杠杆定理计算铁碳合金

1、二元相图的计算3.3.1 工业纯铁1、以含碳0.01的铁碳合金为例，其冷却曲线（如图3.2）和平衡结晶过程如下。合金在1点以上为液相。冷却至稍低于1点时，开始从中结晶出，至2点合金全部结晶为。从3点起，逐渐转变为，至4点全部转变完了。4-5点间冷却不变。自5点始，从中析出。在晶界处生核并长大，至6点时全部转变为。在6-7点间冷却不变。在7-8点间，从晶界析出。因此合金的室温平衡组织为+。呈白色块状；量极少，呈小白片状分布于晶界处。若忽略，则组织全为。 图3.2工业纯铁结晶过程示意图3.3.2 共析钢2、含碳0.77%，其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.3所示。合金冷却时，于1点起从中结晶出，至2

2、点全部结晶完了。在2-3点间冷却不变。至3点时，发生共析反应生成。从3点继续冷却至4点，皆不发生转变。因此共析钢的室温平衡组织全部为，呈层片状。共析钢的室温组织组成物也全部是，而组成相为和，它们的相对质量为：碳含量2.116.69;图3.3 共析钢结晶过程示意图3.3.3 亚共析钢3、以含碳0.4的铁碳含金为例。合金冷却时，从1点起自中结晶出，至2点时，成分变为0.53，变为0.09，发生包晶反应生成，反应结束后尚有多余的。2点以下，自中不断结晶出，至3点合金全部转变为。在3-4点间冷却不变。从4点起，冷却时由中析出，在晶界处优先生核并长大，而和的成分分别沿和线变化。至5点时，的成分变为0.7

3、7，的成分变为0.0218。此时发生共析反应，转变为，不变化。从5点继续冷却至6点，合金组织不发生变化，因此室温平衡组织为+。呈白色块状；呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块状。碳含量大于0.6的亚共析钢，室温平衡组织中的常呈白色网状，包围在周围。图3.4 亚共析钢结晶过程示意图含0.4的亚共析钢的组织组成物（和）的相对质量为：发生共析反应的那一段直线碳含量0.02180.77；组成相（和）的相对质量为：碳含量0.02186.69由于室温下的含碳量极微，若将中的含碳量忽略不计，则钢中的含碳量全部在中，所以亚共析钢的含碳量可由其室温平衡组织来估算。即根据的含量可求出钢的含碳量为：。由于和的密度相近，

4、钢中和的含量（质量百分数）可以近似用对应的面积百分数来估算。3.3.4 过共析钢4、以碳含量为1.2的铁碳合金为例。合金冷却时，从1点起自中结晶出，至2点全部结晶完了。在2-3点间冷却不变，从3点起，由中析出，呈网状分布在晶界上。至4点时的碳含量降为0.77，4-4点发生共析反应转变为，而 不变化。在4点-5点间冷却时组织不发生转变。因此室温平衡组织为+。在显微镜下，呈网状分布在层片状周围。图3.5 过共析钢结晶过程示意图含1.2的过共析钢的组成相为和；组织组成物为和，它们的相对质量为： 3.3.5 共晶白口铸铁5、以碳含量为4.3的铁碳合金为例，共晶白口铸铁的冷却曲线和平衡结晶过程如图3.6

5、所示。合金在1点发生共晶反应，由转变为（高温）莱氏体（+）。在1-2点间，中的不断析出。与共晶无界线相连，在显微镜下无法分辨，但此时的莱氏体由+组成。由于的析出，至2点时的碳含量降为0.77，并发生共析反应转变为；高温莱氏体转变成低温莱氏体(+)。从2-3点组织不变化。所以室温平衡组织仍为，由黑色条状或粒状和白色基体组成（见图3.12）。共晶白口铸铁的组织组成物全为，而组成相还是和，它们的相对重量可用杠杆定律求出。图3.6 共晶白口铸铁结晶过程示意图3.3.6 亚共晶白口铸铁 6、以碳含量为3的铁碳合金为例。合金自1点起，从中结晶出初生，至2点时的成分变为含4.3（的成分变为含2.11），发生

6、共晶反应转变为，而不参与反应。在2-3点间继续冷却时，初生不断在其外围或晶界上析出，同时中的也析出。至3点温度时，所有的成分均变为0.77，初生发生共析反应转变为；高温莱氏体也转变为低温莱氏体。在3点以下到4点，冷却不引起转变。因此室温平衡组织为+。网状分布在粗大块状的周围，则由条状或粒状和基体组成。 图3.7 亚共晶白口铸铁结晶过程示意图亚共晶白口铸铁的组成相为和。组织组成物为、和。它们的相对质量可以两次利用杠杆定律求出。先求合金钢冷却到2点温度时初生和的相对质量：通过共晶反应全部转变为，并随后转变为低温莱氏体，所以 = = = 41。再求3点温度时（共析转变前）由初生析出的及共析成分的的相对质量： 由于发生共析反应转变为，所以的相对质量就是46。3.3.7 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁的结晶过程与亚共晶白口铸