關于鐵碳相圖

    鐵碳相圖又稱鐵碳狀態圖。它以溫度為縱坐標，碳含量為橫坐標,表示在接近平衡條件（鐵-石墨）和亞穩條件（鐵－碳化鐵）下（或極緩慢的冷卻條件下）以鐵、碳為組元的二元合金在不同溫度下所呈現的相和這些相之間的平衡關系。
　　 早在 1868 年，俄國學者切爾諾夫（Д．к．Чернов）就注意到只有把鋼加熱到某一溫度”a”以上再快冷,才能使鋼淬硬,從而有了臨界點的概念。至1887～1892年奧斯蒙（F.Osmond）等利用熱分析法和金相法發現鐵的加熱和冷卻曲線上出現兩個駐點，即臨界點A₃和A₂，它們的溫度視加熱或冷卻 (分別以A_c和A_r表示)過程而異。奧斯蒙認為這表明鐵有同素異構體，他稱在室溫至A₂溫度之間保持穩定的相為α鐵；A₂～A₃間為β鐵；A₃以上為γ鐵。1895年，他又進一步證明，如鐵中含有少量碳,則在690或710℃左右出現臨界點,即A_r1點,標志在此溫度以上碳溶解在鐵中,而在低于這一溫度時,碳以滲碳體形式由固溶體中分解出來,隨鐵中碳量提高，A_r3下降而與A_r2相合,然后斷續下降，至含碳為0.8～0.9％時與A_r1合為一點。1904年又發現A₄至熔點間為δ鐵。以上述臨界點工作的成果為基礎，1899年羅伯茨－奧斯汀（W.C.Roberts-Austen）制定了第一張鐵碳相圖；而洛茲本 (H.W.Bakhius Roozeboom)更首先在合金系統中應用吉布斯(Gibbs)相律,于1990年制定出較完整的鐵碳平衡圖。隨著科學技術的發展，鐵碳平衡圖不斷得到修訂，日臻完善。目前采用的鐵碳平衡圖示于圖1，圖中各重要點的溫度、濃度及含義如下表所列。當鐵中含碳量不同時，得到的典型組織。

    鐵碳平衡圖釋義 純鐵有兩種同素異構體,在912℃以下為體心立方的α－Fe；在912～1394℃為面心立方的γ-Fe;在1394～1538℃(熔點)又呈體心立方結構,即δ－Fe。當碳溶于α－Fe時形成的固溶體稱鐵素體(F)、溶于γ-Fe時形成的固溶體稱奧氏體(A)，碳含量超過鐵的溶解度后，剩余的碳可能以穩定態石墨形式存在，也可能以亞穩態滲碳體(Fe₃C)形式存在。Fe₃C有可能分解成鐵和石墨穩定相。但這過程在室溫下是極其緩慢的；即使加熱到700℃，Fe₃C分解成穩定相也需幾年(合金中含有硅等促進石墨化元素時,Fe₃C穩定性減弱)，石墨雖然在鑄鐵(2～4％C)中大量存在,但在一般鋼(0.03～1.5％C)中卻較難形成這種穩定相。Fe－Fe3C平衡圖有重要的意義并得到廣泛的應用。圖1中的實線繪出亞穩的 Fe-Fe₃C系；虛線和相應的一部分實線表示穩定的Fe-C（石墨）系；平衡圖中絕大多數線是根據實驗測得的數據繪制的；有些線，如Fe₃C的液相線，石墨在奧氏體中溶解度等是由熱力學計算得出的。

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