那些年我們追過(guò)的鐵-碳相圖（動(dòng)圖解析+精美金相圖）

• 組織:碳在α-Fe中的固溶體,體心立方晶格;

• 特性:碳在α-Fe中溶解度極小,室溫時(shí)僅為0.0008%,在727℃時(shí)達(dá)到最大溶解度0.0218%;

• 性能:鐵素體的力學(xué)性能特點(diǎn)是塑性、韌性好,而強(qiáng)度、硬度低。

• 鐵素體的組織為多邊形晶粒,性能與純鐵相似。

鐵素體晶體結(jié)構(gòu)

鐵素體金相圖

• 組織:碳溶于γ-Fe中的間隙固溶體,面心立方晶格;

• 特性:碳在γ-Fe中的溶解度要比在α-Fe中大,在727℃時(shí)為0.77%,在1148℃時(shí)溶解度最大,可達(dá)2.11%;

• 性能:具有一定的強(qiáng)度和硬度,塑性和韌性也好。

• 奧氏體組織為不規(guī)則多面體晶粒,晶界較直鋼材熱加工都在奧氏體區(qū)進(jìn)行。

奧氏體晶體結(jié)構(gòu)

奧氏體金相圖

• 組織:鐵和碳的化合物(Fe3C);

• 特性:呈復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物.含碳量為6.67%,Fe3C是一種介穩(wěn)態(tài)相,在一定條件下會(huì)發(fā)生分解;

• 性能:硬度很高、耐磨,但脆性很大,塑性幾乎為零。

• 滲碳體是鋼中的強(qiáng)化相,根據(jù)生成條件不同滲碳體有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)。

滲碳體金晶體結(jié)構(gòu)

滲碳體金相圖

• 組織:由鐵素體+滲碳體組成的機(jī)械混合物;

• 特性:珠光體是過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,呈現(xiàn)珍珠般的光澤,根據(jù)轉(zhuǎn)變溫度不同珠光體分為:珠光體(P)、索氏體(S)和屈氏體(T),三者本質(zhì)并無(wú)差別,轉(zhuǎn)變溫度逐漸降低,尺寸P>S>T,;

• 性能:力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間,強(qiáng)度較高,硬度適中,塑性和韌性較好;

• 顯微組織為由鐵素體片與滲碳體片交替排列的片狀組織,高碳鋼經(jīng)球化退火后也可獲得球狀珠光體(也稱粒狀珠光體)。

片狀珠光體金相圖

粒狀珠光體金相圖

• 組織:萊氏體是奧氏體+滲碳體的機(jī)械混合物,727℃以下時(shí),是珠光體+滲碳體機(jī)械混合物;

• 特性:鑄鐵合金溶液含碳量在2.11%以上時(shí),緩慢冷到1147℃便凝固出共晶萊氏體;1148℃~727℃之間的萊氏體稱為高溫萊氏體(Ld);727℃以下的萊氏體稱為變態(tài)萊氏體或稱低溫萊氏體(Ld’),

• 性能:萊氏體的力學(xué)性能與滲碳體相似,硬度很高,塑性極差,幾乎為零。

• 金相組織整體呈蜂窩狀,奧氏體分布在滲碳體的基體上。

萊氏體金相圖

• 組織:貝氏體是鐵素體+滲碳體的機(jī)械混合物,介于珠光體與馬氏體之間的一種組織;

• 上貝氏體:形成于550~450℃,基體為鐵素體,條狀碳化物于鐵素體片邊緣析出,呈羽毛狀;

• 下貝氏體:形成于300℃,呈細(xì)針片狀,針狀鐵素體上布有小片狀碳化物,片狀碳化物于鐵素體的長(zhǎng)軸大致是55~60度角;

• 粒狀貝氏體:外形相當(dāng)于多邊形的鐵素體,鐵素體基體上布有顆粒狀碳化物(小島組織原為富碳奧氏體,冷卻時(shí)分解為鐵素體及碳化物,或轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或仍為富碳奧氏體顆粒)

