关于铁碳相图

    铁碳相图又称铁碳状态图。它以温度为纵坐标，碳含量为横坐标,表示在接近平衡条件（铁-石墨）和亚稳条件（铁－碳化铁）下（或极缓慢的冷却条件下）以铁、碳为组元的二元合金在不同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。
　　 早在 1868 年，俄国学者切尔诺夫（Д．к．Чернов）就注意到只有把钢加热到某一温度”a”以上再快冷,才能使钢淬硬,从而有了临界点的概念。至1887～1892年奥斯蒙（F.Osmond）等利用热分析法和金相法发现铁的加热和冷却曲线上出现两个驻点，即临界点A₃和A₂，它们的温度视加热或冷却 (分别以A_c和A_r表示)过程而异。奥斯蒙认为这表明铁有同素异构体，他称在室温至A₂温度之间保持稳定的相为α铁；A₂～A₃间为β铁；A₃以上为γ铁。1895年，他又进一步证明，如铁中含有少量碳,则在690或710℃左右出现临界点,即A_r1点,标志在此温度以上碳溶解在铁中,而在低于这一温度时,碳以渗碳体形式由固溶体中分解出来,随铁中碳量提高，A_r3下降而与A_r2相合,然后断续下降，至含碳为0.8～0.9％时与A_r1合为一点。1904年又发现A₄至熔点间为δ铁。以上述临界点工作的成果为基础，1899年罗伯茨－奥斯汀（W.C.Roberts-Austen）制定了第一张铁碳相图；而洛兹本 (H.W.Bakhius Roozeboom)更首先在合金系统中应用吉布斯(Gibbs)相律,于1990年制定出较完整的铁碳平衡图。随着科学技术的发展，铁碳平衡图不断得到修订，日臻完善。目前采用的铁碳平衡图示于图1，图中各重要点的温度、浓度及含义如下表所列。当铁中含碳量不同时，得到的典型组织。

    铁碳平衡图释义 纯铁有两种同素异构体,在912℃以下为体心立方的α－Fe；在912～1394℃为面心立方的γ-Fe;在1394～1538℃(熔点)又呈体心立方结构,即δ－Fe。当碳溶于α－Fe时形成的固溶体称铁素体(F)、溶于γ-Fe时形成的固溶体称奥氏体(A)，碳含量超过铁的溶解度后，剩余的碳可能以稳定态石墨形式存在，也可能以亚稳态渗碳体(Fe₃C)形式存在。Fe₃C有可能分解成铁和石墨稳定相。但这过程在室温下是极其缓慢的；即使加热到700℃，Fe₃C分解成稳定相也需几年(合金中含有硅等促进石墨化元素时,Fe₃C稳定性减弱)，石墨虽然在铸铁(2～4％C)中大量存在,但在一般钢(0.03～1.5％C)中却较难形成这种稳定相。Fe－Fe3C平衡图有重要的意义并得到广泛的应用。图1中的实线绘出亚稳的 Fe-Fe₃C系；虚线和相应的一部分实线表示稳定的Fe-C（石墨）系；平衡图中绝大多数线是根据实验测得的数据绘制的；有些线，如Fe₃C的液相线，石墨在奥氏体中溶解度等是由热力学计算得出的。

相关文章：