热处理第三章

材料的凝固第三章金属材料及热处理第三章材料的凝固3.4

凝固组织与其控制3.1

纯金属的结晶3.2

合金的结晶3.3

铁碳合金相图基本概念凝固与结晶凝固：指物质从液态经冷却转变为固态的过程；凝固后的固态物质可以是晶体，也可以是非晶体结晶：通过凝固形成晶体物质的过程金属的凝固过程玻璃的凝固过程结晶过程非晶体凝固过程金属从液态过渡为固体晶态的转变一次结晶金属从一种固态过渡到另一种固体晶态的过程二次结晶性能发生突变逐渐变化影响凝固状态的因素1.熔融液体的粘度粘度表征液体中发生相对运动的阻力粘度越大，表示液体越粘稠液体层间的内摩擦力越大，相对运动也越困难原子无法迁移排成晶体形成无规则的原子排列金属材料熔体的粘度值极小，熔点附近原子的迁移能力极强，绝大多数能凝固为晶体。2.熔融液体的冷却速度冷却速度越大阻止金属材料中原子的迁移非晶态的金属材料第一节纯金属的结晶三、同素异构转变二、纯金属的结晶过程一、结晶的热力学条件一、结晶的热力学条件热力学定律：在等压条件下，一切自发过程都是朝着系统自由能降低的方向进行液态固态T0温度升高自由能下降同一物质的液体和晶体在不同温度下自由能的变化T0理论结晶温度低于T0高于T0物质处于晶体状态稳定物质处于液体稳定液态固态T0液体与晶体的自由能-温度曲线纯金属的冷却曲线T0冷却曲线：测定液体金属冷却时温度和时间的变化关系作出的曲线纯金属的冷却曲线T0理论结晶温度（熔点）结晶时的过冷现象金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象实际结晶温度TTT0过冷度△TT0－T注：对于某种金属来说，过冷度不是恒定值，它的大小与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度也越大，则金属的实际结晶温度越低。由于在结晶时释放出结晶潜热过冷是结晶的必要条件结晶的结构条件形成晶核固态金属原子作长程有序规则排列金属结晶的实质:由短程有序的排列的液态金属转变成具有长程有序排列的固态金属在一定条件下短程有序排列的原子团有可能成为结晶的核心液态金属冷却到T0以下经过一段时间晶核固态金属原子排列液态金属原子排列孕育期液态金属原子作短程有序规则排列二、纯金属的结晶过程结晶过程晶核不断形成晶核不断长大液体冷却到T0温度以下出现新的晶核液体经过一段时间(称为孕育期)晶核各个方向生长不断生核不断长大液体完全消失一些尺寸极小、原子规则排列的小晶体1.结晶的基本过程晶体每一个晶核一个小晶粒多晶体结构1）晶核的形成方式晶核的形成方式自发成核非自发成核2.结晶后晶粒的大小晶核可以由近程有序结构液体中规则排列的原子团形成由液体中的固态杂质微粒作晶核注：在实际结晶过程中，自发形核和非自发形核同时存在，但以非自发形核方式发生结晶更为普遍2)晶核的长大方式晶核的长大方式树枝状长大均匀长大主要方式过冷度很小时实际金属结晶时冷却速度较大晶核树枝状长大示意图3）晶粒大小表示晶粒大小的一种尺寸晶粒度晶粒就是由一个晶核长大的晶体晶粒大小一般以单位面积的晶粒数目或以晶粒的平均直径来表示标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。钢的晶粒度示意图（100X）2级1级8级7级6级5级4级3级3.晶粒大小对材料性能的影响晶粒越细，常温下的力学性能越好晶粒直径抗拉强度屈服强度伸长率7.0mm180MPa38MPa30.6%0.1mm278MPa116MPa50%对于在高温下工作的金属材料，晶粒应粗一些。因为在高温下原子沿晶界的扩散比晶内快，晶界对变形的阻力大为减弱而致多晶体纯铁的晶粒大小与力学性能决定晶粒度的因素晶粒的大小长大的速度形核率单位时间单位体积内形成晶核的数目形核率（N）晶核的长大速度（G）单位时间晶体生长的线长度形核率与长大速度的比值N/G越大晶粒越细晶粒度-N,G-过冷度关系曲线控制晶粒尺寸的方法1.控制过冷度过冷度增大N／G值增加晶粒细小降低浇铸温度因此小型和薄壁铸件比大型铸件组织细增大冷却速度增加过冷度2.变质处理（孕育处理）在液态金属中加入能成为外生核的物质促进形核细化晶粒变质剂（孕育剂)注：不是加入任何物质都能起变质作用的，不同的金属液体要加入不同的物质铸造工业中利用此法，可生产出高强度的孕育铸铁提高形核率3.振动、搅拌等方法在结晶时，采用机械振动、超声波处理等方法能促进形核打碎正在生长的树状晶新的晶核晶粒细化碎晶块由于外部输入了能量三、同素异构转变同素异构转变:

物质在固态下其晶格类型随温度的变化而发生转变的现象同素异晶体:

同素异构转变所得到的不同晶格的晶体同素异构转变同样也要遵循形核、长大的规律，但它是一个固态下的相变过程，即为固态相变在金属中，锡、铁、锰、钴、钛等都存在着同素异构转变1.基本概念温度℃时间1538℃1394℃912℃-Feγ-Feα-Fe纯铁的同素异构转变2.铁的同素异构转变液态铁结晶后是体心立方晶格-Fe在1394℃以下转变成面心立方晶格γ-Fe冷却至912℃时又转变成体心立方晶格α-Fe-Feγ-Feα-Fe1394℃912℃正是纯铁具有这种同素异晶转变，因而才能对钢和铸铁进行各种热处理，以改变其组织和性能3.固态转变的特点固态转变又称为二次结晶或重结晶，它有与结晶不同的特点：1、发生固态转变时，形核一般在某些特定部位发生，如晶界、晶内缺陷等2、由于固态下扩散困难，因而固态转变的过冷倾向大固态相变组织通常要比结晶组织细3、固态转变往往伴随着体积变化，因而易产生很大的内应力，使材料发生变形或开裂第二节合金的结晶2.二元相图的基本类型与分析1.二元相图的建立基本知识合金的结晶特点：1.合金的结晶过程不一定在恒温下进行，而是在一个温度范围内完成，而纯金属在恒温下完成；2.合金的结晶不仅会发生晶体结构的变化，还会伴有化学成分的变化，而纯金属仅发生晶体结构的变化。合金系：两个或两个以上的组元按不同比例下配制成的一系列不同成分的合金的总称合金：是两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质组元：组成合金的最简单、最基本且能独立存在的物质；在大多数的情况下就是组成元素。按所含组元的数目，合金分为二元合金、三元合金及多元合金相：是指合金中化学成分、晶体结构和原子聚集状态皆相同，并以界面互相分开的各均匀组成部分组织：指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌，包含合金中不同形状、大小、数量和分布的相，又称显微组织。相图：反映在平衡条件下各成分合金的结晶过程以及相和组织存在范围与变化规律的简明示意图状态图：相图可以反映材料在不同条件下的状态平衡图：相图是通过材料在极其缓冷的条件下所测得的试验数据建立的，反映各相平衡状态的关系相图状态图平衡图缓慢冷却条件下1.二元相图的建立Cu—Ni二元合金系为例，说明二元相图的建立过程1）配制出不同成分的合金测出它们的冷却曲线找出各曲线上的临界点温度℃时间100%Cu20%Ni80%Ni60%Ni40%Ni100%NiCu-Ni合金的冷却曲线结晶的开始温度和终了温度2）在温度-成分坐标系中过合金成分点作成分垂线将临界点标在成分线上将成分垂线上相同意义的点连接起来，标上相应的数字和字母Cu-Ni合金的二元相图温度时间LαCuNi20%80%60%40%Ni%100%Cu20%Ni80%Ni60%Ni40%Ni100%NiCu-Ni合金的冷却曲线Cu-Ni合金相图液相线：结晶开始点的连线固相线：结晶终了点的连线在温度-成分坐标系中过合金成分点作成分垂线将临界点标在成分线上将成分垂线上相同意义的点连接起来，标上相应的数字和字母L+α温度2.二元相图的基本类型与分析相图与合金性能之间的关系二元匀晶相图二元共晶相图二元包晶相图形成稳定化合物的二元合晶相图具有共析反应的二元合晶相图二元相图的分析步骤二元相图的基本类型二元匀晶相图定义：两组元在液态和固态下均无限互溶，且只发生匀晶反应的相图匀晶反应：从液相中直接结晶出固溶体的反应二元匀晶相图是最简单的二元相图，Cu-Ni;Cu-Au;Au-Ag;W-Mo等合金都具有这类相图LαABCuNiNi%Cu-Ni合金相图液相线固相线液相区固相区L+α两相区铜的熔点镍的熔点1）相图分析LαABCuNiNi%Cu-Ni合金相图合金平衡结晶过程ααLLLLαα时间L+αⅠt1t2t3t4温度l1l2l3α1α4α3α2l42）合金的结晶过程温度分析1.液、固相线不仅是相区分线，也是结晶时两相的成分变化线2.匀晶转变是变温转变，在结晶过程中，液、固两相的成分随温度而变化3）杠杆定律确定两平衡相的成分LαABCuNiNi%L+αt1x1xx2abo确定两平衡相的相对重量LαABCuNiNi%L+αx1xx2t1abo确定两平衡相的成分设合金成分为x过x作成分垂线在垂线上相当于t1的点做水平线其与液、固相线的交点a，b所对应的成分x1、x2分别为液相、固相的成分LαABCuNiNi%L+αx1xx2t1abo确定两平衡相的相对重量设成分为x的合金的重量为1固相相对重量为Qα，其成分为x2，则：液相的相对重量为QL，其成分为x1QL+Qα