• 性能:上貝氏體的強(qiáng)度小于同一溫度形成的細(xì)片狀珠光體,脆性大;在低溫范圍內(nèi),通過(guò)貝氏體轉(zhuǎn)變得到的下貝氏體具有非常好的綜合力學(xué)性能。

上貝氏體金相圖

下貝氏體金相圖

粒狀貝氏體金相圖

• 組織:固溶體發(fā)生分解時(shí)第二相沿母相的一定晶面析出的常呈三角形、正方形或十字形分布的晶型;

• 鐵素體魏氏組織:在亞共析鋼中,當(dāng)奧氏體以快冷速度通過(guò)Ar3~Ar1溫度區(qū)時(shí),鐵素體片插向奧氏體晶粒內(nèi)部,這些分布在原奧氏體晶粒內(nèi)部呈片狀先共析鐵素體被稱為鐵素體魏氏組織;

• 滲碳體魏氏組織:在過(guò)共析鋼中,奧氏體晶粒度和冷卻條件合適時(shí),滲碳體以針狀或扁片狀、條狀出現(xiàn)在奧氏體晶粒內(nèi)部,形成滲碳體魏氏組織。

• 性能:粗大的魏氏組織使鋼材的塑性、韌性下降,脆性增加。

魏氏組織金相圖

• 組織:碳在α-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱為馬氏體,體心正方結(jié)構(gòu);

• 特征:馬氏體是過(guò)冷奧氏體快速冷卻,在Ms與Mf點(diǎn)之間的切變方式發(fā)生轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物,分為板條狀馬氏體(低碳)和針狀馬氏體;

• 性能:馬氏體有很高的強(qiáng)度和硬度,但塑性很差,幾乎為零,不能承受沖擊載荷。

• 板條狀馬氏體:又稱低碳馬氏體,在低、中碳鋼及不銹鋼中形成,由許多成群的、相互平行排列的板條所組成的板條束?？臻g形狀是扁條狀的,一個(gè)奧氏體晶粒可轉(zhuǎn)變成幾個(gè)板條束(通常3到5個(gè));

• 針狀馬氏體:又稱片狀馬氏體或高碳馬氏體,片狀馬氏體常見(jiàn)于高、中碳鋼及高Ni的Fe-Ni合金中;當(dāng)最大尺寸的馬氏體片小到光學(xué)顯微鏡無(wú)法分辨時(shí),便稱為隱晶馬氏體。在生產(chǎn)中正常淬火得到的馬氏體,一般都是隱晶馬氏體。

板條狀馬氏體金相圖

針狀馬氏體金相圖

回火馬氏體:指淬火時(shí)形成的片狀馬氏體(晶體結(jié)構(gòu)為體心四方)于回火第一階段發(fā)生分解—其中的碳以過(guò)渡碳化物的形式脫溶—所形成的、在固溶體基體(晶體結(jié)構(gòu)已變?yōu)轶w心立方)內(nèi)彌散分布著極其細(xì)小的過(guò)渡碳化物薄片(與基體的界面是共格界面)的復(fù)相組織;這種組織在金相(光學(xué))顯微鏡下即使放大到最大倍率也分辨不出其內(nèi)部構(gòu)造,只看到其整體是黑針(黑針的外形與淬火時(shí)形成的片狀馬氏體(亦稱“α馬氏體”)的白針基本相同),這種黑針?lè)Q為“回火馬氏體”。

回火馬氏體金相圖

回火索氏體:淬火馬氏體經(jīng)高溫回火后的產(chǎn)物。其特征是:索氏體基體上布有細(xì)小顆粒狀碳化物,在光鏡下能分辨清楚。這種組織又稱調(diào)質(zhì)組織,它具有良好的強(qiáng)度和韌性的配合。鐵素體上的細(xì)顆粒狀碳化物越是細(xì)小,則其硬度和強(qiáng)度稍高,韌性則稍差些;反之,硬度及強(qiáng)度較低,而韌性則高些。

