包晶反应和其对合金的影响

由铁碳相图的左上角部分（见图6-49）可知，碳在α-Fe和δ-Fe中的固溶体分别叫α铁素体和δ铁素体，碳在γ-Fe中的固溶体叫奥氏体。碳在δ-Fe中的最大溶解度为0.09%或0.10%（图中H点），在1495℃时发生包晶反应，即δ-Fe[w（C）=0.10%]、γ-Fe[w（C）=0.17%或0.18%，图中J点]和液相[w（C）=0.53%或0.51%，图中B点]三相共存。

图6-49 铁碳相图

δ-Fe（固体）+L（液体）→γ-Fe（固体）(www.xing528.com)

也就是说w（C）=0.10%～0.53%的铁碳合金都有包晶反应的发生。它的凝固过程是：当钢液浇到模子里，当模壁附近液体温度降到液相线温度（T_L）时，从液体中结晶出的固体为δ-Fe，并以树枝晶形式长大。当液体温度低于1495℃时，发生包晶反应δ-Fe+L→γ-Fe，也就是围绕δ-Fe树枝晶形成γ-Fe包层，构成了δ-Fe+γ-Fe+液体三个相界面。γ相（奥氏体）的长大是随着温度继续降低，碳原子通过相界面扩散，使δ相和液体消耗殆尽，全部变成γ相为止。

碳和溶质元素在δ-Fe中的扩散速度较大，δ-Fe的树枝晶较细，所以δ相中偏析小。大多数合金包晶反应进行得不完全，引起严重的显微偏析。为了消除显微偏析，应在略低于包晶反应线（或固相线）进行高温扩散退火。钢在凝固过程中发生包晶反应，伴随这一转变会出现较大的体积变化和线收缩，是钢锭和连铸坯产生热裂纹的原因。