凡是與材料、熱處理、冶金等相關的課程,都離不開鐵碳平衡圖的介紹。
工業上使用最最最廣泛的金屬非鋼材莫屬,
學界上研究最最最長久而詳細的也是鋼材。
生活中常聽到鋼鐵一詞,實際上鋼與鐵是兩種不同性質的材料,
首先以含碳量將其區別 :
含碳量C<0.02wt%,稱之為鐵
含碳量C>2.14wt%,稱之為鑄鐵
含碳量介於0.02~2.14wt%,稱之為鋼
(可以回顧EP.1 工程材料分類圖右上方的區塊)
而所謂煉鋼,就是在控制含碳量的多寡,常聽到的不外乎0.76共析鋼,
不同的含碳量、溫度對應會有不同的煉鋼反應與材料特性,
也提供熱處理時很好的相變化依據。
它們都被畫在鐵碳平衡圖裡(Fe-C phase diagram),
本文就來介紹該如何畫鐵碳平衡圖,以及對應該記起來的溫度與含碳量。
首先你需要記得的主要有4大類 :
ps. 我是依照不同觀點分類寫的,
有些溫度數字會重複,融會貫通後就會發現很簡單了。
1. 鐵的同素異形體 (3個溫度, 3種同素異形體)
這些溫度點也是鐵碳平衡圖中橫軸有接觸到的溫度,
可先將它們標在橫軸的地方。
2. 鐵的三種同素異形體碳飽和度(3個溫度, 3個含碳量)
a - Fe 碳飽和度 : 727℃, 0.022wt%
g - Fe 碳飽和度 : 1147℃, 2.14wt%
d - Fe 碳飽和度 : 1493℃, 0.09wt%
3. 三個反應(3個反應, 3個含碳量)
共析反應(共析點) : 727℃, 0.76 wt%
共晶反應(共晶點) : 1147℃, 4.3 wt%
包晶反應(包晶點) : 1493℃, 0.17 wt%
4. A系列溫度(6個)
A1 : 727℃ 沃斯田鐵(g) ⇌ 肥力鐵(a)+雪明碳鐵(Fe3C) (波萊鐵)
A2 : 760℃ 純鐵磁性變態(失去磁性)
A3 : 912℃ 沃斯田鐵(g) ⇌ 肥力鐵(a)
A4 : 1394℃ 沃斯田鐵(g) ⇌ d-Fe
Acm : 沃斯田鐵(g) ⇌ 雪明碳鐵(Fe3C)
A0 : 210℃ 雪明碳鐵(Fe3C)磁性變態(失去磁性)
了解上述4大類後,就可以開始來畫鐵碳平衡圖了 !
步驟 :
1. 先畫一個框框
2. 標出重點溫度與含碳量
3. 依照前述4大類的各項溫度與含碳量開始畫線
4. 標示各區域的相
5. 再灑點魔法粉
此時你可能會問A0溫度呢? 要畫在哪裡??
我看過大部分的書或講義,很少橫軸溫度會特地從0℃開始畫起,
多數會從400~600℃的區域開始畫。
因為在共析溫度727℃以下的區域,幾乎都是肥力鐵 (a)+雪明碳鐵(Fe3C)的天下,僅有少數含碳量小於0.022wt%的肥力鐵 (a)在最左邊的區域。
除了是scale的問題外,A0溫度並非相變溫度,而是磁性變態溫度,
故A0溫度線在多數情況下就被忽略沒畫了。
步驟看起來說得太攏捅了,
以下把繪圖的步驟做成GIF圖,希望對你有幫助 !
ps. 這東西我早就忘光了,翻了翻以前的筆記,
幸好我還看得懂自己當初在寫啥….
如果需要引用的話也請註明出處哦,感謝。