（2）典型合金的冷却过程分析
图2-29 典型铁碳合金结晶过程示意图
① 共析钢的冷却过程分析
如图2-29所示，过Wc=0.77%的点作一条垂直于横轴的垂线（合金线）Ⅰ，与相图分别交于1、2、3（S ）点温度，以这三点温度为界，分析其冷却过程。

合金在1点以上全部为液相(L)，当缓冷至与AC 线相交的1点温度时，开始从液相中结晶出奥氏体(A)，奥氏体的量随温度下降而增多，其成分沿AE 线变化，剩余液相逐渐减少，其成分沿AC 线变化。

冷至2点温度时，液相全部结晶为与原合金成分相同的奥氏体。

2～3点(即S 点)温度范围内为单一奥氏体。

冷至3点(727℃)时，发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体，构成交替重叠的层片状两相组织，称为珠光体，其共析转变式为：
这种在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两种一定成分的固相转变，称为共析转变。

共析转变在恒温下进行，该温度称为共析温度；发生共析转变的成分称为共析成分，共析成分是一定的；共析转变后的组织称为共析组织或共析体。

共析转变后的铁素体和渗碳体又称共析
铁素体和共析渗碳体。

由于在固态下原子扩散较困难，故共析组织均匀、细密。

在3点以下继续缓冷时，铁素体成分沿PQ线变化，将有少量三次渗碳体（Fe3CⅢ）从铁素体中析出，并与共析渗碳体混在一起，不易分辨，而且在钢中影响不大，故可忽略不计。

共析钢冷却过程如图2-30所示，其室温组织为珠光体。

图2-30 共析钢结晶过程示意图
珠光体力学性能介于铁素体与渗碳体之间，即强度较高，硬度适中，有一定塑性。

珠光体的显微组织如图2-31所示
②亚共析钢冷却过程分析
图2-29中合金Ⅱ为W c=0.45％的亚共析钢。

合金Ⅱ在3点以上的冷却过程与共析钢在3点以上相似。

当合金冷至与GS线相交的3点时，开始从奥氏体中析出铁素体。

在3～4点之间，组织为奥氏体和铁素体，温度缓冷至4点时，剩余奥氏体的碳的质量分数达到共析成分(W c=0.77％)，发生共析转变形成珠光体。

温度继续下降，由铁素体中析出极少量的三次渗碳体（可忽略不计）。

故其室温组织为铁素体和珠光体，其冷却过程如图2-32所示。

图2-32 亚共析钢结晶过程示意图
所有亚共析钢的冷却过程均相似，其室温组织都是由铁素体和珠光体组成。

所不同的是随碳的质量分数的增加，珠光体量增多，铁素体量减少。

亚共析钢的显微组织如图2-33所示，图中白色部分为铁素体，黑色部分为珠光体。

③过共析钢冷却过程分析
图中合金Ⅲ为W c=1.2％的过共析钢。

合金Ⅲ在3点以上的冷却过程与共析钢在3点以上相似。

当合金冷至与ES线相交的3点时，奥氏体中碳的质量分数达到饱和，碳以二次渗碳体Fe3CⅡ的形式析出，呈网状沿奥氏体晶界分布。

继续冷却，二次渗碳体量不断增多，奥氏体量不断减少，剩余奥氏体的成分沿ES线变化。

当冷却到与PSK线相交的4点时，剩余奥氏体碳的质量分数达到共析成分(W c=0.77％)，故奥氏体发生共析转变，形成珠光体。

继续冷却，组织基本不变。

其室温组织为珠光体和网状二次渗碳体。

冷却过程如图2-34所示。

图2-34 过共析钢结晶过程示意图
所有过共析钢的室温组织都是由珠光体和网状二次渗碳体组成的。

不同的是随碳的质量分数的增加，网状二次渗碳体量增多，珠光体量减少。

过共析钢的显微组织如图2-35所示，图中呈片状黑白相间的组织为珠光体，白色网状组织为二次渗碳体。

④共晶白口铸铁的冷却过程分析
图2-29中合金Ⅳ为W c=4.3%的共晶白口铸铁。

合金在1点(即C点)温度以上为液相。

缓冷至1点温度(1148℃)时，发生共晶转变，即从一定成分的液相中同时结晶出奥氏体和渗碳体。

共晶转变后的奥氏体和渗碳体又称共晶奥氏体和共晶渗碳体。

由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，称为莱氏体，用符号Ld表示，其转变式：
1148℃
Lc P（F P+Fe3C）
莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差。

继续冷却，从共晶奥氏体中不断析出二次渗碳体，奥氏体中的碳的质量分数沿ES线向共析成分接近，当缓冷至2点时，奥氏体的碳的质量分数达到共析成分，发生共析转变，形成珠光体，二次渗碳体保留至室温。

因此，共晶白口铸铁的室温组织是由珠光体和渗碳体(二次渗碳体和共晶渗碳体)组成的两相组织，即低温莱氏体
图2-36 共晶白口铸铁结晶过程分析
（Ld/）。

共晶白口铸铁的冷却过程如图2-36所示。

其显微组织如图2-37所示，图中黑色部分为珠光体，白色基体为渗碳体(其中共晶渗碳体与二次渗碳体混在一起，无法分辨)。

⑤亚共晶白口铸铁冷却过程分析
图2-29中合金V为W c=3.0%的亚共晶白口铸铁。

亚共晶白口铸铁的冷却过程如图2-38所示，
图2-26 亚共晶白口铸铁结晶过程分析
块状或树枝状为其显微组织如书P41图2-39所示。

图中黑色珠光体，黑白相间的基体为低温莱氏体，二次渗碳体与共晶渗碳体混在一起，无法分辨。

所有亚共晶白口铸铁的室温组织均由珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体组成。

不同的是随碳的质量分数增加，组织中低温莱氏体量增多，其它量相对减少。

图2-40 过共晶白口铸铁结晶过程示意图
⑥过共晶白口铸铁冷却过程分析
图2-29中合金Ⅵ为W c=5.0%的过共晶白口铸铁。

过共晶白口铸铁的室温组织为低温莱氏体和
一次渗碳体。

过共晶白口铸铁的冷却过程如图2-40所示，其显微组织如书P41图2-41所示。

图中白色条状为一次渗碳体，黑白相间的基体为低温莱氏体。

所有过共晶白口铸铁的室温组织均由低温莱氏体和一次渗碳体组成。

不同的是随碳的质量分数的增加，组织中一次渗碳体量增多。

（3）碳的质量分数对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响
①碳的质量分数对铁碳合金平衡组织的影响
室温时，随碳的质量分数的增加，铁碳合金的组织变化如下：
F+ Fe3CⅢ→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+ Ld/→Ld/→Ld/+ Fe3CⅠ
②碳的质量分数对铁碳合金性能的影响
如图２-42所示, W c＜0.9%时，随着碳的质量分数增加，钢的强度和硬度直线上升，而塑性和韧性不断下降。

这是由于随碳的质量分数的增加，钢珠光体量增多，铁素体量减少所造成的；当钢的W c＞0.9％以后，二次渗碳体沿晶界形成较完整的网，因此钢的强度开始明显下降，但硬度仍在增高，塑性和韧性继续降低。

（4）铁碳合金相图的应用。