=1QL*x1

+

Qα*x2

=x确定两平衡相的相对重量QL+Qα

=1QL*x1

+

Qα

*x2

=xQL=Qα=x2-xx2-x1x-x1x2-x1LαABCuNiNi%L+αx1xx2t1aboQL=Qα=QLQα注：杠杆定律只适用于两相区支点是合金的成分端点是所求两平衡相的成分4）枝晶偏析也称晶内偏析在一个晶粒中，造成先结晶晶轴(枝干)的成分和后结晶晶轴(分枝)成分的差异定义：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象成因：实际冷却速度较快致使扩散过程落后于结晶过程影响因素冷却速度给定成分合金的液相线与固相线的垂直距离距离越大偏析相对越严重速度越大偏析相对越严重对合金性能的影响加工性能力学性能耐腐蚀性能解决方法将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温来消除枝晶偏析，称为扩散退火可使原子充分扩散，使成分均匀二元共晶相图定义：组成二元合金的两组元，在液态能无限互溶，但在固态只能有限互溶且发生共晶反应时，其所构成的相图Pb-Sb，A1-Si，Pb-Sn，Ag-Cu等二元合金均为这类的相图1）相图分析AEB液相线固相线ACEDBA点Pb的熔点Sn的熔点B点相图中的点和线PbSn109080706050403020AGBCDEFLL+ααα+βL+β327℃温度℃19.261.997.5Sn%βCF线Sn在Pb中的溶解度曲线DG线Pb在Sn中的溶解度曲线E点共晶点CED线共晶线PbSn109080706050403020AGBCDEFLL+ααα+βL+β327℃温度℃19.261.997.5Sn%β1）相图分析相图中的相区液相区液相线以上合金全部处于液相L相区相是Sn溶于Pb中的固溶体相是Pb溶于Sn中的固溶体两相共存区单相区相区固相区L+

