杠桿定理計算鐵碳合金

1、二元相圖的計算3.3.1 工業(yè)純鐵1、以含碳0.01的鐵碳合金為例，其冷卻曲線（如圖3.2）和平衡結(jié)晶過程如下。合金在1點以上為液相。冷卻至稍低于1點時，開始從中結(jié)晶出，至2點合金全部結(jié)晶為。從3點起，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?，?點全部轉(zhuǎn)變完了。4-5點間冷卻不變。自5點始，從中析出。在晶界處生核并長大，至6點時全部轉(zhuǎn)變?yōu)?。?-7點間冷卻不變。在7-8點間，從晶界析出。因此合金的室溫平衡組織為+。呈白色塊狀；量極少，呈小白片狀分布于晶界處。若忽略，則組織全為。 圖3.2工業(yè)純鐵結(jié)晶過程示意圖3.3.2 共析鋼2、含碳0.77%，其冷卻曲線和平衡結(jié)晶過程如圖3.3所示。合金冷卻時，于1點起從中結(jié)晶出，至2

2、點全部結(jié)晶完了。在2-3點間冷卻不變。至3點時，發(fā)生共析反應(yīng)生成。從3點繼續(xù)冷卻至4點，皆不發(fā)生轉(zhuǎn)變。因此共析鋼的室溫平衡組織全部為，呈層片狀。共析鋼的室溫組織組成物也全部是，而組成相為和，它們的相對質(zhì)量為：碳含量2.116.69;圖3.3 共析鋼結(jié)晶過程示意圖3.3.3 亞共析鋼3、以含碳0.4的鐵碳含金為例。合金冷卻時，從1點起自中結(jié)晶出，至2點時，成分變?yōu)?.53，變?yōu)?.09，發(fā)生包晶反應(yīng)生成，反應(yīng)結(jié)束后尚有多余的。2點以下，自中不斷結(jié)晶出，至3點合金全部轉(zhuǎn)變?yōu)椤Ｔ?-4點間冷卻不變。從4點起，冷卻時由中析出，在晶界處優(yōu)先生核并長大，而和的成分分別沿和線變化。至5點時，的成分變?yōu)?.7

3、7，的成分變?yōu)?.0218。此時發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)椋蛔兓?。?點繼續(xù)冷卻至6點，合金組織不發(fā)生變化，因此室溫平衡組織為+。呈白色塊狀；呈層片狀，放大倍數(shù)不高時呈黑色塊狀。碳含量大于0.6的亞共析鋼，室溫平衡組織中的常呈白色網(wǎng)狀，包圍在周圍。圖3.4 亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖含0.4的亞共析鋼的組織組成物（和）的相對質(zhì)量為：發(fā)生共析反應(yīng)的那一段直線碳含量0.02180.77；組成相（和）的相對質(zhì)量為：碳含量0.02186.69由于室溫下的含碳量極微，若將中的含碳量忽略不計，則鋼中的含碳量全部在中，所以亞共析鋼的含碳量可由其室溫平衡組織來估算。即根據(jù)的含量可求出鋼的含碳量為：。由于和的密度相近，

4、鋼中和的含量（質(zhì)量百分數(shù)）可以近似用對應(yīng)的面積百分數(shù)來估算。3.3.4 過共析鋼4、以碳含量為1.2的鐵碳合金為例。合金冷卻時，從1點起自中結(jié)晶出，至2點全部結(jié)晶完了。在2-3點間冷卻不變，從3點起，由中析出，呈網(wǎng)狀分布在晶界上。至4點時的碳含量降為0.77，4-4點發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?，?不變化。在4點-5點間冷卻時組織不發(fā)生轉(zhuǎn)變。因此室溫平衡組織為+。在顯微鏡下，呈網(wǎng)狀分布在層片狀周圍。圖3.5 過共析鋼結(jié)晶過程示意圖含1.2的過共析鋼的組成相為和；組織組成物為和，它們的相對質(zhì)量為： 3.3.5 共晶白口鑄鐵5、以碳含量為4.3的鐵碳合金為例，共晶白口鑄鐵的冷卻曲線和平衡結(jié)晶過程如圖3.6

5、所示。合金在1點發(fā)生共晶反應(yīng)，由轉(zhuǎn)變?yōu)椋ǜ邷兀┤R氏體（+）。在1-2點間，中的不斷析出。與共晶無界線相連，在顯微鏡下無法分辨，但此時的萊氏體由+組成。由于的析出，至2點時的碳含量降為0.77，并發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椋桓邷厝R氏體轉(zhuǎn)變成低溫萊氏體(+)。從2-3點組織不變化。所以室溫平衡組織仍為，由黑色條狀或粒狀和白色基體組成（見圖3.12）。共晶白口鑄鐵的組織組成物全為，而組成相還是和，它們的相對重量可用杠桿定律求出。圖3.6 共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程示意圖3.3.6 亞共晶白口鑄鐵 6、以碳含量為3的鐵碳合金為例。合金自1點起，從中結(jié)晶出初生，至2點時的成分變?yōu)楹?.3（的成分變?yōu)楹?.11），發(fā)生

6、共晶反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?，而不參與反應(yīng)。在2-3點間繼續(xù)冷卻時，初生不斷在其外圍或晶界上析出，同時中的也析出。至3點溫度時，所有的成分均變?yōu)?.77，初生發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椋桓邷厝R氏體也轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體。在3點以下到4點，冷卻不引起轉(zhuǎn)變。因此室溫平衡組織為+。網(wǎng)狀分布在粗大塊狀的周圍，則由條狀或粒狀和基體組成。 圖3.7 亞共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程示意圖亞共晶白口鑄鐵的組成相為和。組織組成物為、和。它們的相對質(zhì)量可以兩次利用杠桿定律求出。先求合金鋼冷卻到2點溫度時初生和的相對質(zhì)量：通過共晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)?，并隨后轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體，所以 = = = 41。再求3點溫度時（共析轉(zhuǎn)變前）由初生析出的及共析成分的的相對質(zhì)量： 由于發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?，所以的相對質(zhì)量就是46。3.3.7 過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程與亞共晶白口鑄