．简述过共晶白口铸铁的结晶过程发生共晶反应时的温度是 度？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2024-01-02 09:15 标签： 简述过共晶白口铸铁的结晶过程
铁碳合金相图是研究钢、生铁（铸铁）的基本工具。钢的含碳量小于2.11%，生铁（铸铁）的含碳量为2.11%～6.69%，大于6.69%的铁碳合金工业上没有使用价值。因此，目前铁碳合金相图的含碳量不是0～100%的完整的图形，而只研究0～6.69% C的部分，即Fe作为一个组元，含碳量6.69%的Fe3 C作为另一组元的Fe-Fe3 C二元合金相图。Fe-Fe3 C相图的左上角部分为包晶相图，生产中使用意义不大，为便于研究分析，将其进行简化，便得到简化后的Fe-Fe3 C相图，如图1.3.1所示。3.2.1　Fe-Fe3 C相图分析Fe-Fe3 C相图与其他二元合金相图一样，纵坐标表示温度，横坐标表示合金的成分，含碳量为0～6.69%，其中包含共晶和共析两种典型反应。Fe-Fe3 C相图中各特性点的含义见表1.3.1，Fe-Fe3 C相图中特性线见表1.3.2。应当指出，相图中各特性点的符号是国际通用的，不能随便更换。图1.3.1　简化后的Fe-Fe3 C相图表1.3.1　Fe-Fe3 C相图中的主要特性点表1.3.2　简化的Fe-Fe3 C相图中的特性线根据特性点和特性线的分析，简化Fe-Fe3 C相图主要有4个单相区：L，A，F，Fe3 C；5个双相区：L+ A，A+ F，L+ Fe3 C，A+ Fe3 C，F+ Fe3 C。3.2.2　典型铁碳合金结晶过程分析（1）铁碳合金分类根据含碳量和室温组织特点，铁碳合金可分为3类：①工业纯铁　w C≤0.021 8%，组织为F。②钢　0.021 8%≤w C≤2.11%，特点是高温固态组织为奥氏体，根据室温组织特点不同，又可分为3种：a.亚共析钢　0.021 8%＜w C＜0.77%，组织为F+ P；b.共析钢　w C= 0.77%，组织为P；c.过共析钢　0.77%＜w C＜2.11%，组织为P+ Fe3 C。③白口铸铁　2.11%＜w C＜6.69%，特点是高温均发生共晶反应生成莱氏体。按白口铸铁室温组织特点，也可分为3种：a.亚共晶白口铁　2.11%＜w C＜4.3%，组织为P+ Fe3 CⅡ+ L′d；b.共晶白口铁　w C= 4.3%，组织为L′d；c.过共晶白口铁　4.3%＜w C＜6.69%，组织为Fe3 CⅠ+ L′d。（2）典型铁碳合金结晶过程分析为了进一步了解铁碳合金的结晶过程及合金组织形成的规律，取几个典型成分的铁碳合金进行分析。1）共析钢（w C= 0.77%）图1.3.2中合金Ⅰ为共析钢，其冷却时组织转变过程如图1.3.3所示。当温度冷却到1点时，开始从液相中结晶出奥氏体，降至2点时液体全部转变为奥氏体，合金冷却到3点时，奥氏体将发生共析反应，即A0.77→P（F+ Fe3 C）。温度继续下降，珠光体不再发生变化，其室温组织为珠光体。图1.3.2　典型铁碳合金冷却时的组织转变过程分析珠光体的典型组织是铁素体和渗碳体呈层片相间组成，其显微组织如图1.3.4所示。2）亚共析钢图1.3.3　共析钢组织转变过程示意图图1.3.4　共析钢的显微组织图1.3.2中合金Ⅱ（w C= 0.45%）为亚共析钢。合金在3点以上冷却过程与合金Ⅰ相似，缓冷至3点时，从奥氏体中开始析出铁素体。随着温度降低，铁素体量不断增多，成分沿GP线变化，奥氏体量不断减少，成分沿GS线变化。温度降到PSK线时，剩余的奥氏体含碳量达到共析成分0.77%，即发生共析反应，转变为珠光体。4点以下冷却过程中，组织不再发生变化。因此，亚共析钢的室温显微组织是铁素体和珠光体，其冷却过程组织转变过程如图1.3.5所示。