L+

+

位于每两个单相区之间1）相图分析共晶反应水平线CED共晶反应线浓度为E的L相同时结晶出浓度为C的α相和浓度为D的β相共晶体在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程共晶反应共晶反应的产物，即两相的机械混合物共晶温度发生共晶反应的温度共晶合金LEαcβD+183℃(183℃)具有共晶成分的合金共晶反应是在恒温下进行的共晶体共晶反应共晶温度共晶合金液体冷却注:发生共晶反应时，L、α、β三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化水平线CED是一个三相区2）典型合金的结晶过程含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例）LLααLβⅡβⅡαααα1234温度时间合金Ⅰ冷却1点开始结晶出α相1点到2点匀晶反应单相α固溶体2点到3点固溶体冷却组织无变化3点以下α固溶体被Sn过饱和出现βⅡα+βⅡ二次相从已有固相中析出的新固相，记作βⅡ冷却过程中两固相的重量变化α相β相沿CF线变化沿DG线变化室温下的βⅡ相对重量QβⅡ=F4FG×100%α+βⅡ合金Ⅰ室温下的组织成分大于D点合金的结晶过程与合金相似，其室温组织为β+αⅡ二次析出形成二次相的过程共晶合金的结晶过程（以合金Ⅱ为例）LEαcβD+183℃该合金冷却到E点共晶反应温度继续下降共晶反应结束α相β相沿CF线变化沿DG线变化βⅡαⅡ析出析出合金Ⅱ室温下的组织α+β二次相不易分辨Lα+βα+βα+βLLα+β121’共晶反应刚结束时两相的相对重量百分比Qα=EDCD×100%QβⅡ=100%-Qα=54.6%=97.5-61.997.5-19.2×100%=45.5%亚共晶合金的结晶过程（以合金Ⅲ为例）LLαL(α+β)αβⅡLαL温度时间3122’(α+β)αβⅡ(α+β)α合金液体匀晶转变一次α相一次α的成分沿AC线变化到C点液相的成分沿AE线变化到E点βⅡ析出LEαcβD+183℃LLαL(α+β)αβⅡLαL温度时间3122’(α+β)αβⅡ(α+β)α[匀晶反应＋共晶反应＋二次析出]合金Ⅲ室温下的组织βⅡα+(α+β)+亚共晶合金的结晶过程过共晶合金的结晶过程（以合金Ⅳ为例）结晶过程与亚共晶合金相似不同的是二次相α合金Ⅳ室温下的组织β(α+β)αⅡ++一次相β3）组织组成物在相图上的标注组织组成物组成合金显微组织的独立成分相与相的差别主要在结构和成分上组织组成物之间的差别主要在形态上组织和相的区别二元包晶相图定义：当两组元在液态时无限互溶，在固态时形成有限固溶体而且发生包晶反应时，其所构成的相图常用的Fe-C，Cu-Zn，Cu-Sn等合金相图中，均包括这种类型的相图二元包晶相图1）相图分析三个局部的匀晶相图一条水平线组成2）包晶反应定义：包晶水平线上发生的反应是由一种液相和一种固相相互作用生成另一种固相的转变过程LB＋δHγJ成分为B(O.53％C)的液相LB成分为H(0.09％C)的初晶δH成分为J(0.017％C)的γJ固溶体2）包晶反应具体过程γLδδγL反应产物γ形核、成长新相γ对内不断“吃掉”δ相，向内扩张直到液相和固相任一方或双方消耗完了为止，反应才告结束由于是一相包着另一相进行反应，故称为包晶反应液相L固相δ交界面上形成一层相外壳三相共存对外不断消耗液相，向液内长大3）典型合金的结晶过程合金Ⅰ在温度缓冷到2点时，反应前的液相L和固相δ数量比为：反应后两相全部耗尽，形成单一的新相γ[匀晶反应＋包晶反应]L/δ=HJ/JB结晶过程温度℃结晶过程：合金Ⅱ在温度缓冷到2点时，反应前的液相L和固相δ数量比为：L/δ=H2/2B参加包晶反应的相量过剩，所以反应后形成δ+γ两相进入HNJ匀晶区，随温度的下降，3点以下形成单相γ[匀晶反应＋包晶反应+匀晶反应]结晶过程：合金Ⅲ在温度缓冷到2点时，反应前的液相L和固相δ数量比为：L/δ=H2/2B参加包晶反应的L相量过剩，所以反应后形成L+γ两相进入JBCE匀晶区，随温度的下降，3点以下形成单相γ[匀晶反应＋包晶反应+匀晶反应]具有共析反应的二元合金相图水平线上的共析反应，自固相中同时析出β1和β2

