在铁碳合金的研究当中，最主要的工具是铁碳合金相图，在研究铸铁以及碳钢的温度、性能、成分以及组织之间关系的时候有着重要的作用，也是各种热加工工艺的基础。铁碳合金相图其实就是Fe-Fe3C相图，纯铁以及Fe3C作为基本组员组成了铁碳合金。铁在固态的情况下，有着不同的结构，而不同结构的铁和碳则可以形成相应的固溶体，在铁碳合金相图中的固溶体都是间隙固溶体，主要包括渗碳体、奥氏体以及铁素体。铁碳合金相图是各种热加工工艺的基础以及依据，也是分析钢铁材料的重要工具。

 

1、 铁碳合金相图的应用

 

      1）对铸铁和碳钢的铸造融化加热温度进行预估。在铸造工艺当中，第一步就是合金的加热融化，只有把合金加热到相图上的液态区间中，才可以继续进行铸造。根据铁碳合金相图可以知道，在铸造性方面，钢是不如铸铁的，主要原因就是铸铁的结晶温度相对来说比较低，凝固的温度间隔几乎没有，这样就能够让铸铁得到更小的体积收缩以及流动性，也能够相对容易地获得组织致密的铸件。而在铸钢件中，结晶温度相对来说比较窄，液、固之间的距离也比较小，这样就导致了铸钢的流动性和收缩性都不如铸铁，也容易出现偏析和分散缩孔的情况，铸件里面的应力也比较大，容易出现开裂以及变形的情况。

 

     2）对碳钢锻造的加热温度进行预估。锻造是成型的一种很常用的工艺，材料的塑性变形原理就是锻造的基础。而在材料的整个塑性变形的过程当中，锻造加热是其中必不可少的一步，起着非常重要的作用。通过铁碳合金相图，可以知道，铁碳合金的含碳量越低，就越容易在高温下得到变形抗力小、塑性好的单相奥氏体，成形比较容易。因此，可以利用铁碳合金相图的这个特性来对碳钢锻造的加热温度进行预估。为了可以让塑性变形这个过程更加的顺利，一般要将始锻温度控制在固相线以下100到200℃ ；而在终锻温度的选择上，则要根据材料的不同来具体选择，如亚共析钢，终锻温度应稍高于GS线，而过共析钢的终锻温度则要在ES线与PSK线之间。

 

     3）对热处理的加热温度进行预估。在热处理工艺上，可以通过铁碳合金相图来进行直观的分析。在目前，业内的不同种类的材料所使用的热处理工艺都是以铁碳合金相图作为基础来制定的，因此也可以通过对铁碳合金相图的分析来相对容易的获得加热温度。如钢的热处理工艺，该工艺的参考依据便是铁碳合金相图的左下角部分，其中的固溶线、同素异构转变线以及共析转变线是在平衡的条件之下，钢发生组织转变的三条温度线，也称为临界点。可以通过对这三条线的分析，来确定共析钢、亚共析钢以及过共析钢的完全奥氏体化温度，这样就能够根据完全奥氏体化温度的数值来制定出相应的热处理工艺。

 

     4）对已知碳含量的合金在任意温度之下的平衡状态进行确定。在平衡状态之下，铁碳合金的组织、温度以及成分三者之前存在的关系都可以通过铁碳合金相图来进行分析，也可以根据铁碳合金相图来对合金在某温度下的显微组织进行确定。例如要想知道含碳量为0.5%的合金在1200℃下的组织，就可以使用以下的方法来进行确定：在横坐标为0.5%C的点向上作一条直线，再在纵坐标为1200℃的点向右作一条直线，再观察这两条直线的交点，通过这两条直线的交点就可以对显微组织进行确定。

 

     5）为选材提供参考。铁碳合金的含碳量的多少对于其性能以及显微组织有着非常重要的作用，因此在选择铁碳合金的时候，要根据不同的需要来选择对应的铁碳合金。通过铁碳合金相图可以知道，钢的室温平衡组织因为有珠光体的存在，使得它的力学性能相比于铸铁来说更好，因此可以广泛地来制造机械零件或者工程结构件；而铸铁的液态结晶过程中因为有共晶转变而使得它的铸造性相比于碳钢来说更好，可以制造结构复杂的耐磨铸件。在过共析钢中，组织中的网状Fe3C11会随着含碳量的增加而增多，使得钢的强度有所降低，脆性增加。因此在实际的应用当中，钢的含碳量并没有达到2.11%，目的就是让钢的综合机械性能有一定的保证，而在工业生产当中，碳钢的含碳量也不会超过1.35%这个标准。在目前，由于生产技术的不断发展，对钢铁材料的要求也越来越高，如果要改变碳钢的共析点，可以加入适量的合金，这样就能够提高钢的强度和硬度；在材料的研制中，铁碳合金相图也可以作为预测的基本依据。

 

      6）对碳钢的淬透性进行分析。碳钢的淬透性就是其结构淬火的能力大小，通常使用淬硬层深度来表示碳钢的淬透性。钢的一个重要工艺性能指标就是淬透性，淬透性的好坏对于选材以及工艺的制定非常的重要。如淬透性好的材料就可以制造成截面性能一致的零件；淬透性好的钢在进行淬火时，为了避免淬火应力过大，应该用冷却能力较弱的淬火介质来进行淬火等。在对钢的淬透性进行分析的时候，通常要结合C曲线来进行，凡是能够对C曲线进行影响的因素都能够对钢的淬透性进行影响。在碳钢当中，最容易影响C曲线的就是钢的含碳量。钢的过冷奥氏体越稳定的话，淬透性也越好，根据这个特性就可以对过冷奥氏体的稳定性进行比较，从而分析出钢的淬透性的好坏。

 

2、 使用铁碳合金相图要注意的问题

 

     1）铁碳合金相图反映的是在平衡的条件之下，铁碳合金的组织状态。而由于相图并不能对时间进行有效的反映，因此在实际生产的过程当中，当冷却速度比较快时，合金的临界点会与相图有差异。

 

     2）铁碳合金相图反映的只是反映铁碳二元合金系中相的平衡关系。而在实际的生产过程当中，很多合金并不只是由铁和碳构成，还存在着许多杂质以及其他的金属元素，这些因素也会对铁碳合金相图的准确度造成影响。

 

3、 结语

 

      在研究铁碳合金的时候，铁碳合金相图是非常重要的工具，在研究铸铁以及碳钢的温度、性能、成分以及组织之间关系的时候有着非常重要的作用，也是各种热加工工艺的基础，因此必须要更好地利用铁碳合金相图，让它可以应用到更多的地方。

 

 

来源：黔西南民族职业技术学院

关键词： 铁碳合金相图