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金属材料液态成形基础解析——合金的结晶与二元合金相图(三)

时间: 2011-07-12 02:04 来源: 作者: 点击:

(2) 发生共晶反应的合金的结晶 

    1) 共晶相图 

    两组元在液态无限互溶,在固态有限溶解(或不溶),并在结晶时发生共晶转变所构成的相图称为二元共晶相图。那么什么是共晶转变呢? 

    共晶转变是指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。其转变产物为共晶组织,或称共晶体。 

    现以简化后的高温部分Fe-Fe3C相图为例说明这类相图的一些特点。 

图2-1-18 高温部分的Fe-Fe3C相图 

    2) 相图分析 

    ① 组元

    该相图的组元为纯Fe和Fe3C。 

    ② 相

    合金系中有三种相,Fe和C形成的液相用“L”表示;C溶于γ-Fe中形成的有限固溶体叫奥氏体用“A”来表示;Fe3C是铁和碳形成的金属化合物,在冷却的过程中成分不变。 

    ③ 相图中的点 

    A点为纯铁的熔点,D点Fe3C的熔点,E点为碳在A中最大溶解度为2.11%,F点为Fe3C在1148℃的成分,C点是共晶点。 

    具有C点成分的(碳含量4.3%)液相,冷却至1148℃时,会从液相同时结晶出两种不同固相(E成分的A和F点成分的Fe3C),发生共晶转变: 
           1148℃
     LcAE+(Fe3C)F
             1148℃
     L4.3Ld4.3

    这种共晶组织称莱氏体,用符号“Ld”表示。 

    ④ 线 

    ACD线为液相线、AECF为固相线,ECF 为共晶线,凡是ωc>2.11%的液态合金缓冷到该线时(1148℃)均要发生共晶转变,转变成莱氏体(Ld)。EEˊ线是碳在奥氏体中的溶解度曲线。碳在奥氏体中的溶解度在1148℃时最大,随着温度的下降溶解度下降。 

    ⑤ 相区 

    相图由七个区组成:三个单相区(L、A、Fe3C);三个双相区(A+L、L+Fe3C、A+Fe3C);一个三相共存区
                     1148℃
           L4.3Ld4.3( A2.11+Fe3C6.69)

    3)合金的结晶过程 

    ①共晶成分合金ωc=4.3%结晶过程图2-37    (动画2-22) 

动画2-1-15 共晶白口铸铁一次结晶过程 

    c点温度以上为液体,当温度降至与ECF线相交的C点温度)时,即 
                 1148℃
       L4.3Ld4.3( A2.11+Fe3C6.69)

    形成莱氏体。由共晶转变形成的奥氏体和渗碳体又分别称为共晶奥氏体、共晶渗碳体。随着温度继续下降,共晶体Ld中的奥氏体成分会沿着EEˊ线变化并不断析出Fe3C,从奥氏体中析出的Fe3C叫Fe3CⅡ。因此,合金在2’点的组织Ld(A+Fe3CⅡ+Fe3C共晶  )。二次渗碳体在组织中与莱氏体中的共晶渗碳体混为一体,难以辨认。 

    ②亚共晶白口铁的结晶过程分析

    图中合金为ωc=3.0%的亚共晶白口铁。合金在l点温度以上为液体,缓冷至l点温度时,从液体中开始结晶出奥氏体。随着温度继续下降,奥氏体量不断增多,成分沿AE线变化;液体量不断减少,成分沿AC线变化。温度降到与ECF线相交的2点时,剩余液体成分达到共晶成分(ωc=4.3%),于是这部分液体发生共晶转变,形成莱氏体。温度再继续下降,奥氏体的成分沿ES线变化,并不断析出二次渗碳体。合金在3ˊ点的组织为(A+Fe3CⅡ+Ld)。 


动画18  亚共晶白口铸铁一次结晶过程 

    ③过共晶白口铁结晶过程分析


动画19  过共晶白口铸铁一次结晶过程 

    图中合金为ωc=5.0%的过共晶白口铁。在l点温度以上为液相,当温度缓冷至1点时,从液相中开始结晶出条状一次渗碳(Fe3CⅠ)。温度不断下降,结晶出的一次渗碳体量不断增多,剩余的液体量不断减少,其成分沿CD线变化。当缓冷到与ECF 线相交的2点温度时,液体中碳的含量达到共晶成分,于是这部分剩余的液体将发生共晶转变,形成莱氏体。在2点至3′点温度间冷却时,同样由莱氏体中的奥氏体析出二次渗碳体,但莱氏体的组织中难以辨认。在3′点合金的组织为(Ld+Fe3CⅠ)。 

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