两种新相，即

cβ1dβ2e+水平线dce称为共析线反应产物称为共析体共析反应：在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的反应共析反应是在固态下进行的反应中的原子扩散比较困难易于达到较大的过冷度生核率高与共晶组织相比，共析组织要细得多共析反应的特点二元相图的分析步骤1.先分清图中包括哪些基本类型的相图2.相区的确定两相区的确定：两个单相区之间夹有一个两相区，该两相区的相由两个相邻单相区的相组成相区接触法则：相邻两个相区的相数差为1单相区的确定相图中液相线以上为液相区相图中每一条水平线必定与3个单相区接触

三相区的确定：二元相图中的水平线是三相区，其三个相由与该三相区点接触的三个单相区的相组成常见三相等温水平线上的反应3.分析典型合金的结晶过程做出典型合金冷却曲线示意图，二元合金冷却曲线的特征是

在单相区和两相区冷却曲线为一斜线；

由一个相区过渡到另一个相区时，冷却曲线上出现拐点,发生三相等温转变时，冷却曲线呈一水平台阶分析合金结晶过程

画出组织转变示意图计算各相、各组织组成物相对重量比：在单相区，合金由单相组成，相的成分、重量即合金的成分、重量；在两相区，两相的成分随温度下降沿各自的相线变化，各相、各组成物的相对重量可由杠杆定律；在三相区，三个相的成分固定，相对重量不断变化，杠杆定律不适用。相图与合金性能之间的关系1.相图与合金力学性能、物理性能之间的关系组织为机械混合物的合金，其性能与合金成分呈直线关系组织为固溶体的合金，随溶质元素含量的增加，合金的强度和硬度也增加，产生固溶强化，如果是无限互溶的合金，则在溶质含量为50%附近强度和硬度最高，性能与合金成分之间呈曲线关系2.相图与铸造性能之间的关系单相固溶体的合金，浇铸时合金流动性差浇铸时不能充满铸型凝固后形成许多分散的缩孔此类合金不宜制作铸件共晶成分的合金或接近共晶成分的合金，流动性好不易产生分散的缩孔在凝固的过程中出现的集中缩孔的现象采取设置冒口的方法，并控制这种缩孔于冒口处，待铸件成型后，再将冒口切除此类合金的塑性较好，具有良好的压力加工性能第三节铁碳合金相图3.3.2铁碳合金相图的分析3.3.1铁碳合金的组元和相3.3.3

典型铁碳合金的平衡结晶过程3.3.4

含碳量对铁碳合金组织和性能的影响基本概念铁碳合金:

碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金碳钢:

含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金铸铁:含碳量大于2.11%的铁碳合金铁碳合金相图:

研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69%）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C3.3.1铁碳合金的组元和相1.纯铁纯铁指的是室温下的-Fe注：纯铁的同素异构转变是一个相变过程，有着很重要的实际意义，正是因为有了这种转变，才有可能使钢铁通过热处理及合金化的途径实现组织性能的多种变化强度、硬度低，塑性、韧性好2.碳碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和石墨，它们是同素异构体石墨具有简单的六方晶格碳在铁碳合金中的存在形式有三种

C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体

C与Fe形成金属化合物，即渗碳体

C以游离态的石墨存在于合金中石墨耐高温，可导电，有一定的润滑性，但其强度、硬度、塑性和韧性极低

C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体铁素体

C溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格符号“F”或“”表示铁素体是一种强度和硬度低，而塑性和韧性好的相铁素体在室温下可稳定存在奥氏体

C溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格符号“A”或“γ”表示奥氏体强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行奥氏体在高温下可稳定存在

