当前课程知识点：工程材料 > 第2章金属材料组织和性能的控制 > 2.2合金的结晶2 > 合金的结晶2（2）
二 典型铁碳合金的平衡结晶过程
根据Fe-Fe_3C相图
铁碳合金可以分为3个大类
7种类型
第一类为工业纯铁
它是指碳的质量分数
小于等于0.0218%的铁碳合金
（2）是钢
是指碳的质量分数
大于0.0218%
小于等于2.11%
这样一个成分范围的铁碳合金
那么它分为3个小类
第一是亚共析钢
是指碳的质量分数大于0.0218%
小于0.77%的铁碳合金
第二是共析钢
是指碳的质量分数
为0.77%的铁碳合金
第三为过共析钢
是碳的质量分数大于0.77%
小于等于2.11%的铁碳合金
（3）是铸铁
又称白口铸铁
它是指碳的质量分数为大于2.11%
小于6.69%的铁碳合金
它分为3个亚类
第一个是亚共晶白口铸铁
碳的质量分数大于2.11%
小于4.3%
第二是共晶白口铸铁
碳的质量分数为4.3%
第三是过共晶白口铸铁
是碳的质量分数大于4.3%
小于6.69%这样一个范围
我们下面简单介绍一下
几种碳钢的钢号和碳的质量分数
详细的介绍
我们将在第三章进行
我们先看一下亚共析钢
典型的钢号有20钢 45钢 60钢
它的碳的质量分数
分别为0.2% 0.45%和0.6%
共析钢又为T8钢
它的碳的质量分数
近似的为0.8%
第三类过共析钢
T10钢和T12钢
它的碳的质量分数为1.0%和1.2%
我们再看这个铁碳合金相图
在这个相图上
我们给出了7种典型的成分
第一种碳的质量分数为0.01%
它属于纯铁
第二碳的质量分数为0.4%
它属于亚共析钢
第三碳的质量分数为0.77%
它是共析钢
第四碳的质量分数为1.2%
它是过共析钢
第五碳的质量分数为3%
它是亚共晶白口铸铁
第六为碳的质量分数为4.3%
它是共晶白口铸铁
第七碳的质量分数为5%
它是过共晶白口铸铁
我们下面分别分析
七种典型成分的铁碳合金
它的结晶过程
第一是工业纯铁
它的平衡结晶过程
是我们刚才讲的
碳的质量分数为0.01%的铁碳合金
我们看它的冷却转变图
从0到1这一点它为液相
到1这点以后
它开始结晶
生成δ相
也就是说在1到2之间
它生成δ相
从2到3它是δ相的冷却过程
到3点以后
它开始生成奥氏体相
到4点全部转变为奥氏体
从4到5这个冷却过程中
它保持为奥氏体相
从5点开始奥氏体开始生成铁素体
一直到6这一点
全部转变为铁素体
从6到7这一点
它保持单相的铁素体
从7开始
它开始析出三次的渗碳体
所以室温它的平衡组织为
铁素体加三次的渗碳体
这是一张纯铁的室温平衡组织图
它的平衡组织
为铁素体加三次的渗碳体
铁素体呈白色的块状
三次渗碳体量极少
呈小白片状
分布于铁素体的晶界处
由于量很小 可以忽略
2 共析钢的平衡结晶过程
也就是碳的质量分数
为0.77%的合金
它的结晶过程
我们看合金熔体
从0开始冷却
到1这一点为液相
从1这一点继续冷却时
开始生成奥氏体相
到2这一点全部转变为奥氏体
继续冷却的时候
为单相的奥氏体
一直到3这一点
到3这一点以后
它开始发生共析转变
是一个等温的转变过程
到3’完成共析转变
全部生成为共析体
或者说珠光体
继续冷却的时候
到室温仍然是珠光体
所以它的室温平衡组织
就是珠光体
我们看这是一张珠光体的
室温平衡组织图
为层片状组织
所以共析钢它的室温组织是珠光体
室温组织组成物也是珠光体
组成相是铁素体和渗碳体
它们的质量分数
可以通过杠杆定律进行计算
那么根据这个相图
我们可以得知
铁素体相它的含量
为6.69减去0.77除以6.69
约为88%的铁素体
剩余的12%为渗碳体
下面我们看亚共析钢
它的平衡结晶过程
以碳的质量分数
为0.4%的铁碳合金为例
来说明它的结晶过程
我们仍然以冷却转变图来进行说明
当合金熔体从0这一点开始冷却
到1这一点时它为液体
继续冷却它开始生成δ相
一直到2这一点
这个时候它由液相和δ相组成
δ相它的成分点在H点
液相它的成分点为0.53
这个时候它会发生包晶反应
也就是说会发生一个等温的转变
由液相加上δ相生成奥氏体相
在包晶反应结束后
你会发现
还有一部分液体存在
继续冷却时候
这一部分液体继续转变成奥氏体相
一直到3这一点
全部转变成奥氏体
继续冷却时为奥氏体
一直到4这一点
继续冷却它开始由奥氏体中
生成铁素体相
到5这一点时
仍然有一部分奥氏体存在
那奥氏体的成分点为S点
这个时候会发生共析转变 为等温转变
当转变结束后
剩余的奥氏体
全部转变成珠光体
继续冷却时为铁素体加珠光体
当然铁素体中会析出
部分的少量的三次渗碳体
所以40钢
它的室温平衡组织为铁素体加珠光体