图1.3.5　亚共析钢组织转变过程示意图由于含碳量不同，亚共析钢组织中铁素体和珠光体的相对量不同。随着含碳量的增加，珠光体量增多，铁素体量减少。亚共析钢的显微组织如图1.3.6所示。3）过共析钢图1.3.2中合金Ⅲ（w C= 1.2%）为过共析钢。合金Ⅲ在3点以上的冷却过程与合金Ⅰ相似，当合金缓冷至3点时，奥氏体中含碳量达到饱和，继续冷却时，从奥氏体晶界中析出二次渗碳体，呈网状分布。随温度下降，Fe3 C不断增多，奥氏体成分沿ES线变化，温度降至PSK线时，奥氏体含碳量达到0.77%，即发生共析反应，转变成珠光体。4点以下至室温，组织不再发生变化。过共析钢的组织转变过程如图1.3.7所示，其室温组织是珠光体和网状二次渗碳体。所有过共析钢的结晶过程均与合金Ⅲ相似，只是随着含碳量不同，最终组织中珠光体和二次渗碳体的相对量也不同，图1.3.8为过共析钢在室温时的显微组织。图1.3.6　亚共析钢的显微组织图1.3.7　过共析钢组织转变过程示意图图1.3.8　过共析钢的显微组织4）共晶白口铁图1.3.2中合金Ⅳ（w C= 4.3%）为共晶白口铁。合金Ⅳ在1点以上是液相，当温度降至ECF（1 148℃）线时，液态合金发生共晶反应，即LC→Ld（A2.11+ Fe3 C），结晶出莱氏体。在1点以下，碳在奥氏体中的溶解度不断下降，二次渗碳体从共晶奥氏体中析出，但因共晶奥氏体的颗粒细小，并且被共晶渗碳体包围，因此所析出的二次渗碳体依附在共晶渗碳体上而无法分辨。当温度降至2点时，共晶奥氏体的含碳量降至0.77%，奥氏体发生共析转变，形成珠光体。因此，共晶白口铁室温组织是由珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体组成的混合物，称为变态莱氏体（低温莱氏体），用L′d表示。其结晶过程如图1.3.9所示。图1.3.9　共晶白口铁组织转变过程示意图室温下共晶白口铁显微组织如图1.3.10所示。图中黑色部分为珠光体，白色部分为渗碳体。图1.3.10　共晶白口铁的显微组织5）亚共晶白口铁2.11%＜w C＜4.3%，结晶过程与共晶白口铁基本相同，区别是共晶转变之前有先结晶相A形成，因此其室温组织为P+ Fe3 CⅡ+ L′d。结晶过程如图1.3.11所示，显微组织如图1.3.12所示，图中黑色点状、树枝状为珠光体，黑白相间的为莱氏体，二次渗碳体与共晶渗碳体在一起，难于分辨。图1.3.11　亚共晶白口铁组织转变过程示意图图1.3.12　亚共晶白口铁的显微组织6）过共晶白口铁4.3%＜w C＜6.69%，结晶过程同合金Ⅳ基本相似，只是在共晶转变前从液体中先结晶出一次渗碳体，其室温组织为：Fe3 CⅠ+ L′d。结晶过程如图1.3.13所示，显微组织如图1.3.14所示，图中白色板条状为一次渗碳体，基体为变态莱氏体。图1.3.13　过共晶白口铁组织转变过程示意图图1.3.14　过共晶白口铁的显微组织3.3　铁碳合金相图的应用3.3.1　含碳量对铁碳合金组织和力学性能的影响规律（1）含碳量对平衡组织的影响通过对铁碳合金结晶过程分析，铁碳合金的室温组织都是由铁素体和渗碳体两相组成，随着含碳量的增加，铁素体不断减少，而渗碳体逐渐增加，并且由于形成条件不同，渗碳体的形态和分布状态有所变化。室温下随着含碳量增加，铁碳合金平衡组织变化规律如下：F→F+ P→P→P+ Fe3 CⅡ→P+ Fe3 CⅡ+ L′d→L′d→L′d+ Fe3 CⅠ可见，随着含碳量增加，不仅渗碳体数量增加，而且，渗碳体形态也在发生变化。在亚共析钢和共析钢中，渗碳体呈片状或粒状（球状）形式分布在铁素体基体上（珠光体），含碳量超过0.77%时，渗碳体呈网状分布在晶界上，当形成莱氏体时，渗碳体又成为基体。