回火索氏體金相圖

回火屈氏體:淬火馬氏體經(jīng)中溫回火的產(chǎn)物,其特征是:馬氏體針狀形態(tài)將逐步消失,但仍隱約可見(jiàn)(含鉻合金鋼,其合金鐵素體的再結(jié)晶溫度較高,故仍保持著針狀形態(tài)),析出的碳化物細(xì)小,在光鏡下難以分辨清楚,只有電鏡下才可見(jiàn)到碳化物顆粒,極易受侵蝕而使組織變黑。如果回火溫度偏上限或保留時(shí)間稍長(zhǎng),則使針葉呈白色;此時(shí)碳化物偏聚于針葉邊緣,這時(shí)鋼的硬度稍低,且強(qiáng)度下降。

回火屈氏體金相圖

基于Fe-Fe3C相圖的Fe-C合金分類:

• 工業(yè)純鐵(Pure Iron)(含碳<0.0218%);

• 亞共析鋼(Hypo-EutectoidSteel)(含碳<0.77%);

• 共析鋼(Eutectoid Steel)(含碳為0.77%);

• 過(guò)共析鋼(Hyper-EutectoidSteel)(含碳>0.77%);

• 亞共晶白鑄鐵(Hypo-EutecticWhite Cast Iron)(含碳<4.3%);

• 共晶白鑄鐵(EutecticWhite Cast Iron)(含碳為4.3%);

• 過(guò)共晶白鑄鐵(Hyper-EutecticWhite Cast Iron)(含碳>4.3%)。

三大反應(yīng):

包晶反應(yīng)(PeritecticReactions)

• 其特征是首先晶出之初晶固溶體與周圍殘留液體間發(fā)生反應(yīng), 而生成第二種固溶體,將原來(lái)的初晶包起來(lái);

• 包晶反應(yīng)式:LB + δ → AJ。

共晶反應(yīng)(Eutectic Reactions)

• 是由一種液體同時(shí)析出兩種不同的固體;

• 共晶反應(yīng)式:LC →AE +Fe3C。

共析反應(yīng)(EutectoidReactions)

• 是由一種固體同時(shí)析出兩種不同的固體;

• 共析反應(yīng)式:AS →FP +Fe3C。

工業(yè)純鐵平衡結(jié)晶示意圖

工業(yè)純鐵室溫下組織為:鐵素體(F)+三次滲碳體(Fe3CⅢ)。

工業(yè)純鐵典型金相圖

亞共析鋼平衡結(jié)晶示意圖

亞共析鋼典型金相圖

亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為:勻晶反應(yīng)+包晶反應(yīng)+固溶體轉(zhuǎn)變反應(yīng)+共析反應(yīng)。

亞共析鋼室溫平衡組織:先析鐵素體(F)+珠光體(P),P的量隨含碳量增加而增加。

共析鋼平衡結(jié)晶示意圖

共析鋼結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為:勻晶反應(yīng)+共析反應(yīng)。

共析鋼室溫組織為:100%的珠光體(P),鐵素體和滲碳體相的相對(duì)重量比為8:1。

共析鋼典型金相圖

過(guò)共析鋼平衡結(jié)晶示意圖

過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為:勻晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)。

共析鋼室溫組織為:珠光體(P)+二次滲碳體(Fe3CⅡ),Fe3CⅡ沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出,使材料的整體脆性加大。

過(guò)共析鋼典型金相圖

亞共晶鑄鐵平衡結(jié)晶示意圖

亞共晶白口鑄鐵結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為:勻晶反應(yīng)+共晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)。

亞共晶白口鑄鐵室溫組織為:珠光體(P)+二次滲碳體(Fe3CⅡ)+低溫萊氏體(Ld’)。

亞共晶鑄鐵典型金相圖

共晶鑄鐵平衡結(jié)晶示意圖

共晶白口鑄鐵結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為:共晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)。

共晶白口鑄鐵室溫組織為:低溫萊氏體(Ld’)。

共晶鑄鐵典型金相圖

過(guò)共晶鑄鐵平衡結(jié)晶示意圖

過(guò)共晶白口鑄鐵結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為:勻晶反應(yīng)+共晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)。

過(guò)共晶白口鑄鐵室溫組織為:一次滲碳體(Fe3C)+低溫萊氏體(Ld’)。

過(guò)共晶白口鑄鐵典型金相圖

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