金属的最低再结晶温度与金属的熔点有关，高熔点的金属Ta较高，反之则低。与金属熔点Tr的关系约为：Ta≈0.35~0.4Tr。
加热温度过高，保温时间过长，都能使已形成的细晶粒组织继续长大，而成为粗大晶粒的组织，使金属的性能变坏，这是应该力求避免的。
回复、再结晶和晶粒长大过程中，随加热温度的增加，组织和性能发生变化。 再结晶退火在工业生产中适于冷拔、冷拉的金属材料。往往在冷拔或冷拉后，安排一道或数道再结晶退火工艺，使变形后的金属恢复到变形前，再继续变形，如冷拔无缝钢管，冷拉钢丝、铜丝等。
4.9 冷加工与热加工的区别
用金属学的观点来看，凡在金属的再结晶温度以下的加工变形称作冷加工，而在再结晶温度以上的加工变形称为热加工。
金属热加工的塑性变形量大，不会出现加工硬化，可以很快加工成型。在热加工中，金属的某些缺陷(如气孔、裂纹等)可以在高温下焊合，因而热加工后金属的组织细密质量好。
5 相图
5.1 合金相图
合金的性能是由合金的成分、组织决定的，研究合金成分、组织、性能之间关系最重要的工具是合金相图。
成分：各种合金元素含量。微观上影响金属原子之间的结合力、微观缺陷（位错、层错等）、并且能够通过对合金物理性质的改变影响最终组织结构。
组织结构：哪些相所组成以及他们之间的相互配置（形状、数量、大小及分布）。 相：体系中成分和性能均匀一致的部分。相之间有明显的分界。（微观概念）还有其他表述方法。
决定因素：成分、材料的加工工艺过程（包括熔炼、机械加工、热处理等）、当前所处于的状态。科斯特地形
金相分析：观察鉴别分析金属合金内部的组织结构，研究成分、组织和性能之间的关系。 钢铁主要是铁和碳组成的合金体系，还含有少量的硅、锰、硫和磷元素。通常就把钢和铁看做是由铁和碳组成的二元合金。
合金相图：又称平衡图或平衡状态图。它以合金成分（碳含量）为横坐标，以温度为纵坐标，表示同一合金系在平衡状态下不同成分的合金在不同温度下由哪些相组成，以及相间平衡关系的图形。平衡是指热力学平衡，即一定成分的合金在一定温度下各相的量不再发生
21 / 104
变化，处于动态平衡状态。处在动态平衡状态下的相称为平衡相。
5.2 铁碳合金相图
在铁碳合金系中，含碳量高于6.69%的铁碳合金性能极脆，没有使用价值。因此只研究Fe—Fe3C，即含碳量小于6.69%这一部分，通常称为Fe—Fe3C相图，也称铁碳合金相图。
在Fe—Fe3C相图中，较稳定的化合物Fe3C与Fe是组成二元合金的两个组元。相图有三个部分组成，左上角为包晶相图，右上角为共晶相图，下部为共析相图。包晶相图与共晶相图都是具有三相平衡反应的基本相图，但它是在1400℃以上发生的反应，在研究和应用中对铁碳合金的组织和性能都没有什么影响，故不予研究。
铁碳合金相图中主要点的温度、含碳量及含义如下表：
特性点 A C D E G S 温度（℃） 含碳量（％） 1538 1148 1227 1148 912 727 0 4.3 6.69 2.11 0 0.77 特性点含义 纯铁的熔点 共晶点 渗碳体的熔点 碳在奥氏体中的最大溶解度 α-Fe→←γ-Fe的同素异构转变点 共析点
AECF为固相线：若温度低于AECF线时，铁碳合金凝固为固体。
ECF为共晶线：若含碳量在ECF线投影范围（2.11%～6.69%）内，铁碳合金在1148℃时必然发生共晶反映，形成莱氏体。
ES为碳在奥氏体中的溶解度变化线，简称Acm。
GS为奥氏体在冷却过程中析出铁素体起始温度线，简称A3线。
22 / 104
GP为奥氏体在冷却过程中转变为铁素体的终止温度线。
PSK为共析线，简称A1线。合金含碳量在PSK线投影范围（0.02%~6.69%）内时，奥氏体在727℃时必然发生共析反应，形成珠光体。
PQ为碳在铁素体中溶解度变化线。从该线可看出，碳在铁素体中最大溶解度是在727℃时，可溶解碳0.0218%，在室温仅能溶解碳0.008%。故一般铁碳合金凡是从727℃缓冷至室温时，均会从铁素体中析出渗碳体，称此渗碳体为三次渗碳体（Fe3CIII）。
五个单相区：简化的铁碳合金相图共有一个液相和三个固相，在相图中分别占有四个单相区，即L，A，F及Fe3C；渗碳体也可作为铁碳相图的一个组元，它的成分是固定不变的，因此在相图上它的相区仅是一条竖直线。