（2）含碳量对力学性能的影响在铁碳合金中，渗碳体是强化相，当合金基体为铁素体时，渗碳体数量越多，合金的强度和硬度越高，但塑性和韧性有所下降。当渗碳体明显地以网状形态分布在珠光体边界上，尤其是作为基体或以条状形态存在时，铁碳合金的塑性和韧性急剧下降，强度也随之降低，这是高碳钢和白口铸铁脆性高的原因。含碳量对碳钢的力学性能的影响如图1.3.15所示。随着含碳量增加，钢的强度、硬度增大，而塑性和韧性下降，这是组织中渗碳体量不断增多，铁素体量不断减少的缘故。当w C＞0.9%时，钢的硬度不断增加，但由于二次网状渗碳体的存在，其强度明显下降。图1.3.15　含碳量对钢的力学性能影响为保证工业上应用的钢具有足够的强度并具有一定的塑性和韧性，其含碳量一般都不超过1.3%～1.4%。含碳量大于2.11%的白口铸铁又硬又脆，难以进行切削加工，应用较少，绝大多数作为炼钢原料。3.3.2　铁碳相图的应用相图是分析钢铁材料平衡组织和制订钢铁材料各种热加工工艺的基础资料，在生产实践中具有重大的现实意义。（1）合理选材相图表明了钢铁材料成分、组织变化规律，据此可判断出力学性能变化特点，从而为选材提供可靠的依据。例如，要求塑性、韧性好、焊接性能良好的材料，应选低碳钢；而要求硬度高、耐磨性好的各种工具钢，应选含碳量较高的钢。（2）制订各种热加工工艺1）铸造生产相图可估算钢铁材料的浇注温度，一般在液相线以上50～100℃；由相图可知，共晶成分的合金结晶温度较低，结晶温度区间最小，流动性好，体积收缩小，易获得组织致密的铸件，通常选择共晶成分的合金作为铸造合金。2）锻造工艺相图可作为确定钢的锻造温度范围依据。通常把钢加热到奥氏体单相区，塑性好，变形抗力小，易于成形。一般始锻温度控制在固相线以下100～200℃范围内，而终锻温度亚共析钢控制在GS线以上，过共析钢应在稍高于PSK线以上。3）焊接工艺焊接时焊缝及热影响区受到不同程度的加热和冷却，组织和性能会发生变化，相图可作为研究其变化规律的理论依据。4）热处理工艺相图是制订各种热处理工艺加热温度的重要依据。（3）Fe-Fe3 C相图的局限性①相图只反映了平衡条件下组织转变规律，它没有体现出时间的作用，因此实际生产中，冷却速度较快时不能用此相图分析问题。②相图只反映了铁碳二元合金中相平衡的关系，若钢中有其他合金元素，其平衡关系会发生变化。③相图不能反映实际组织状态，它只给出了相的成分和相对量的信息，不能给出形状、大小、分布等特征。
小伙伴们是不是感受到被铁碳相图支配的恐惧？面对这样的“拦路虎”，我们应该怎么拿下它呢？今天学姐带你一举攻破铁碳相图。基础知识1.三大反应（HJB、ECF、PSK为由上到下的三条横线）包晶反应（HJB）：由固相与剩余液相反应形成另一固相的转变。反应式：L（0.53）+δ（0.09）→γ（0.17）共晶反应（ECF）：由一个液相转变为两个不同固相的转变。反应式：L（4.3）→γ（2.11）+Fe3C（6.69）共析反应（PSK）：由一种固相转变为其他两个不同固相的转变。反应式：γ（0.77）→α（0.0218）+ Fe3C（6.69）2.相铁素体：碳在α-Fe中形成的间隙固溶体，通常用符号α或F表示。高温铁素体：碳在δ-Fe中形成的间隙固溶体，通常用符号δ表示。奥氏体：碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体，通常用符号γ或A表示。渗碳体：一种间隙化合物，属于正交晶系。3.组织珠光体：铁碳合金共析转变的产物，是共析铁素体和共析渗碳体层片状混合物，用符号P表示。莱氏体：铁碳相图共晶转变的产物，是共晶奥氏体和共晶渗碳体的机械混合物，用符号Ld表示。低温莱氏体：冷到C点以下，共晶奥氏体中不断析出二次渗碳体，它通常依附于共晶渗碳体上而不能分辨。