零讀雜談（熱處理三）

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呵呵，看到有大俠評(píng)價(jià)說(shuō)教材久遠(yuǎn)。是時(shí)間挺長(zhǎng)的了，雖然不至于是文革時(shí)期。79年吧。我比較喜歡老教材，當(dāng)然新教材也看，必然很多東西有更科學(xué)的解釋。之所以選這么一本老書(shū)，是因?yàn)樗那腥朦c(diǎn)淺顯，然后配合其他教材，才容易理解和深入。這是我的一種習(xí)慣，希望各位理解。
也有大俠提問(wèn)，問(wèn)到了純鐵、石墨性質(zhì)變化的問(wèn)題。也問(wèn)到了為什么熱處理會(huì)產(chǎn)生各種機(jī)械性能的改變。問(wèn)得挺好，不過(guò)，這些問(wèn)題問(wèn)得有些早。慢慢看吧，后面會(huì)搞明白的。另外，我寫(xiě)得會(huì)比較慢，因?yàn)榇_實(shí)沒(méi)有太多的時(shí)間在網(wǎng)上泡著。著急的大俠不妨自己去讀讀書(shū)。哈哈。
不多扯了，今天說(shuō)鐵碳合金相圖。
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0 q8 L4 K8 A* y% I& I4 l- P4 M讀書(shū)：《金屬材料及熱處理》　陸大纮　許晉堃　合編
0 U& L3 O- ^# K5 Y' ]% S　　　人民鐵道出版社
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　　　雜談三
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鐵——滲碳體系合金狀態(tài)圖
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鐵碳合金相圖是熱處理的重要支持。它切實(shí)反映了各種合金的組織、成分與溫度的關(guān)系及變化規(guī)律。它既是一種總結(jié)，同時(shí)，也是指導(dǎo)熱處理方式的基石。
我們先從學(xué)習(xí)碳鋼的相圖開(kāi)始。當(dāng)然，這里先說(shuō)一句，下面你看到的相圖會(huì)同以往的有所不同。呵呵。
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上圖，中間的部分就是標(biāo)準(zhǔn)的碳鋼鐵碳和金相圖。左右兩部分則是用來(lái)形成相圖的參考曲線圖。
首先，我們說(shuō)說(shuō)相圖的形成，或者叫相圖的制作。
相圖是利用一系列鐵碳合金在凝固及固態(tài)組織轉(zhuǎn)變時(shí)有熱放出的原理制作的。一般選擇6種含碳量狀態(tài)記錄制作。
即 合金（1）0% Ｃ　100%Fe
( `( W  F' Q* u! U    合金（2）0.01% Ｃ　99.99%Fe
* I% F. w' B( e$ }" f    合金（3）0.02% Ｃ　99.98%Fe
: f( S" K* F, h4 L( w    合金（4）0.45% Ｃ　99.55%Fe
    合金（5）0.8% Ｃ　99.2%Fe
    合金（6）1.2% Ｃ　98.8%Fe
0 [3 ?! r* a# c9 [6 n1 ^選擇好合金后，將各合金加熱到1600度，以極緩慢的速度冷卻下來(lái)，每隔一定時(shí)間對(duì)溫度取一讀書(shū)。以溫度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，畫(huà)出各合金得冷卻曲線。尋找各曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，再將每個(gè)合金的轉(zhuǎn)折點(diǎn)置于以溫度為縱坐標(biāo)，含碳量為橫坐標(biāo)的圖中，將意義相同的轉(zhuǎn)折點(diǎn)用光滑的曲線連接起來(lái)，得到最后簡(jiǎn)化過(guò)的相圖。比如上圖。
. A; s" `2 q& e5 ?& ?5 m( Z8 S這里要說(shuō)，用實(shí)驗(yàn)法測(cè)繪相圖時(shí)，為了數(shù)據(jù)精確，會(huì)同時(shí)采用多種方法，比如熱分析法、膨脹儀法、x線衍射法等。