五个两相区：相图中有五个两相区，即L+A、L+Fe3C、A+F、A +Fe3C及F+Fe3C。
5.3 相变过程及概念
纯铁从液态结晶后得到体心立方晶格的δ-Fe，随后又有两次同素异构转变，即面心立方格的γ-Fe和体心立方格的α-Fe 。
铁素体：碳原子溶入α-Fe中形成的间隙固溶体。由于体心立方格的α-Fe的晶体格间隙半径只有0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以铁素体对碳的溶解度很小。在727℃时最大固溶度为0.02%,而在室温时固溶度几乎降为零。铁素体的力学性能与纯铁相近，其数值如下：抗拉强度Rm——250MPa，屈服强度RE——140MPa，断后延伸率A11.3——40%-50%，冲击韧性αK——200 J/cm2，布氏硬度HBS——80。由此可见，铁素体有优良的塑性和韧性，但强度、硬度较低，在铁碳合金中是软韧相。铁素体是912℃以下的平衡相，也称做常温相，在铁碳相图中用符号F表示。
奥氏体：碳原子溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体。具有面心立方格的γ-Fe的间隙半径为0.052nm，比α-Fe的间隙稍大，在1148℃时碳原子在其中的最大固溶度为2.11%。随着温度的降低，碳在γ-Fe中的固溶度下降，在727℃时是0.77%。奥氏体是727℃以上的平衡相，也称高温相。在高温下，面心立方格晶体的奥氏体具有极好是塑性，所以碳钢具有良好的轧、锻等热加工工艺性能。在铁碳相图中，奥氏体通常用符号A表示。
渗碳体：渗碳体是铁与碳原子结合形成的具有金属性质的复杂间隙化合物。它的晶体结构复杂，属于复杂八面体结构，分子式为Fe3C，含碳量6.69%。渗碳体的硬度很高，HV800，但极脆，塑性和韧性几乎是零，强度Rm=30MPa左右。在铁碳合金中，它是硬脆相，是碳钢的主要强化相。渗碳体在碳钢中的含量和形态对钢的性能有很大影响。它在铁碳合金中可以呈片状、粒状、网状和板状形态存在。在高温时，钢和铸铁中的渗碳体在一定时间会发生分
23 / 104
解反应，析出石墨态的碳。
莱氏体：奥氏体与渗碳体组成的机械混合物共晶体，以符号Ld表示。 珠光体：铁素体与渗碳体组成的机械混合物共析体，以符号P表示。
贝氏体：铁素体与渗碳体组成的机械混和物，但其形貌与渗碳体的分布与珠光体型不同，硬度也比珠光体型的高。
马氏体：含过饱和碳的α-Fe固溶体。体心立方结构。
5.4 典型铁碳合金结晶过程分析 5.4.1 铁碳合金分类
(1)工业纯铁：Wc≤0.0218%；
?亚共析钢(Wc=0.0218?0.77%);?(2)钢(Wc=0.0218?2.11%)?共析钢(Wc=0.77%);?过共析钢(Wc=0.77?2.11%).?
?亚共晶白口铸铁(Wc=2.11?4.3%);?(3)白口铸铁(Wc=2.11?6.69%)?共晶白口铸铁(Wc=4.3%);?过共晶白口铸铁(Wc=4.3?6.69%).?
5.4.2 典型铁碳合金结晶过程分析
依据成分垂线与相线相交情况，分析几种典型铁碳合金结晶过程中组织转变规律。 （1）共析钢的结晶过程分析(如图3-5、3-6所示)：
ACAEPSKLS???L+A???AS????P(F+Fe3C)共析
24 / 104
（2）亚共析钢的结晶过程分析（如图3-7、3-8所示）：
ACAEGSPSKPSKL???L?A???A???A?F????AS?F????P?F 共析（3）过共析钢的结晶过程分析（如图3-9、3-10所示）：
ACAEESPSKPSKL???L?A???A???A?Fe3C?????AS?Fe3C????共析?P?Fe3C?
（4）共晶白口铸铁结晶过程分析：
ECFPSKLC????Ld(A?Fe3C)????L'd(P?Fe3C) 共晶共析（5）亚共晶白口铸铁结晶过程分析：
ACECFECFPSKL???L?A????LC?A????Ld?A?FeC????L'd?P?Fe3C? 3?共晶共析（6）过共晶白口铸铁结晶过程分析：
ACECFECFPSKL???L?Fe3C????LC?Fe3C????Ld?Fe3C????L'd?Fe3C 共晶共析
25 / 104