这是40钢它的室温的平衡组织像
这些黑色的为珠光体组织
这些白色的为铁素体组织
当然有少量的三次渗碳体
可以忽略不计
碳的质量分数为0.4%的亚共析钢
它的组织组成物为铁素体和珠光体
那么铁素体和珠光体
它的含量是多少呢
这个时候我们可以用杠杆定律来进行计算
我们需要注意的是
这个时候我们需要计算的珠光体的量
是发生共析转变前
奥氏体的残留量
我们看这个图
这个时候杠杆的长度为PS
杠杆的支点为钢的碳的质量分数0.4
这个时候算出来的奥氏体的残留量
就是所获得的珠光体的量
因为奥氏体全部转变为了珠光体
那么珠光体的含量的计算
是用0.4减去0.02 除以0.77减去0.02
计算出来它的含量为51%
那么剩余的就是铁素体的含量
所以通过这个公式
我们就可以算出
它的组织组成物铁素体和珠光体的含量
另外我们要注意的是
这个钢它的组成相是什么呢
它的组成相仍然是铁素体和渗碳体
我们同样可以用杠杆定律来进行计算
铁素体和渗碳体的质量分数
那么这个时候
它的杠杆的长度是6.69
它的支点仍然是0.4
所以铁素体它的含量
为6.69减去0.4除以6.69 为94%
剩余的为渗碳体 为6%
如果忽略铁素体中的碳的含量
珠光体的质量分数
为钢的碳含量除以0.77%
亚共析钢它的碳的质量分数的估算
可以为珠光体的质量分数
乘以0.77%
公式中W（P）表示钢中
珠光体的质量分数
所以利用这样一个公式
就可以估算钢的碳的质量分数
那么珠光体的质量分数
怎么知道呢
我们可以根据获得的金相照片
来估算珠光体的质量分数
由于珠光体和铁素体的密度相近
钢中珠光体和铁素体的质量分数
是可以通过显微镜下
观察到的珠光体和铁素体的面积
来进行估算的
-0.1中华民族对材料发展的重大贡献
-0.2材料的结合键
-0.3工程材料的分类
-习题--作业
-1.1金属材料的结构与组织
-第1章材料的结构与性能特点--1.1金属材料的结构与组织
-1.2金属材料的性能特点
-第1章材料的结构与性能特点--1.2金属材料的性能特点
-2.1纯金属的结晶
-2.1纯金属的结晶--作业
-2.2合金的结晶1
-2.2合金的结晶1--作业
-2.2合金的结晶2
-2.2合金的结晶2--作业
-2.3金属的塑性加工
-2.3金属的塑性加工--作业
-2.4钢的热处理
--钢的热处理（1）
--钢的热处理（2）
--钢的热处理（3）
--钢的热处理（4）
--钢的热处理（5）
--钢的热处理（6）
--钢的热处理（7）
-第2章金属材料组织和性能的控制--2.4钢的热处理
-2.5钢的合金化
--钢的合金化（1）
--钢的合金化（2）
--钢的合金化（3）
--钢的合金化（4）
-2.5钢的合金化--作业
-2.6表面技术
--表面技术（1）
--表面技术（2）
--表面技术（3）
--表面技术（4）
-2.6表面技术--作业
-3.1碳钢
--碳钢
-3.1碳钢--作业
-3.2合金钢
--合金钢（1）
--合金钢（2）
--合金钢（3）
--合金钢（4）
--合金钢（5）
--合金钢（6）
--合金钢（7）
-第3章金属材料--3.2合金钢
-3.3铸钢与铸铁
--铸钢与铸铁（1）
--铸钢与铸铁（2）
--铸钢与铸铁（3）
-第3章金属材料--3.3铸钢与铸铁
-3.4有色金属及其合金
-第3章金属材料--3.4有色金属及其合金
-4.1工程塑料
--工程塑料（1）
--工程塑料（2）
-4.2合成纤维
--合成纤维
-4.3合成橡胶
--合成橡胶
-习题--作业
-5.1普通陶瓷
--普通陶瓷（1）
--普通陶瓷（2）
-5.2特种陶瓷
--特种陶瓷
-习题--作业
-6.1复合材料的复合原则
-6.2复合材料的性能特点
-6.3非金属基复合材料
--非金属基复合材料
-6.4金属基复合材料
--金属基复合材料
-第6章复合材料--习题
-7.1电功能与磁功能材料
-7.2热功能与光功能材料
-7.3纳米材料
--纳米材料
-第7章功能材料及新材料--习题
-8.1机械零件的失效
-8.2机械零件失效分析
--机械零件失效分析
-8.3机械零件选材原则
--机械零件选材原则
-第8章零件失效分析与选材原则--习题
-9.1齿轮选材
--齿轮选材
-9.2轴类零件选材
--轴类零件选材
-9.3弹簧选材
--弹簧选材
-9.4刃具选材
--刃具选材
-第9章典型工件的选材及工艺路线设计--习题
-10.1汽车用材
--汽车用材
-10.2热能设备用材
--热能设备用材
-10.3航空航天器用材
-第10章工程材料的应用--习题
-全课总结
--全课总结
-期末考试--试卷
