杠桿定律在典型Fe—Fe₃C合金中的應(yīng)用與實踐

陳熙 吳道懿

【摘要】Fe-Fe3C合金相圖作為《工程材料及熱處理》課程的重點內(nèi)容，而不同含碳量的Fe-Fe3C合金在不同溫度下出現(xiàn)的相組分和組織組分各不相同，并且相組分和組織組分的含量也不盡相同。相組分和組織組分含量的各異性直接影響Fe-Fe3C合金的使用性能和工藝性能。本文充分利用杠桿定律確定不同成分的Fe-Fe3C合金下相組分和組織組分的含量從而判定Fe-Fe3C合金的使用性能和工藝性能。

【關(guān)鍵詞】Fe-Fe3C合金相圖；杠桿定律；相組分；組織組分；工藝性能

一、引言

在《工程材料與熱處理》【1】這門課程中，F(xiàn)e-Fe3C合金相圖的分析無疑是作為重點和難點進行引導(dǎo)。對于初學者來講，要在短時間內(nèi)掌握Fe-Fe3C合金相圖提出了較大的難度，并且對FFe-Fe3C合金相圖在不同溫度、不同含碳量下的相組分和組織組分的掌握就更需要一定的技巧性。為了快速掌握不同成分的Fe-Fe3C合金在不同溫度點各相組分、組織組分的含量，這就需要應(yīng)用杠桿定律。因此，可利用杠桿定律來解決給定含碳量的Fe-Fe3C合金在給定溫度下處于兩相平衡狀態(tài)時，各相組分、組織組分所占的比率，并分析得出一定規(guī)律。

二、Fe-Fe3C合金相圖簡介

Fe-Fe3C合金相圖是研究鐵碳合金的基礎(chǔ)。當碳含量Wc<0.0218%（Wc>6.69%）時，室溫下的相組分為單相F（Fe3C）對杠桿定律不起作用。因此，本文討論的Fe-Fe3C合金相圖實際是簡化后的Fe-Fe3C合金相圖（如圖1所示），相圖中的兩個組元是Fe和Fe3C。

在圖1中特性點A（Wc=0，1538℃）為純鐵的熔點。點C（Wc=4.3%，1148℃）稱為共晶點。點D（Wc=6.69%，1227℃）為Fe3C的熔點。點E（Wc=2.11%，1148℃）為碳在A中的最大溶解度。點F（Wc=6.69%，1148℃）為Fe3C的成分。點G（Wc=0%，929℃）為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點。點K（Wc=6.69%，727℃）為Fe3C的成分。點P（Wc=0.0218%，727℃）為碳在F中的最大溶解度。點S（Wc=0.77%，727℃）稱為共析點。點Q（Wc=0.0057%，600℃）碳在F中的溶解度。

在圖1中典型的特性線有如下：AC線稱為鐵碳合金的液相線，液態(tài)合金開始結(jié)晶出A。CD線稱為鐵碳合金的液相線，液態(tài)合金開始結(jié)晶出Fe3C。AE線稱為鐵碳合金的固相線，即A的結(jié)晶終了線。ECF線稱為鐵碳合金的固相線，即共晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)。GS線又稱A3線，A轉(zhuǎn)變?yōu)镕的開始線。GP線為A轉(zhuǎn)變?yōu)镕的終了線，ES線又稱Acm線，碳在A（或γ-Fe）中固溶線。PQ線為碳在F中固溶線。PSK又稱A1線，共析轉(zhuǎn)變線。

三、杠桿定律概述

1.兩平衡相及其成分的確定如圖2所示，若要確定成分為WNi=x%的Cu-Ni合金，在t溫度下是由哪兩個相組成以及各相的成分時，可通過該合金線上相當于t溫度的c點作水平線acb，水平線兩端所接觸的兩個單相區(qū)L和α，就是該合金在t溫度時共存的兩個相。水平線兩端與液相線及固相線的交點a、b在成分坐標上的投影，分別表示t溫度下液相和固相的成分，即液相L的成分為WNi=x1%，固相α的成分為WNi=x2%。

2.兩平衡相相對量的確定，設(shè)圖2所示的WNi=x%的合金的總質(zhì)量為m，在t溫度時，合金中液相質(zhì)量為mL，固相質(zhì)量為mα。通過計算，可求得此時合金中液相與固相的質(zhì)量比和水平線acb被合金線分成兩線段的長度成反比，即

五、結(jié)論

1、杠桿定律只能用于成分確定、溫度確定下合金中各相組分和組織組分的相對含量；

2、杠桿定律只適用于兩相區(qū)；

3、杠桿定律在使用時應(yīng)該準確找到支點和合金的成分點；

4、必須分清相組分和組織組分兩個概念。

參考文獻

[1]何人葵，劉樹.工程材料與熱處理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2015.

[2]陳婕，柏子剛.杠桿定律在鐵碳合金相圖中的應(yīng)用[J].青年與社會，2010.7：96-97.