变。问得挺好，不过，这些问题问得有些早。慢慢看吧，后面会搞明白的。另外，我写得会比较慢，因为确实没有太多的时间在网上泡着。着急的大侠不妨自己去读读书。哈哈。
不多扯了，今天说铁碳合金相图。

读书：《金属材料及热处理》　陆大纮　许晋堃　合编
　　　人民铁道出版社

　　　杂谈三

铁——渗碳体系合金状态图

铁碳合金相图是热处理的重要支持。它切实反映了各种合金的组织、成分与温度的关系及变化规律。它既是一种总结，同时，也是指导热处理方式的基石。
我们先从学习碳钢的相图开始。当然，这里先说一句，下面你看到的相图会同以往的有所不同。呵呵。

上图，中间的部分就是标准的碳钢铁碳和金相图。左右两部分则是用来形成相图的参考曲线图。
首先，我们说说相图的形成，或者叫相图的制作。
相图是利用一系列铁碳合金在凝固及固态组织转变时有热放出的原理制作的。一般选择6种含碳量状态记录制作。
即合金（1）0% Ｃ　100%Fe
合金（2）0.01% Ｃ　99.99%Fe
合金（3）0.02% Ｃ　99.98%Fe
合金（4）0.45% Ｃ　99.55%Fe
合金（5）0.8% Ｃ　99.2%Fe
合金（6）1.2% Ｃ　98.8%Fe
选择好合金后，将各合金加热到1600度，以极缓慢的速度冷却下来，每隔一定时间对温度取一读书。以温度为纵坐标，时间为横坐标，画出各合金得冷却曲线。寻找各曲线上的转折点，再将每个合金的转折点置于以温度为纵坐标，含碳量为横坐标的图中，将意义相同的转折点用光滑的曲线连接起来，得到最后简化过的相图。比如上图。
这里要说，用实验法测绘相图时，为了数据精确，会同时采用多种方法，比如热分析法、膨胀仪法、x线衍射法等。

针对已经测绘得到的相图，图中各自母标定点对应的意义等参见下图。

接着。我们学习和记录下相图中各曲线的意义。
1。AC和AE线。
AC线是液态线。AC线即是合金开始凝固的温度界限。我们也很容易看到，随着含碳量的增加，合金的凝固起始温度逐渐降低。
必须要说的是，AC线反应的是过冷度为0或者很小时的情况。这个我们前面有说过。
AE线固态线。AE线以下，所有合金呈现固态。在AE与AC线之间的部分，合金处于液态与奥氏体混合的状态。
含碳量对于凝固有着很大的影响。从相图中看，含碳量决定了凝固温度的高低和凝固温度范围的宽窄。含碳量越高，凝固温度越低，范围越宽。
2。GS线和GP线。
GS线表示不同含碳量奥氏体冷却时开始向铁素体转变的问题。GP线是不同含碳量奥氏体冷却时完全转变成铁素体的温度。
3。ES线。
ES线是奥氏体队碳的溶解度曲线。ES线上各点是该温度下奥氏体中溶碳达到饱和的点。因此，从E点到S点，我们能够清晰的看到，奥氏体的饱和碳溶碳量从1147度时的2.06%降低到723度时的0.8%。所有过饱和的状态都会导致在ES线温度以下时候析出Fe3CII。
4。PQ线。
PQ线表示铁素体含碳量随温度变化的最大溶碳量变化。从723度的0.02%一直到0度时的0.008%。含碳量高于PQ线的合金，在冷却时会从铁素体中析出Fe3CIII。这种析出在铁素体晶界上的物质，会使得铁素体的塑性和韧性降低。但一般碳钢中因为珠光体的存在，Fe3CIII的含量及其微小。
5。PSK线。
PSK线可以认为是奥氏体的终结线。在PSK线的含碳量范围内，当温度低于723度时，所有的奥氏体或者参与奥氏体都会变成铁素铁或者珠光体亦或者二者的混合物或珠光体和Fe3CII的混合物。其中，S点为共析点。在S点对应的含碳量下0.8%，奥氏体会在723度同时发生铁素体和渗碳体的共析反应，得到珠光体组织。这种可逆的转变称为共析转变。

