铁碳合金的基本知识.docx

1、铁碳合金的基本知识钢铁由铁矿石提炼而成，来源丰富，价格低廉。钢铁又称为铁碳合金，是铁（Fe）与碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）以及其他少量元素（Cr、V 等）所组成的合金。通过调节钢铁中各种元素的含量和热处理工艺（四把火：淬火、退火、回火、正火），可以获得各种各样的金相组织，从而使钢铁具有不同的物理性能。将钢材取样，经过打磨、抛光，最后用特定的腐蚀剂腐蚀显示后，在金相显微镜下观察到的组织称为钢铁的金相组织。钢铁材料的秘密便隐藏在这些组织结构中。在 Fe-Fe3C 系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体 F、奥氏体 A

2、和渗碳体 Fe3C）组成。这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。常见的金相组织有下列八种：1.铁素体碳溶于-Fe 晶格间隙中形成的间隙固溶体称为铁素体，属 bcc 结构，呈等轴多边形晶粒分布，用符号 F 表示。其组织和性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低（30-100 HB）。在合金钢中，则是碳和合金元素在-Fe 中的固溶体。碳在-Fe 中的溶解量很低，在 AC1 温度，碳的最大溶解量为 0.0218%，但随温度下降的溶解度则降至 0.0084%，因而在缓冷条件下铁素体晶界处会出现三次渗碳体。随钢铁中碳含量增加，铁素体量相对减少，珠光体量增加，

3、此时铁素体则是网络状和月牙状。2.奥氏体碳溶于-Fe 晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号 A 表示。奥氏体在 1148有最大溶解度 2.11%C，727时可固溶 0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为 170220 HBS、=4050%。TRIP 钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留

4、在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。3.渗碳体3.渗碳体渗碳体是碳和铁以一定比例化合成的金属化合物，用分子式 Fe3C 表示，其含碳量为 6.69%，在合金中形成(Fe,M)3C。渗碳体硬而脆，塑性和冲击韧度几乎为零，脆性很大，硬度为 800HB。在钢铁中常呈网络状、半网状、片状、针片状和粒状分布。4.珠光体由铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用符号 P 表示。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。珠光体是钢的共析转变产物，其形态是铁素体和渗碳体彼此相间形如指纹，呈层状排列。按碳化物分布形态又可分为片状珠光体和球状珠光体二种。（1）片状

5、珠光体：又可分为粗片状、中片状和细片状三种。（2）球状珠光体：经球化退火获得，渗碳体成球粒状分布在铁素体基体上；渗碳体球粒大小，取决于球化退火工艺，特别是冷却速度。球状珠光体可分为粗球状、球状、细球状和点状四种珠光体。贝氏体5.贝氏体 5.贝氏体是钢的奥氏体在珠光体转变区以下，Ms 点以上的中温区转变的产物。贝氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物，介于珠光体与马氏体之间的一种组织，用符号 B 表示。根据形成温度不同，分为粒状贝氏体、上贝氏体(B 上)和下贝氏体(B下)。粒状贝氏体强度较低，但具有较好的韧性；下贝氏体既具有较高的强度，又具有良好的韧性；粒状贝氏体的韧性最差。贝氏体形态多变，从形状特征

6、来看，可将贝氏体分为羽毛状、针状和粒状三类。（1）上贝氏体：上贝氏体特征是：条状铁素体大体平行排列，其间分布有与铁素体针轴平行的细条状（或细短杆状）渗碳体，呈羽毛状。（2）下贝氏体：呈细针片状，有一定取向，较淬火马氏体易受侵蚀，极似回火马氏体，在光镜下极难区别，在电镜下极易区分；在针状铁素体内沉淀有碳化物，且其排列取向与铁素体片的长轴成 5560 度角，下贝氏体内不含孪晶，有较多的位错。（3）粒状贝氏体：外形相当于多边形的铁素体，内有许多不规则小岛状的组织。当钢的奥氏体冷至稍高于上贝氏体形成温度时，析出铁素体有一部分碳原子从铁素体并通过铁素体/奥氏体相界迁移到奥氏体内，使奥氏体不均匀富碳，从而使奥氏体向铁素体的转变被抑制。这些奥氏体区域一般型如孤岛，呈粒状或长条状，分布在铁素体基体上，在连续冷却过程中，根据奥氏体的成分及冷却条件，粒贝内的奥氏体可以发生如下几种变化。1）全部或部分分解为铁素体和碳化物。在电镜下可见到弥散多向分布的粒状、杆状或小块状碳化物；2）部分转变为马氏体，在光镜下呈综黄色；3）仍保持富碳奥氏体。粒状贝氏体中的铁素体基体上布有颗粒状碳化物（小岛组织原为富碳奥氏体，冷却