針對(duì)已經(jīng)測(cè)繪得到的相圖，圖中各自母標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的意義等參見(jiàn)下圖。
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接著。我們學(xué)習(xí)和記錄下相圖中各曲線的意義。
1。AC和AE線。
3 b$ [; k( }$ B" m: E" aAC線是液態(tài)線。AC線即是合金開(kāi)始凝固的溫度界限。我們也很容易看到，隨著含碳量的增加，合金的凝固起始溫度逐漸降低。
9 Y+ u0 C7 [' C必須要說(shuō)的是，AC線反應(yīng)的是過(guò)冷度為0或者很小時(shí)的情況。這個(gè)我們前面有說(shuō)過(guò)。
AE線固態(tài)線。AE線以下，所有合金呈現(xiàn)固態(tài)。在AE與AC線之間的部分，合金處于液態(tài)與奧氏體混合的狀態(tài)。
含碳量對(duì)于凝固有著很大的影響。從相圖中看，含碳量決定了凝固溫度的高低和凝固溫度范圍的寬窄。含碳量越高，凝固溫度越低，范圍越寬。
2。GS線和GP線。
GS線表示不同含碳量奧氏體冷卻時(shí)開(kāi)始向鐵素體轉(zhuǎn)變的問(wèn)題。GP線是不同含碳量奧氏體冷卻時(shí)完全轉(zhuǎn)變成鐵素體的溫度。
7 q! Z5 d% B, H! l8 t7 \3。ES線。
ES線是奧氏體隊(duì)碳的溶解度曲線。ES線上各點(diǎn)是該溫度下奧氏體中溶碳達(dá)到飽和的點(diǎn)。因此，從E點(diǎn)到S點(diǎn)，我們能夠清晰的看到，奧氏體的飽和碳溶碳量從1147度時(shí)的2.06%降低到723度時(shí)的0.8%。所有過(guò)飽和的狀態(tài)都會(huì)導(dǎo)致在ES線溫度以下時(shí)候析出Fe3CII。
4。PQ線。
PQ線表示鐵素體含碳量隨溫度變化的最大溶碳量變化。從723度的0.02%一直到0度時(shí)的0.008%。含碳量高于PQ線的合金，在冷卻時(shí)會(huì)從鐵素體中析出Fe3CIII。這種析出在鐵素體晶界上的物質(zhì)，會(huì)使得鐵素體的塑性和韌性降低。但一般碳鋼中因?yàn)橹楣怏w的存在，F(xiàn)e3CIII的含量及其微小。
5。PSK線。
PSK線可以認(rèn)為是奧氏體的終結(jié)線。在PSK線的含碳量范圍內(nèi)，當(dāng)溫度低于723度時(shí)，所有的奧氏體或者參與奧氏體都會(huì)變成鐵素鐵或者珠光體亦或者二者的混合物或珠光體和Fe3CII的混合物。其中，S點(diǎn)為共析點(diǎn)。在S點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含碳量下0.8%， 奧氏體會(huì)在723度同時(shí)發(fā)生鐵素體和滲碳體的共析反應(yīng)，得到珠光體組織。這種可逆的轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變。
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搞明白了相圖的基本意思，下面說(shuō)說(shuō)三種典型的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程。（插一句，這里用的相圖實(shí)際上是一種簡(jiǎn)略相圖，相圖中沒(méi)有涉及高溫鐵素體同液態(tài)金屬的共存相等。關(guān)于這部分，后面的時(shí)候，再通過(guò)其他材料補(bǔ)完）
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１。含碳量0.8%的碳鋼相變（共析鋼轉(zhuǎn)變）
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我們依舊回頭去看上面的相圖。過(guò)S點(diǎn)豎直畫(huà)一條直線。這條直線對(duì)應(yīng)的就是共析鋼的相變過(guò)程。所以，我們很容易看到，共析鋼從14點(diǎn)（大約1500度）開(kāi)始凝固，到15點(diǎn)（大約1420度）完成凝固全部轉(zhuǎn)變?yōu)楹剂?.8%的奧氏體組織。再繼續(xù)降溫到723度（S）以下全部轉(zhuǎn)變?yōu)楹F素體88%滲碳體12%的珠光體組織。并最終在室溫狀態(tài)下，由于鐵素體溶碳能力的降低而析出Fe3CII組織。
這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，共析鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變珠光體過(guò)程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體是同時(shí)進(jìn)行的，故此稱為共析。