搞明白了相图的基本意思，下面说说三种典型的组织转变过程。（插一句，这里用的相图实际上是一种简略相图，相图中没有涉及高温铁素体同液态金属的共存相等。关于这部分，后面的时候，再通过其他材料补完）

１。含碳量0.8%的碳钢相变（共析钢转变）

我们依旧回头去看上面的相图。过S点竖直画一条直线。这条直线对应的就是共析钢的相变过程。所以，我们很容易看到，共析钢从14点（大约1500度）开始凝固，到15点（大约1420度）完成凝固全部转变为含碳量0.8%的奥氏体组织。再继续降温到723度（S）以下全部转变为含铁素体88%渗碳体12%的珠光体组织。并最终在室温状态下，由于铁素体溶碳能力的降低而析出Fe3CII组织。
这里要强调一点，共析钢的奥氏体转变珠光体过程中，奥氏体转变为铁素体和奥氏体转变为渗碳体是同时进行的，故此称为共析。

2。以含碳量为0.45%的碳钢为例的含碳量低于0.8%的碳钢相变（亚共析钢转变）

我们对照相图，分析P点和S点之间的部分。（含碳量0.02%以下的碳钢也属于亚共析钢，但却相对特殊。因为其不形成珠光体组织，故个人不将其列入亚共析钢转变的过程分析中。但正体思路相同，只是不存在共析，没有渗碳体组织。）亚共析钢同样在AC线开始凝固，在AE线完成奥氏体转变。但压共析钢从GS线开始，优先析出含碳量0.2%的铁素体组织。在析出铁素体的同时，剩余奥氏体组织的含碳量不断升高，在某一温度点碰触GS线开始维持饱和奥氏体组织状态继续析出铁素体。直至723度时，剩余的饱和奥氏体组织全部共析转变为珠光体组织。同样的，压共析钢特别是含碳量低于0.02%的碳钢，在温度降低到室温时，也析出Fe3CII组织。

3。以含碳量为1.2%的碳钢为例的含碳量高于0.8%的碳钢相变（过共析钢转变）

同样，我们依旧对照相图，分析SE点之间的部分。过共析钢在AC线开始凝固，在AE线完成奥氏体转变。但是从E点开始，所有低于SE线温度下的过共析钢都会因为奥氏体组织在该温度时溶碳能力不足而优先析出Fe3CII组织。在析出Fe3CII的同时，剩余奥氏体组织的含碳量不断降低。直至723度时，剩余的饱和奥氏体组织全部共析转变为珠光体组织。
因为过共析钢优先析出二次渗碳体（Fe3CII），通过前面一次杂谈，我们可以知道二次渗碳体存在于原奥氏体晶界处。渗碳体作为一种脆硬组织，因此存在大量渗碳体和二次渗碳体的过共析钢整体呈现高硬度低塑性韧性的特点。特别是当渗碳体在晶界上呈现连续网状时，塑性、韧性以及强度都将大幅下降。

铁碳相图对生产有着重要的意义。它既是制定一切热加工和热处理的基础，同时说明了钢种含碳量对钢组织的影响。但必须要在这次杂谈的末尾指出的是，杂谈到现在所讲都是以纯碳钢为前提的阐述和讨论，实际中，铁碳相图还会受到各种杂志和其他合金元素的影响。对于这种影响，在后面的杂谈里，我会通过《合金钢与热处理工艺学》一书进行记录和介绍。另外，以上我们所讨论的过程变化，都是基于缓慢降温的前提。而在实际生产中，我们又必须考虑过冷度的影响。这些，我们会在后面详细的说。

好了。今天就说这么多。欢迎大家讨论

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