根據鐵碳相圖,對圖中所示六種典鐵碳合金(見圖1-12)的結晶過程進行分析如下:
1.共析鋼(含碳量0.8勢)的結晶過程,如圖中合金①所示,當溫度在1點以上時,合金處于完全液體狀態。當溫度降至1點并有過冷現象時,開始從液態合金中析出奧氏體。繼續冷至1?2點之間,從液態合金中不斷析出奧氏體。液相的濃度沿BC線變化,奧氏體的濃度沿JE線變化。
奧氏體的晶體在液態合金中,一般以樹核狀自由長大。當冷到2點凝固終了時,其組織為單相奧氏體。在2?3點區間保持單相奧氏體,相的濃度等于合金的成分,所以沒有成分和組織的變化。
在3點(723°C)時共析成分(含碳暈0.8%)的奧氏體發生共析轉變,r1→a+Fe3C7,即形成珠光體,在3點以下至室溫,不再發生組織變化,其最終為片狀鐵素體與滲碳體構成的珠光體。其結晶過程如示意圖1-13。
2.亞共析鋼(含碳量0.3%)的結晶過程可由圖中合金②看出,在1點以上合金處于液體狀態,冷至1點開始從液態合金中析出固溶體。在1?2點之間為L+&相。
HJB為包晶線,因而在2點將發生包晶反應;LB+&H→γJ。反應結果產生J成分的奧氏體。由于合金濃度線位于包晶點J的右側,因此到包晶反應結束時,仍有過剩的液相存在。
2?3點為L+γ兩相區,在該區冷卻時將從液態合金中繼續析出奧氏體。液相濃度沿BC線變化,奧氏體濃度沿JE線變化。到3點時合金全部凝固終了,變為單相奧氏體。3?4點為單相奧氏體區,在冷卻時合金不產生組織變化。
當合金冷卻到4點時,將開始從奧氏體中析出鐵素體。在緩慢冷卻時鐵素體易在奧氏體晶界上形成。合金在4?5之間隨著溫度的下洚,從奧氏體中不斷析出鐵素體。此時奧氏體濃度沿線變化,鐵素體沿GP線變化。
合金冷至5點(723℃)時,將發生共柝轉變;γS→α+Fe3C。即含有0.8%碳的奧氏休全部轉變為珠光體。此時,原先析出的鐵素體仍保持不變,共析轉變結束后,其組織將為鐵素體+珠光體所組成。合金在5點以下至室溫,基本沒有組織變化,仍為鐵素體+珠光體。
該合金的結晶過程示意如圖1-14所示。根據杠桿定律,在室溫時其珠光體與鐵素體的總童比為:
Qp÷Qa=Pd÷Sd