钢的结晶转变及平衡组织探究

在铁碳相图中，钢可分为亚共析钢[w（C）为0.0218%～0.77%]、共析钢[w（C）为0.77%]、过共析钢[w（C）为0.77%～2.11%]。

1.共析钢

共析钢的w（C）为0.77%，此合金在相图中的位置为共析点S。其结晶冷却过程见图1-18。从液态冷却至1～2点间，合金按匀晶转变结晶出奥氏体。随着温度降低结晶出奥氏体的量越来越多，剩余的液相随之减少。当冷却到2点时结晶结束，凝固完成，合金全部结晶为w（C）为0.77%的奥氏体。随后在图中2点到3（S）点之间冷却，奥氏体没有变化。冷却到3点时在恒温下发生共析转变，奥氏体转变产物是w（C）为0.0218%的铁素体和渗碳体，称为珠光体（P），一直到共析反应全部转变完成。

图1-18 共析钢结晶冷却过程示意图

2.亚共析钢

以w（C）为0.45%的钢为例，其结晶冷却过程见图1-19。在1～2点之间发生匀晶转变，从液态中析出δ固溶体。冷却到1459℃的2点时，δ固溶体的w（C）为0.09%，液相的w（C）为0.53%，发生恒温包晶转变，L+δ→A，形成奥氏体。包晶反应终了，仍然有液态金属存在，在2～3点之间冷却，从液相中继续结晶出奥氏体。冷却到3点时，合金全部由w（C）为0.45%的单相奥氏体组成。

单相的奥氏体冷却到4点时，开始析出铁素体。随着温度下降，铁素体不断增多，其碳含量沿GP线变化，而剩余奥氏体的碳含量则沿GS线变化。当温度达到5点时，剩余奥氏体的w（C）达到0.77%，发生共析转变形成珠光体。在5点以下，先共析铁素体中析出数量很少的三次渗碳体。

亚共析钢冷却到室温后的平衡组织为铁素体+珠光体。(www.xing528.com)

3.过共析钢

图1-19 亚共析钢结晶冷却过程示意图

以w（C）为1.2%的钢为例，其结晶冷却过程见图1-20。在结晶过程中，在1～2点温度区间按匀晶转变结晶出奥氏体，冷至2点以下为单相奥氏体。当冷至3点与ES线相遇时，开始析出二次渗碳体，至4点与共析线相交为止，这种先共析渗碳体一般沿着奥氏体晶界呈网状析出。随着二次渗碳体析出，奥氏体碳含量沿ES线变化。当温度降至4点时，正好奥氏体中的w（C）降至0.77%，然后在727℃恒温下发生共析转变，形成珠光体，直至室温。

图1-20 过共析钢结晶冷却过程示意图

过共析钢冷却到室温后的平衡组织为珠光体和二次渗碳体。