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金相顯微鏡中鐵碳合金-第一節 鐵碳合金基本知識 日期:2016.11.01
一、純鐵的同素異構轉變
    自然界中大多數金屬結晶後晶格類型都不再變化,但少數金屬,如鐵、錳、鈷等,結晶後隨著溫度或壓力的變化,晶格會有所不同,金屬這種在固態下晶格類型隨溫度(或壓力)變化的特性為同素異構轉變。如圖3-1所示。純鐵的同素異構轉變可概括如下:


    α-Fe 和δ-Fe都是體心立方晶格,γ-Fe為麵心立方晶格。純鐵具有同素異構轉變的特征,是鋼鐵材料能夠通過熱處理改善性能的重要依據。純鐵在發生同素異構轉變時,由於晶格結構變化,體積也隨之改變,這是加工過程中產生內應力的主要原因。

 

二、鐵碳合金的基本組織
    在鐵碳合金中,由於鐵和碳的交互作用,可形成下列五種基本組織:
1、鐵素體(F)
     鐵素體是碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體,它仍保持α-Fe的體心立方晶格結構。由於α-Fe晶粒的間隙小,溶解碳量極微,其最大溶碳量隻有0.0218%(727℃),所以是幾乎不含碳的純鐵。
     鐵素體由於溶量小,力學性能與純鐵相似,即塑性和衝擊韌度較好,而強度、硬度較低。

    顯微鏡下觀察,鐵素體呈灰色並有明顯大小不一的顆粒形狀。
2、奧氏體(A)
      奧氏體是碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體。它保持γ-Fe的麵心立方晶格結構。因其晶格間隙較大,所以溶碳能力比鐵素體強,在727℃時溶碳量為0.77%,1148℃時溶碳量達到2.11%。
     奧氏體的強度、硬度較低,但具有良好的塑性,是絕大多數鋼高溫進行壓力加工的理想組織。

     由於γ-Fe一般存在於727~1394℃之間,所以奧氏體也隻出現在高溫區域內。顯微鏡觀察,奧氏體呈現外形不規則的顆粒狀結構,並有明顯的界限。

 

3、滲碳體(Fe3C)
     滲碳體是鐵與碳形成的具有複雜斜方結構的間隙化合物,含碳量為6.69%,硬度很高(800HBW),塑性和韌性幾乎為零。主要作為鐵碳合金中的強化相存在。
     顯微鏡下觀察,滲碳體呈銀白色光澤,並在一定條件下可以分解出石墨。
4、珠光體(P)
     珠光體是鐵素體和滲碳體組成的共析體(機械混合物)。珠光體的平均含碳量為0.77%,在727℃以下溫度範圍內存在。
力學性能介於鐵素體和滲碳體之間,即綜合性能良好。

     顯微鏡觀察,珠光體呈層片狀特征,表麵具有珍珠光澤,因此得名。
5、萊氏體(Ld)
     萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的共晶體。鐵碳合金中含碳量為4.3%的液體冷卻到1148℃時發生共晶轉變,生成高溫萊氏體(Ld)。合金繼續冷卻到727℃時,其中的奧氏體轉變為珠光體,故室溫時由珠光體和滲碳體組成,叫低溫萊氏體(L’d)。統稱萊氏體。
     萊氏體中由於大量滲碳體存在,其性能與滲碳體相似,即硬度高,塑性差。
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