铁碳相图翻译（正式版）

第二部分 铁碳合金 第六节 铁碳合金相图

铁碳合金即钢和铸铁是在现代工程中使用的最重要的金属合金。在铸铁和钢的产量上超过了超过10种其他材料的产量。

在这一章中讨论的铁碳合金相图将给铁碳合金的结构提出主要概念：钢和铸铁。它们已被普遍采用的铁碳合金称为钢（高达百分之二的碳含量）或铸铁（超过百分之二的碳含量）。在现代的工程，不过“钢” 一词也是适用于一些特殊的含有少量的碳或甚至是有害的杂质铁基合金 （我们将在本书后面讨论）。为了避免误解“钢”或“铸铁”将应用于铁含量超过 50%的铁合金的和铁含量少50%的合金。这种划分在科学不是严格的，不过其应用在明确的工程目的上。1868 年才开始铁碳合金相图以及铁碳合金的热处理工艺的研究。当 D.K.Chernoy发表了他的著名报告 ' 批判性地审查Kalakutsky先生和Kalakutsky先生关于铁和铁枪的论文以及D.K.Tschernoff个人相同主题的调查，在那一年，物理冶金才成为一门科学。

Chernov博士是第一个在列举工作中假设那些既定的关键点应

该会出现在钢铁中，而它们出现的位置则要取决于碳的结构。换句话来说，他是第一个给出了铁碳图示观念的人。

之后的一段时间，Chernov用绘图的方式表达了他的关于碳的关键位置的不同所产生的影响的观念，他还画出了铁碳的主要曲线图。 关于铁碳合金及其内部结构的图示的工作是及其庞大的，我们所获得的知识主要来源于学者们的研究成果。

关于铁碳合金内部图示的研究主要集中在上个世纪的后25年里。

Chernov博士通过金属回火的颜色决定了那些关键点在钢中的位置。1866年，F.Osmond，一个杰出的法国学者，用一个燃火器（刚刚由H.L.LeChatelier发明）更加精确的确定了那些关键点在钢中的位置，他通过那些关键点描述出了钢内部微结构所产生的过渡变化，并且给铁碳合金中的重要组成命了名。

钢在加热时固体溶液的组成是被英国的R.Austen发现的，而法国的H.l.LeChatelier和俄国的冶金学家A.A.Baikov和N.T.Gudsov则通过直接绘图的实践方式证实了这一点。

对这些数据和平衡阶段的理论的应用已经被加拿大的W.Gibbs发现了，而荷兰的G.Roseboom和R.Austen则研究出了铁碳图示的第一个版本。但由于数据不足，他们无法完全构造出和真实的平衡状态阶段相一致的图示。仅仅在上个世纪末，德国的P.Gerens才利用先辈们的经验和关于微结构和热量的最新成果.，将和现在的形式非常相近的铁碳微结构图示出版在了他的书里。之后有关合金方法总结的改进

引起了非常大的，虽然不是很根本的对于图示的修正。关于铁碳图示的研究现在还在继续，随着时间的推移，一些对图示的微小改正也在不断进行，特别是对平衡状态线位置的修正。对合金更纯要求的精确方法在被不断总结，尽管没有特别根本的变化出现。

从名字就可以清楚的知道，铁碳图示中，可以从百分百的铁扩散到百分百的碳。铁和碳可以组成一种化学混合物：Fe3C（混合铁碳），我们称之为铁碳联合体。

在上文有关于稳定化合物本质图表的理解里，可以看出，一种稳定的化合物可以作为合金的一部分，而且这个图表也可以分成几部分来理解。

现在我们只分析从100%纯铁到含不同比例渗碳体的铁碳合金的图表，

这不仅简化了我们测试整个系统的任务，还证明了有着重要实际作用的铁合金都含有不超过5%的碳。

因此，当我们分析从纯铁到铁碳体部分的铁碳合金构造图表的时候，我们可以了解到铁和渗碳体全是整个系统的组成部分。这对我们接下来学习个部分组成的性能与构造是必须的。

大规模的钢铁的生产方式是上个世纪中叶发现的。与此同时对于铁和它的合金的最初的金相学研究也开始展开了。

在20世纪30年代，P.P.Amosov，一个苏联的金相学家，采用了光学显微镜来观察钢铁的构造和经过锻造火热处理后的改变。在其它国家，第一个显微镜检测法的应用实在20世纪60年代，被用来研究铁陨石的构造。

不久，被证明了这个陨铁的构造和普通铁的构造是相似的（严格来说，陨铁是一种铁和镍的合金，主要是因为在穿越大气层时后产生了大量的热。）更重要实际用途是有关于铁和铁合金的金相学研究，这取决于它的成分和热处理条件等。P.P.Amosov最早开始这样的研究，比H.C.sorby和A.WIDMANSTATTEN。sorby曾经绘制出很精确的有关于她在显微镜里所看到的图形构造。表6-2里珠光体的结构就是他绘制的。（与现代显微镜照相技术里的珠光体比较，图6-14）。这之后不久，铁碳合金的显微镜成像出现在专业的书本里，在本世纪初，A.A.Rzheshotarsky等人最早发表了的有关于铁基合金的金相学的宏观论文。

和其他金属一样，铁没有完全纯净的，经常包含着其它的杂质。非常纯净的铁只含有0.01%或者更少的杂质，可以通过高炉直接减少杂质获得。但是商业用铁（也就是我们通常所说的工业纯铁）是大规模大批量生产出来的，被应用的更加普遍。商业用铁一般的纯度是99.8%-99.9%，含有0.1%-0.2%的杂质其中包括0.02%的碳，0.1%的铜，和微量的其他成分。

商业纯铁的数据会在接下来的章节中给出。

1，上溯到古代，钢铁的生产是通过原始的无效率的方法。 2，这不是偶然，最初的金相学家都是天文学家

3，高纯度的铁和其他金属的性能大体上和哪些商业纯金属不同。

铁的熔点为1539℃（±5℃）。

在固态下，铁有两种多晶形转变（或同素异形转变）：α-Fe和Υ-Fe。 α-Fe和Υ-Fe的晶格结构以及多晶形转变的平衡温度可见于2-15。 其中，一个重要的现象是α-Fe可以在两个温度范围下存在：911℃以下和1392℃到1539℃。对于这个现象，可能是由于系统的自由能在不同的温度存在差异而引起。（可见于图6-3）。

在911℃以下和1392℃以上两个温度范围了，α-Fe的自由能比Υ-Fe的要少。在911℃至1392℃之间，面心立方晶格的自由能更低。这就是为什么加热到911℃时，α-Fe开始转变为Υ-Fe；还有加热到1392℃①时，Υ-Fe转变为α-Fe。高温情况下，α-Fe没有其他形式的同素异形转变。

铁的机械特性可以通过以下数值②表示：

① 同素异形转变的温度来源于用纯合金所获得的最新的数据。可用近似值1535℃、1400℃和910℃代替1539℃、1392℃和911℃。 ② 通过多重精炼的纯铁的同素异形转变温度的数据在最近的出版物（D.S.Kamenetskaya,1974）上公布。数据表明极限强度是5 kgf/mm2，屈服极限是2.5 kgf/mm2。

由于各种因素的影响，铁的性能可能会有所偏差（例如，晶粒粗糙减小强度）

在768°C，铁经历一个磁性的转变。在那个温度以上变成非磁性。（见第二章2-7）

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