温度降到727℃时，共晶奥氏体的含碳量降至0.77%，在恒温下转变为珠光体。最后得到的组织由珠光体分布在共晶渗碳体上所组成。室温下的莱氏体保留了高温下共晶转变产物的形态特征，称为低温莱氏体，用符号L’d表示。一次渗碳体：由液相直接析出的渗碳体，用符号Fe3CⅠ表示。二次渗碳体：由奥氏体中析出的渗碳体，用符号Fe3CⅡ表示。三次渗碳体：由铁素体析出的渗碳体，用符号Fe3CⅢ表示。经典题型下面是学姐能想到的关于铁碳相图所有经典的题型了。题型1：默画铁碳相图。题型2：写出三条横线的反应以及反应式。题型3：已知某成分，叙述此成分的冷却过程并画出此过程的冷却曲线图。题型4：计算室温下的相和组织的量。题型5：画出室温下的组织图。完整解答：题型1分析：很多学校的专业课（例如西工大）都要求考生能默画出铁碳相图，同学们第一眼看见这么复杂的图，肯定觉得是一件无法完成的事情，不要着急，学姐教你如何拆解铁碳相图。第一步：画出高温铁素体和铁素体的单相区域，1394℃、912℃、是2个同素异构的转变温度。0.09%、2.11%、0.0218%是碳在δ-Fe、γ-Fe和α-Fe中的最大溶解度。第二步：画出三条横线分别代表包晶反应、共晶反应、共析反应。1495℃、1148℃、727℃是三个反应的温度。0.17%、4.3%、0.77%是三个反应点的成分。第三步：画出液相线，代表开始析出固相的临界线。第四步：根据三个反应的具体情况画出相应的两相区。第五步：标上字母，补充细节即可。题型2分析：这道题目就很简单了，根据我们基础知识写出即可。包晶反应（HJB）：由固相与剩余液相反应形成另一固相的转变。反应式：L（0.53）+δ（0.09）→γ（0.17）共晶反应（ECF）：由一个液相转变为两个不同固相的转变。反应式：L（4.3）→γ（2.11）+Fe3C（6.69）共析反应（PSK）：由一种固相转变为其他两个不同固相的转变。反应式：γ（0.77）→α（0.0218）+ Fe3C（6.69）题型3分析：冷却过程是比较麻烦的题目，因为成分是随机给定的，因此我们需要将不同成分点冷却过程熟记于心，学姐先以最复杂的成分为大家做解答（3%）。冷却过程：合金从液相开始冷却，到达液相线发生匀晶转变L→γ，生成奥氏体；奥氏体和液相的成分随着JE和BC线变化，到达共晶线时，剩余的液相发生共晶转变L4.3→γ2.11+Fe3C6.69，形成莱氏体；随着温度的继续下降，匀晶转变形成的奥氏体析出二次渗碳体，莱氏体中的奥氏体析出的渗碳体依附于共晶渗碳体上不能分辨；温度下降至共析温度，匀晶转变生成剩余的奥氏体发生共析转变γ（0.77）→α（0.0218）+ Fe3C（6.69）生成珠光体P，莱氏体中剩余的奥氏体也发生共析转变γ（0.77）→α（0.0218）+ Fe3C（6.69）生成珠光体，但它依附于共晶渗碳体上，形成低温莱氏体L’d。室温下的组织为：P+L’d+ Fe3CⅡ室温下的相为：α+ Fe3C冷却曲线图：题型4分析：这算是铁碳相图的一个难点，需要用到杠杆定律。相的含量：
α的相对量：（6.69-3）/（6.69-0.0008）*100%=55.16%
FeC的相对量：（3-0.0008）/（6.69-0.0008）*100%=44.82%题型5分析：室温下由P+L’d+ Fe3CⅡ组成。补充知识各种成分的室温组织：工业纯铁：α+Fe3CⅢ亚共析钢：α+P共析钢：P过共析钢： P +Fe3CⅡ亚共晶白口铸铁：P +Fe3CⅡ+L’d共晶白口铸铁：L’d过共晶白口铸铁：Fe3CⅠ+ L’d以上就是今天的全部内容了，你还想看哪个知识点的解答呢？快来给学姐留言吧！

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