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鐵碳合金的基本顯微組織

鋼鐵是工業(yè)中用的最多的合金材料,其中僅僅由鐵與碳兩鐘元素組成的合金,稱為碳素鋼。


    在鐵碳合金中,碳與鐵可以形成固溶體,也可以組成化合物,或者形成兩者的混合物。

    由此演化出來的基本組織類型有:奧氏體、鐵素體、珠光體、貝氏體、馬氏體、萊氏體、魏氏組織和碳化物等。

1、奧氏體

    奧氏體是碳溶解在γ-Fe(伽馬鐵)中的間隙固溶體,其溶碳能力較大。

    奧氏體是在大于727℃高溫時(shí)才能穩(wěn)定存在的組織。

    奧氏體塑性好,是絕大多數(shù)鋼種在高溫下進(jìn)行壓力加工時(shí)所要求的組織。

2、鐵素體

    碳溶于α-Fe(阿爾法鐵)中的間隙固溶體稱為鐵素體,是結(jié)構(gòu)鋼最基礎(chǔ)的主要組成相。

    由于α-Fe(阿爾法鐵)是體心立方晶格結(jié)構(gòu),它的晶格間隙很小,因而溶碳能力極差,在727℃時(shí)溶碳量最大,可達(dá)0.0218%,隨著溫度的下降溶碳量逐漸減小,在600℃時(shí)溶碳量約為0.0057%,在室溫時(shí)溶碳量幾乎等于零。

    由于鐵素體的溶碳能力很小,含碳量也很低,其性能與純鐵相似,塑性、韌性很好,強(qiáng)度、硬度較低。

3、馬氏體

    馬氏體是碳與合金元素在α-Fe(阿爾法鐵)中的過飽和固溶體。

    馬氏體是由呈現(xiàn)面心立方晶格的γ-Fe(伽馬鐵)的溶碳能力較高的高溫奧氏體組織,在急速冷卻(淬火)條件下,降到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ms)時(shí),則奧氏體中固 溶的碳原子沒有時(shí)間擴(kuò)散出γ-Fe(伽馬鐵)晶胞,就直接進(jìn)入了體心立方的α-Fe(阿爾法鐵)晶格中,而這種晶格的溶碳能力是很低的,則形成了過飽和間 隙固溶體,即發(fā)生了這種無擴(kuò)散相變的馬氏體轉(zhuǎn)變。

    由于間隙固溶的碳元素發(fā)生了過飽和固溶,使α-Fe(阿爾法鐵)的晶格發(fā)生一定程度的畸變,其組織的最主要特點(diǎn)是具有高硬度和高強(qiáng)度。

4、滲碳體

    滲碳體是鐵碳合金凝固和冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)析出的Fe3C型碳化物,即鐵和碳組成的金屬化合物,其熔點(diǎn)為1227℃左右,因而可分為一次滲碳體(從液體相中析出)、二次滲碳體(從奧氏體中析出)和三次滲碳體(從鐵素體中析出)。

    滲碳體中含碳量高、熔點(diǎn)高、抗拉強(qiáng)度高,但塑性和沖擊韌性近于零。在鋼中,滲碳體以不同形態(tài)和大小的晶體出現(xiàn)在組織中,對鋼的力學(xué)性能影響很大,是碳鋼中主要的強(qiáng)化相。

5、珠光體

    珠光體是鐵的固溶體(鐵素體)和金屬化合物(滲碳體)所組成的機(jī)械混合物。

    在珠光體中,鐵素體占88%,滲碳體占12%。

    珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間,強(qiáng)韌性較好。

6、貝氏體

    貝氏體是鋼在奧氏體化后被過冷到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間以下,馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間以上這一中溫度區(qū)間((350~550℃),即所謂“貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間”)轉(zhuǎn)變而成,它是由鐵素體及其內(nèi)分布著彌散的碳化物所形成的復(fù)相(即兩相混合物)組織。

    貝氏體轉(zhuǎn)變既具有珠光體轉(zhuǎn)變,又具有馬氏體轉(zhuǎn)變的某些特征,而且貝氏體組織具有較高的強(qiáng)韌性配合。

    在硬度相同的情況下,貝氏體組織的耐磨性明顯優(yōu)于馬氏體,因此鋼鐵材料中的基體組織,能獲得貝氏體是比較理想的。除了采用“等溫淬火”的方法以外,也可在鋼中加入合金元素,冶煉成貝氏體鋼,如我國的14CrMnMoVB和14MnMoVB等。


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