C与Fe形成金属化合物，即渗碳体Fe3C

Fe与C组成的金属化合物具有复杂的晶体结构渗碳体的含碳量为6.69％渗碳体以“Fe3C”或“Cm”符号表示渗碳体的熔点为1227℃，硬度很高(HB＝800)而脆，塑性几乎等于零渗碳体在钢和铸铁中，一般呈片状、网状或球状存在。它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相碳在-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在3.3.2铁碳合金相图的分析包晶相图由三个相图组成共析相图共晶相图五个基本相：五个单相区液相L高温铁素体δ铁素体奥氏体γ渗碳体Fe3C相图的分析三条水平线

HJB水平线（1495℃）包晶线，发生包晶反应，反应产物为奥氏体L0.53+δ0.09←→γ0.17

ECF水平线（1148℃）共晶线，发生共晶反应，反应产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用“Le”表示L4.3←→γ2.11+Fe3C莱氏体组织特征为蜂窝状，性能硬而脆三条水平线

PSK水平线（727℃）共析线，发生共析反应，反应产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用“P”表示γ

0.77←→F

0.0218+

Fe3C共析线又称为A1线珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布图中的特性点A点：纯铁的熔点C点：共晶点D点:

Fe3C的熔点G点：J点：包晶点N点：S点：共析点E点：-Fe中的最大溶碳量-Fe-Fe的同素异构转变点-Fe-Fe的同素异构转变点图中的特性线ABCD－液相线AHJECF－固相线GS、GP为

固溶体转变线HN、JN为

固溶体转变线GS线又称为A3线JN线又称为A4线六条重要的固态转变线六条重要的固态转变线二次渗碳体通常沿奥氏体晶界呈网状分布随着温度下降，C的溶解度下降当含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148℃冷却到727℃时，会从奥氏体中析出渗碳体，称为二次渗碳体标记为Fe3CⅡES线又称为Acm线ES线为碳在-Fe中的固溶线PQ线为碳在-Fe中的固溶线标记为Fe3CⅢ随着温度下降，C的溶解度下降铁碳合金自727℃向室温冷却时，会从铁素体中析出渗碳体，称为三次渗碳体因为析出量极少，在含碳量高的合金中不予以考虑CD线是从液体中结晶出渗碳体的开始温度线从液体中结晶出的渗碳体称为一次渗碳体标记为Fe3CⅠ注：各种不同的渗碳体分属于不同的组织组成物，区别在于形态和分布不同。但属于同一个相3.3.3典型铁碳合金相图的结晶过程一、铁碳合金的分类1.工业纯铁（<0.0218%C）室温下的平衡组织几乎全部为铁素体的铁碳合金，工业上很少使用2.钢（0.0218%--2.11%C）高温组织为单相奥氏体，易于变形。根据室温组织的不同分为三类(1)

亚共析钢（0.0218%--0.77%C）指室温下的平衡组织为铁素体与珠光体的铁碳合金，有熟铁之称(2)

共析钢（0.77%C）指室温下的平衡组织为珠光体的铁碳合金，即碳素工具钢中的T8钢(3)

过共析钢（0.77%C--2.11%C）指室温下的平衡组织为珠光体与二次渗碳体的铁碳合金3.白口铸铁（2.11%--6.69%C）指液态结晶时都有共晶反应且室温下的平衡组织中皆含有变态莱氏体的一类铁碳合金其断口白亮而得名，俗称生铁具有较低的熔点，流动性好，便于铸造成形含有一定数量的莱氏体，硬度高、脆性大，故不能承受锻造、轧制等压力加工，也不宜切削加工特点分类亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁4、灰铸铁（2.11%C）指室温下的平衡组织具有铁素体、珠光体，或是两者皆有的基体，且基体上分布着不同形态石墨的铁碳合金，其断口呈暗灰色，冷却至室温的莱氏体二、纯铁、钢、白口铸铁的平衡结晶过程γFe3CⅢδγLδFeABGPHJNQ7123456①（1）纯铁的平衡结晶过程7123456Lδγ1—2点匀晶反应形成δ铁素体2—3点不发生组织转变3—4点开始从δ铁素体中析出奥氏体，4点后全部转化为奥氏体4—5点不发生组织转变5—6点开始从奥氏体中析出铁素体，6点后全部转化为铁素体6—7点不发生组织转变7点以后开始从铁素体中析出三次渗碳体γFe3CⅢδγLδFeABGPHJNQ7123456①7123456Lδγ工业纯铁结晶过程的基本反应匀晶反应十固溶体转变反应＋二次析出反应室温组织F十Fe3CⅢ工业纯铁的显微组织γLFeABEGPSHJNQ（0.77）123②3’123γLγPP1—2点匀晶反应形成奥氏体2—3点不发生组织转变3点以后发生共析转变，反应结束后全部转化为珠光体γ

