典型铁碳合金的平衡结晶和室温组织特征

1.共析钢

图3-8中合金Ⅰ为共析钢。当液态合金缓慢冷却到与液相线AC相交的1点时，开始从液相中结晶出奥氏体。随着温度的下降，奥氏体量逐渐增多，其成分沿AE线变化，而剩余液相逐渐减少，成分沿AC线变化。冷却至2点时，液相全部结晶为与原合金成分相同的奥氏体。在2～S点温度范围内为单一的奥氏体。待冷却至S点时，奥氏体将发生共析转变，同时析出P点成分的铁素体和K点成分的渗碳体，转变成铁素体和渗碳体层片相间的机械混合物，即珠光体。在S点以下继续冷却时，铁素体成分沿PQ线变化，将析出三次渗碳体，三次渗碳体与共析渗碳体混在一起，不易分辨，且数量极少，可忽略不计。因此共析钢在室温的组织是珠光体，如图3-5所示。

共析钢在冷却过程中的组织转变情况如图3-9所示。

图3-9　共析钢在冷却过程中的组织转变示意图

2.亚共析钢

图3-8中合金Ⅱ为亚共析钢。亚共析钢在3点以上温度冷却过程与共析钢在S点以上相似。当缓慢冷却到与GS线相交的3点时，开始从奥氏体中析出铁素体，随着温度的降低，铁素体量逐渐增多，其成分沿GP线变化，而奥氏体量逐渐减少，成分沿GS线向共析成分接近。当冷却到与PSK线相交的4点时，剩余奥氏体达到共析成分，将在共析温度下发生共析转变而形成珠光体。温度继续下降，从铁素体中析出极少量三次渗碳体可忽略不计。因此亚共析钢在室温的组织是铁素体+珠光体。亚共析钢在冷却过程中的组织转变情况，如图3-10所示。

图3-10　亚共析钢在冷却过程中的组织转变

所有亚共析钢的室温组织都是铁素体+珠光体，但随着碳的质量分数的增加，组织中珠光体的量增多，铁素体的量减少。如图3-11所示是不同成分亚共析钢的室温组织，图3-11中白色部分为铁素体，黑色部分为珠光体。

图3-11　不同成分亚共析钢的室温组织

3.过共析钢

图3-8中合金Ⅲ为过共析钢。过共析钢在3点以上温度冷却过程与共析钢在S点以上相似。当缓慢冷却到与ES线相交的3点时，奥氏体中的溶碳量达到饱和，随着温度的降低，多余的碳以二次渗碳体的形式析出，并以网状形式沿奥氏体晶界分布。随着温度的降低，二次渗碳体量逐渐增多，而奥氏体量逐渐减少，奥氏体成分沿ES线向共析成分接近。当冷却到与PSK线相交的4点时，剩余奥氏体达到共析成分，将在共析温度下发生共析转变而形成珠光体。温度继续下降，组织不再变化。因此过共析钢在室温的组织是珠光体+网状二次渗碳体。过共析钢在冷却过程中的组织转变情况，如图3-12所示。

图3-12　过共析钢在冷却过程中的组织转变示意图

所有过共析钢的室温组织都是珠光体+网状二次渗碳体，但随着碳的质量分数的增加，组织中二次渗碳体的量逐渐增多，珠光体的量逐渐减少，当wC=2.11％时，二次渗碳体的量达到最大，其值为22.6％。如图3-13所示是过共析钢的室温组织，图中呈片状黑白相间的部分为珠光体，白色网状为二次渗碳体。

图3-13　过共析钢的室温组织（碱性苦味酸钠腐蚀）

4.共晶白口铸铁(www.xing528.com)

图3-8中合金Ⅳ为共晶白口铸铁。当共晶白口铸铁缓慢冷却到C点时将发生共晶转变，即从液态合金中同时结晶出E点成分的奥氏体和F点成分的渗碳体的机械混合物，即莱氏体。在C点以下继续冷却时，莱氏体中奥氏体将析出二次渗碳体，随着温度的下降，二次渗碳体的量不断增多，而奥氏体的量不断减少，其成分沿ES线向共析成分接近。当温度下降至与PSK线相交的1点时，奥氏体达到共析成分，将发生共析转变析出珠光体，二次渗碳体保留到室温。因此共晶白口铸铁在室温的组织是珠光体和渗碳体（共晶渗碳体+二次渗碳体）组成的两相组织，即低温莱氏体，如图3-6所示。

共晶白口铸铁冷却过程中的组织转变情况，如图3-14所示。

图3-14　共晶白口铸铁冷却过程中的组织转变示意图

5.亚共晶白口铸铁

图3-8中合金V为亚共晶白口铸铁。当亚共晶白口铸铁缓慢冷却到与AC线相交的1点时，开始从液相中结晶出奥氏体。随着温度的下降，奥氏体量逐渐增多，其成分沿AE线变化，而剩余液相量逐渐减少，其成分沿AC线向共晶成分接近。当冷却到与共晶线ECF相交的2点时，剩余液相达到共晶成分，将发生共晶转变形成莱氏体，此时的组织为奥氏体+莱氏体。随着温度的继续下降，奥氏体的成分将沿着ES线向共析成分接近，并不断从先结晶出来的奥氏体和莱氏体中的奥氏体析出二次渗碳体。当温度下降至与PSK线相交的3点时，奥氏体达到共析成分，将发生共析转变析出珠光体，二次渗碳体保留到室温。因此亚共晶白口铸铁室温的组织是珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体，亚共晶白口铸铁冷却过程中的组织转变情况如图3-15所示。显微组织如图3-16所示，图中黑色块状或树枝状为珠光体，珠光体周围白色网状为二次渗碳体，黑白相间的基体为低温莱氏体。

图3-15　亚共晶白口铸铁冷却过程中的组织转变情况

所有亚共晶白口铸铁的室温组织都是珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体，但随着碳的质量分数的增加，低温莱氏体的量增多，珠光体量减少。

6.过共晶白口铸铁

图3-8中合金Ⅵ为过共晶白口铸铁。当过共晶白口铸铁缓慢冷却到与CD线相交的1点时，开始从液相中结晶出一次渗碳体。随着温度的下降，一次渗碳体量逐渐增多，剩余液相量逐渐减少，其成分沿CD线向共晶成分接近。当冷却到与共晶线ECF相交的2点时，剩余液相达到共晶成分，将发生共晶转变形成莱氏体，此时的组织由莱氏体和一次渗碳体组成。随着温度的继续下降，合金的组织变化与共晶、亚共晶白口铸铁基本相同，即冷却至3点莱氏体转变成低温莱氏体，继续冷却合金组织不再变化。过共晶白口铸铁室温组织是低温莱氏体+一次渗碳体，过共晶白口铸铁冷却过程中的组织转变情况如图3-17所示。过共晶白口铸铁的显微组织如图3-18所示，图中白色条状为一次渗碳体，基体为低温莱氏体。

图3-16　亚共晶白口铸铁的显微组织

图3-17　过共晶白口铸铁冷却过程中的组织转变

图3-18　过共晶白口铸铁的显微组织

所有过共晶白口铸铁的室温组织都是低温莱氏体加一次渗碳体，但随着碳的质量分数的增加，一次渗碳体的量增多，低温莱氏体量减少。