; O0 a- M, }; e9 c, O9 e$ h3 u$ R2。以含碳量為0.45%的碳鋼為例的含碳量低于0.8%的碳鋼相變（亞共析鋼轉(zhuǎn)變）

我們對(duì)照相圖，分析P點(diǎn)和S點(diǎn)之間的部分。（含碳量0.02%以下的碳鋼也屬于亞共析鋼，但卻相對(duì)特殊。因?yàn)槠洳恍纬芍楣怏w組織，故個(gè)人不將其列入亞共析鋼轉(zhuǎn)變的過(guò)程分析中 。但正體思路相同，只是不存在共析，沒(méi)有滲碳體組織。）亞共析鋼同樣在AC線開(kāi)始凝固，在AE線完成奧氏體轉(zhuǎn)變。但壓共析鋼從GS線開(kāi)始，優(yōu)先析出含碳量0.2%的鐵素體組織。在析出鐵素體的同時(shí)，剩余奧氏體組織的含碳量不斷升高，在某一溫度點(diǎn)碰觸GS線開(kāi)始維持飽和奧氏體組織狀態(tài)繼續(xù)析出鐵素體。直至723度時(shí)，剩余的飽和奧氏體組織全部共析轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織。同樣的，壓共析鋼特別是含碳量低于0.02%的碳鋼，在溫度降低到室溫時(shí)，也析出Fe3CII組織。
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: T3 g% Z5 l5 u3 U! X3。以含碳量為1.2%的碳鋼為例的含碳量高于0.8%的碳鋼相變（過(guò)共析鋼轉(zhuǎn)變）

( p, d" P' }# X5 x  q' B9 O同樣，我們依舊對(duì)照相圖，分析SE點(diǎn)之間的部分。過(guò)共析鋼在AC線開(kāi)始凝固，在AE線完成奧氏體轉(zhuǎn)變。但是從E點(diǎn)開(kāi)始，所有低于SE線溫度下的過(guò)共析鋼都會(huì)因?yàn)閵W氏體組織在該溫度時(shí)溶碳能力不足而優(yōu)先析出Fe3CII組織。在析出Fe3CII的同時(shí)，剩余奧氏體組織的含碳量不斷降低。直至723度時(shí)，剩余的飽和奧氏體組織全部共析轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織。
因?yàn)檫^(guò)共析鋼優(yōu)先析出二次滲碳體（Fe3CII），通過(guò)前面一次雜談，我們可以知道二次滲碳體存在于原奧氏體晶界處。滲碳體作為一種脆硬組織，因此存在大量滲碳體和二次滲碳體的過(guò)共析鋼整體呈現(xiàn)高硬度低塑性韌性的特點(diǎn)。特別是當(dāng)滲碳體在晶界上呈現(xiàn)連續(xù)網(wǎng)狀時(shí)，塑性、韌性以及強(qiáng)度都將大幅下降。
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  {! E! g3 ^7 H/ T& d7 a鐵碳相圖對(duì)生產(chǎn)有著重要的意義。它既是制定一切熱加工和熱處理的基礎(chǔ)，同時(shí)說(shuō)明了鋼種含碳量對(duì)鋼組織的影響。但必須要在這次雜談的末尾指出的是，雜談到現(xiàn)在所講都是以純碳鋼為前提的闡述和討論，實(shí)際中，鐵碳相圖還會(huì)受到各種雜志和其他合金元素的影響。對(duì)于這種影響，在后面的雜談里，我會(huì)通過(guò)《合金鋼與熱處理工藝學(xué)》一書(shū)進(jìn)行記錄和介紹。另外，以上我們所討論的過(guò)程變化，都是基于緩慢降溫的前提。而在實(shí)際生產(chǎn)中，我們又必須考慮過(guò)冷度的影響。這些，我們會(huì)在后面詳細(xì)的說(shuō)。

好了。今天就說(shuō)這么多。歡迎大家討論
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sqmqlt

謝謝，分享

heweiweibaby

要好好理解一下！

大頭0929

感謝樓主分享

zerowing

我看大家沒(méi)啥興趣嘛。不妨討論個(gè)話題。
4 G* g' k) n* z9 O/ S4 K$ k8爺曾經(jīng)在講35號(hào)鋼冷鐓螺栓的時(shí)候提到個(gè)極細(xì)化晶粒的問(wèn)題。大意是熱處理中使材料不完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，以獲得極細(xì)微晶粒（估計(jì)是8級(jí)晶粒度）。哪位大俠可以結(jié)合著亞共析鋼的轉(zhuǎn)變談?wù)勥@個(gè)過(guò)程該咋玩？哈哈。

yxd198911

期待后續(xù)

改怎么稱呼

以前經(jīng)常看材料方面的書(shū)但是理解起來(lái)還是很慢，而且記不住

設(shè)計(jì)者AF

靜下心來(lái)，好好學(xué)習(xí)來(lái)自: Android客戶端

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拜讀中，先頂一個(gè)

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深入淺出，期待樓主的第四篇文章