热力学是热运动的宏观理论，它主要讨论热现象的基本规律，其特点是以实验事实为依据，不考虑物质的微观结构。在热机中，有的热机中流体是在封闭的管道中循环，如核反应动力装置中的循环流体；而有的热机则以大气为冷凝器，管道是开放的，如内燃机等。起初人们误认为布朗运动是由外界影响引起的。因此，组成物质的分子，在永恒地做无规则运动，是物质系统热运动的微观实质。分子无规则运动的剧烈程度，随温度升高而增强。......
2025-09-29
Fe-Fe3C相图分析：探寻铁和碳的热力学规律
【摘要】：2.3.2.3三条重要的特性曲线GS线又称为A3线，它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线，或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线。
2.3.2.1 概 况
图2-26是Fe-Fe3C相图，图中各特性点的温度、碳浓度及意义示与表2-2中。各特性点的符号是国际通用的，不能随意更换。
图2-26 以组织组成表示的铁碳相图
表2-2 铁碳相图中的特性点
5个单项区：
ABCD以上 — 液相区（L） AHNA —δ固溶体区（δ）
NJESGN — 奥氏体区（γ或A） GPQG — 铁素体区（α或F）
DFK — 渗碳体区（Fe3C或Cm）
7个两相区：
L+δ L+γ L+Fe3C δ+γ γ+α α+ Fe3C γ+Fe3C
3条水平线：
HJB — 包晶转变线
ECF —共晶转变线
PSK — 共析转变线
2条磁性转变线：(https://www.chuimin.cn)
MO 虚线为铁素体的磁性转变线，230 °C虚线为渗碳体的磁性转变线。
2.3.2.2 三种恒温转变
（1）包晶转变（HJB恒温线） 在1 495 °C（恒温线上），ωC=0.53%的液相与ωC=0.09%的δ相发生包晶转变，生成ωC=0.17%的γ相即奥氏体，其反应式为：
ωC=0.09%～0.53%的所有铁碳合金都发生包晶转变。ωC=0.17%的铁碳合金包晶反应前δ相和液相的数量匹配得当，包晶反应结束时，δ相和液相同时耗尽，变为单相奥氏体。含碳量在0.09%～0.17%的合金，由于δ相的量较多，液相耗尽后，将残留一部分δ相。这部分δ相在随后的冷却过程中将通过同素异晶转变而成为奥氏体。含碳量在0.17%～0.53%的合金，δ相相对数量不足，包晶反应结束后将残留液相，这部分液相将随温度的降低而结晶为奥氏体。
含碳量＜0.09%的合金不发生包晶转变，其液相将按匀晶转变结晶为δ固溶体之后，继续冷却时将在NH与NJ线之间发生同素异构转变，变为单相奥氏体。
（2）共晶转变（ECF恒温线） 在1 148 °C的恒温下，由ωC=4.3%的液相转变为ωC=2.11%的奥氏体和渗碳体的混合物，其反应式为：
共晶转变形成的奥氏体和渗碳体的混合物，称为莱氏体，以符号Ld或者Le表示。凡是含碳量在2.11%～6.69%的合金，都会进行共晶转变。
（3）共析转变（PSK恒温线） 在727 °C的恒温下，由ωC=0.77%的奥氏体转变为ωC=0.0218%的铁素体和渗碳体组成的混合物，其反应式为：
共析转变的产物称为珠光体，用符号P表示。共析转变的恒温线PSK，称为共析线或共析温度，常用符号A1表示。凡是含碳量＞0.0218%的铁碳合金都将发生共析转变。
2.3.2.3 三条重要的特性曲线
（1）GS线 又称为A3线，它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线，或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线。事实上，GS线是由G点（A3点）演变而来，随着含碳量的增加，奥氏体向铁素体的同素异构转变温度逐渐下降，使得A3点变成了A3线。
（2）ES线 是碳在奥氏体中的溶解度曲线。当温度低于此曲线时，就要从奥氏体中析出次生渗碳体，通常称之为二次渗碳体，用Fe3CⅡ表示，因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线。ES线也叫Acm线。
由相图可以看出，在1 148 °C时，ωC=2.11%的E点表示奥氏体的最大含碳量。
（3）PQ线 是碳在铁素体中的溶解度曲线。在727 °C时铁素体中的含碳量达到最大值，ωC=0.0218%。随着温度的降低，铁素体中的溶碳量逐渐减少，在300 °C以下，ωC＜0.001%，因此，当铁素体从727 °C冷却下来时，要从铁素体中析出渗碳体，称之为三次渗碳体，用Fe3CⅢ表示。
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