金属学与热处理 理1000 Y+Fe: C a+Fe C Fr+Fe, C Fr+G ll48115 温度/℃ 图83铁碳合金双重相图 图84铸铁中各种组织自由能随温度而变化的曲线 ①当温度高于1154℃时,由于共晶液体的自由能值F最低,因此不会发生任何相变。 ②当合金过冷到1154℃~1148℃范围时,共晶液体自由能F高于(奥氏体十石墨)共 晶体的自由能FG,因此发生液体→奥氏体+石墨的共晶转变 ③当合金过冷到1148℃温度以下时,共晶液体的自由能FL高于(奥氏体十石墨)共晶 体的自由能F+G,也高于(奥氏体+渗碳体)共晶体的自由能F+Fe3C,而形成奥氏体+石墨, 自由能差更大,热力学条件对铸铁石墨化有利。 由上述可知,从热力学上讲碳在结晶过程中倾向于形成石墨,但凝固过程不仅仅取决 于热力学条件,还和动力学条件有关。 2)动力学条件 铸铁能否进行石墨化除了取决于热力学条件外,还取决于和石墨化有关的动力学条 件。共晶成分铸铁的液相含碳量为4.3%,渗碳体的含碳量为667%,而石墨的含碳量接近 于100%,液相与滲碳体的含碳量差较小。从晶体结构的相似程度来分析,滲碳体的晶体结 构比石墨更相近于液相。因而,液相结晶时有利于渗碳体晶核的形成。与此相反,石墨的 形核和长大时,不仅需要碳原子通过扩散而集中,还要求铁原子从石墨长大的前沿作相反 方向扩散,故石墨较难长大。而渗碳体的结晶长大过程,主要依赖于碳原子的扩散,并不 要求铁原子作长距离的迁移,所以长大速度快。可见,结晶形核和长大过程的动力学条件 都是有利于渗碳体的形成。当结晶冷却速度(过冷度)増大时,动力学条件的影响表现得更 为强烈 铸铁的石墨化过程 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。石墨既可以从液体和奥氏体中析出 也可以通过渗碳体分解来获得。灰铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析岀:可锻铸 铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火,由渗碳体分解而得到。灰铸铁的石墨化过程 按Fe-G图进行(见图85)。·162· 金属学与热处理 ·162· 图 8.3 铁碳合金双重相图 图 8.4 铸铁中各种组织自由能随温度而变化的曲线 ① 当温度高于 1154℃时，由于共晶液体的自由能值 FL最低，因此不会发生任何相变。 ② 当合金过冷到 1154℃～1148℃范围时，共晶液体自由能 FL 高于(奥氏体＋石墨)共 晶体的自由能 Fγ+G，因此发生液体→奥氏体+石墨的共晶转变。 ③ 当合金过冷到 1148℃温度以下时，共晶液体的自由能 FL 高于(奥氏体＋石墨)共晶 体的自由能 Fγ+G，也高于(奥氏体+渗碳体)共晶体的自由能 Fγ+Fe3C，而形成奥氏体＋石墨， 自由能差更大，热力学条件对铸铁石墨化有利。 由上述可知，从热力学上讲碳在结晶过程中倾向于形成石墨，但凝固过程不仅仅取决 于热力学条件，还和动力学条件有关。 2) 动力学条件 铸铁能否进行石墨化除了取决于热力学条件外，还取决于和石墨化有关的动力学条 件。共晶成分铸铁的液相含碳量为 4.3%，渗碳体的含碳量为 6.67%，而石墨的含碳量接近 于 100%，液相与渗碳体的含碳量差较小。从晶体结构的相似程度来分析，渗碳体的晶体结 构比石墨更相近于液相。因而，液相结晶时有利于渗碳体晶核的形成。与此相反，石墨的 形核和长大时，不仅需要碳原子通过扩散而集中，还要求铁原子从石墨长大的前沿作相反 方向扩散，故石墨较难长大。而渗碳体的结晶长大过程，主要依赖于碳原子的扩散，并不 要求铁原子作长距离的迁移，所以长大速度快。可见，结晶形核和长大过程的动力学条件 都是有利于渗碳体的形成。当结晶冷却速度(过冷度)增大时，动力学条件的影响表现得更 为强烈。 3. 铸铁的石墨化过程 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。石墨既可以从液体和奥氏体中析出， 也可以通过渗碳体分解来获得。灰铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸 铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。灰铸铁的石墨化过程 按 Fe-G 图进行(见图 8.5)