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 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。

同素異形相變溫度.jpg

 

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

 

鐵碳平衡圖.jpg

 

 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 !

 

Fe_C_diagram.gif


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。

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