1.2 铁碳相图

铁碳相图是极为重要的图形，是由Fe和Fe₃C（Fe和G）两个组元组成的相图，它是钢铁材料科学研究和热加工技术中的重要依据。最常用的铁碳相图如图1-5所示。

图1-5 铁碳相图

铁碳相图中主要特性点的温度、含碳量及其意义见表1-2。各特性点的符号是国际通用的，不能随意更改。

表1-2 铁碳相图中主要特性点的温度、含碳量及其意义

（续）

在铁碳相图中，ABCD为液相线、AHJECF为固相线。相图中有五个单相区：ABCD以上为液相区（L）；AHNA为δ固溶体区（δ）；NJESGN为奥氏体区（γ或A）；GPQG为铁素体区（α或F）。需要指出的是，在合金钢中，奥氏体中除了碳原子外，还可溶入各种合金元素；铁素体中除了碳原子外，还可溶入各种合金元素。相图中有七个两相区，即L＋δ、L＋γ、L＋Fe₃C、δ＋γ、γ＋α、γ＋Fe₃C及α＋Fe₃C，它们分别存在于相邻的两个单相区之间。相图中还有两条磁性转变线：770℃为铁素体的磁性转变点，230℃为渗碳体的磁性转变点。

1.包晶转变

在HJB水平线（1495℃）发生包晶转变

即在1495℃恒温下，w_C＝0.53％的液相与w_C＝0.09％的δ相之间发生反应，生成w_C＝0.17％的奥氏体，转变产物是奥氏体。

2.共晶转变

在ECF水平线（1148℃）发生共晶转变

转变产物由共晶奥氏体和共晶渗碳体组成，称为莱氏体，用Ld表示。含碳量在E～F点（w_C为2.11％～6.69％）之间的铁碳合金均要发生共晶转变。

3.共析转变

在PSK水平线（727℃）发生共析转变

共析转变的产物称为珠光体，用符号P表示。共析转变温度常用符号A₁表示。从相图中可以看出，凡是碳的质量分数大于0.0218％的铁碳合金都将发生共析分解反应。

经共析转变形成的珠光体是片层状的，由共析铁素体和共析渗碳体构成。珠光体中渗碳体与铁素体相对量的比值为12.6％。

共析钢中珠光体、渗碳体与铁素体含量的比值约为1∶8。如果忽略铁素体和渗碳体比体积上的微小差别，铁素体所占的体积约为渗碳体的八倍。在扫描电镜下观察时，珠光体组织中较厚的片是铁素体，较薄的片是渗碳体，如图1-6所示，可见铁素体片比渗碳体片厚得多。

图1-6 片状珠光体组织（SEM）

此外，铁碳相图中还有几条重要的固态转变线，即GS线、ES线和PQ线。

GS线又称为A₃线，它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线，或加热时铁素体全部溶入奥氏体的终了线。

ES线是碳在奥氏体中的固溶度曲线，常称为A_cm线。当温度低于A_cm线时，奥氏体中将析出Fe₃C，称为二次渗碳体（Fe₃C_Ⅱ）。

PQ线是碳在铁素体中的固溶度曲线。碳在铁素体中的最大固溶度为727℃时的0.0218％，600℃时降为0.008％，300℃时约为0.001％。因此，铁素体从727℃冷却下来时也将析出渗碳体，称为三次渗碳体（Fe₃C_Ⅲ）。

从图1-5和表1-2中可以看出，铁碳合金中存在着复杂的相变。除了钢和铸铁的液体结晶外，固态相变也很复杂。在A₀点（230℃）发生渗碳体（Fe₃C）的磁性转变；在A₂点（770℃）发生铁素体（α-Fe）的磁性转变，磁性转变属于二级相变。A₁温度（727℃）是共析转变温度，发生相变，这是钢中最主要的一个平衡转变。其次还有脱溶转变：奥氏体冷却到A₃以下会发生先共析铁素体的析出，称为负脱溶；奥氏体冷却到A_cm以下会发生先共析渗碳体（二次渗碳体）的析出，称为正脱溶。铁素体在A₁温度（727℃）以下沿着PQ线冷却，会析出三次渗碳体，也是正脱溶。以上是铁碳相图中存在的平衡转变。至于常见的贝氏体相变、马氏体转变等是非平衡转变，在铁碳相图中不能标出，可在后面讲述的奥氏体转变图中找到。