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金相显微镜中铁碳合金-第一节 铁碳合金基本知识 日期:2016.11.01
一、纯铁的同素异构转变
    自然界中大多数金属结晶后晶格类型都不再变化,但少数金属,如铁、锰、钴等,结晶后随着温度或压力的变化,晶格会有所不同,金属这种在固态下晶格类型随温度(或压力)变化的特性为同素异构转变。如图3-1所示。纯铁的同素异构转变可概括如下:


    α-Fe 和δ-Fe都是体心立方晶格,γ-Fe为面心立方晶格。纯铁具有同素异构转变的特征,是钢铁材料能够通过热处理改善性能的重要依据。纯铁在发生同素异构转变时,由于晶格结构变化,体积也随之改变,这是加工过程中产生内应力的主要原因。

 

二、铁碳合金的基本组织
    在铁碳合金中,由于铁和碳的交互作用,可形成下列五种基本组织:
1、铁素体(F)
     铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体,它仍保持α-Fe的体心立方晶格结构。由于α-Fe晶粒的间隙小,溶解碳量极微,其最大溶碳量只有0.0218%(727℃),所以是几乎不含碳的纯铁。
     铁素体由于溶量小,力学性能与纯铁相似,即塑性和冲击韧度较好,而强度、硬度较低。

    显微镜下观察,铁素体呈灰色并有明显大小不一的颗粒形状。
2、奥氏体(A)
      奥氏体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。它保持γ-Fe的面心立方晶格结构。因其晶格间隙较大,所以溶碳能力比铁素体强,在727℃时溶碳量为0.77%,1148℃时溶碳量达到2.11%。
     奥氏体的强度、硬度较低,但具有良好的塑性,是绝大多数钢高温进行压力加工的理想组织。

     由于γ-Fe一般存在于727~1394℃之间,所以奥氏体也只出现在高温区域内。显微镜观察,奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构,并有明显的界限。

 

3、渗碳体(Fe3C)
     渗碳体是铁与碳形成的具有复杂斜方结构的间隙化合物,含碳量为6.69%,硬度很高(800HBW),塑性和韧性几乎为零。主要作为铁碳合金中的强化相存在。
     显微镜下观察,渗碳体呈银白色光泽,并在一定条件下可以分解出石墨。
4、珠光体(P)
     珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体(机械混合物)。珠光体的平均含碳量为0.77%,在727℃以下温度范围内存在。
力学性能介于铁素体和渗碳体之间,即综合性能良好。

     显微镜观察,珠光体呈层片状特征,表面具有珍珠光泽,因此得名。
5、莱氏体(Ld)
     莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。铁碳合金中含碳量为4.3%的液体冷却到1148℃时发生共晶转变,生成高温莱氏体(Ld)。合金继续冷却到727℃时,其中的奥氏体转变为珠光体,故室温时由珠光体和渗碳体组成,叫低温莱氏体(L’d)。统称莱氏体。
     莱氏体中由于大量渗碳体存在,其性能与渗碳体相似,即硬度高,塑性差。