0.77←→F

0.0218+

Fe3C3’点后继续冷却从珠光体的铁素体中析出少量的三次渗碳体（2）共析钢的平衡结晶过程γL3’123γLγPP共析钢结晶过程的基本反应匀晶反应十共析反应室温组织100%的珠光体P共析钢的显微组织(400×)珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织。白色的F基体上分布着黑色条纹状的Fe3C，呈黑白相间的层状形貌PγγLδFeABGPHJNQ12345③122′3455′γγLγP1—2点匀晶反应形成δ铁素体2—2′点发生包晶反应L0.53+δ0.09←→γ0.172′—3点剩余的液相发生通过匀晶转变为奥氏体3—4点不发生组织转变4—5点从奥氏体中析出铁素体5—5′点发生共析反应γ

0.77←→F

0.0218+

Fe3C5′点以后从铁素体中析出少量的三次渗碳体（3）亚共析钢的平衡结晶过程LLδPγγLδLδ122’3455’γLγLγP亚共析钢结晶过程的基本反应匀晶反应+包晶反应+固溶体转变反应+共析反应亚共析钢的室温组织铁素体F+珠光体P亚共析钢的显微组织(400×)白色组织为铁素体，黑色组织为珠光体PFe3CⅡγPFe3CⅡγFe3CⅡFeABEGPSHJNQ（2.11）（0.77）1234④4’1234LLγγ1—3点匀晶反应形成奥氏体3—4点从奥氏体晶界析出二次渗碳体，并在晶界上呈网状分布4—4′点剩余的奥氏体发生共析反应γ

0.77←→F

0.0218+

Fe3C4点以后二次渗碳体不再变化，珠光体的变化同共析钢（4）过共析钢的平衡结晶过程PFe3CⅡγPFe3CⅡγFe3CⅡ4’1234LLγ过共析钢结晶过程的基本反应匀晶反应十二次析出反应+共析反应室温的组织珠光体P+网状二次渗碳体Fe3C过共析钢的显微组织(400×)白色或黑色的Fe3C呈细网状分布在层片状的P周围（5）共晶白口铸铁的平衡结晶过程2’11’2LLeLLeFe3CγFe3CPγPLe′Fe3C1—1′点发生共晶反应L4.3←→γ2.11+Fe3C全部转化为莱氏体，是共晶奥氏体和共晶渗碳体的机械混合物（0.77）BCDEFSKFe3C1148℃（2.11）（4.30）12⑤1—2点析出二次渗碳体2—2’点发生共析反应，转变为珠光体。珠光体与共晶渗碳体组成的组织为低温莱氏体。2’11′2LLeLLeFe3CγFe3CPγPLe’Fe3C共晶白口铸铁的室温组织Le′（珠光体+共晶渗碳体）共晶白口铸铁的显微组织共晶反应十二次析出反应+共析反应共晶白口铸铁结晶过程珠光体呈黑色的斑点状或条块状，渗碳体呈白色γPFe3CⅡFe3CLγCES1148℃（2.11）（4.30）123⑥3’122′3LLeγFe3CⅡLe’PFe3CⅡ1—2点匀晶反应形成奥氏体2—2′点发生共晶反应