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閱讀：3287發(fā)布時(shí)間：2021-8-30
鋼鐵材料常見(jiàn)金相組織簡(jiǎn)介 |
在Fe-Fe3C系中，可配制多種成分不同的鐵碳合金，他們?cè)诓煌瑴囟认碌钠胶饨M織各不相同，但由幾個(gè)基本相（鐵素體F、奧氏體A和滲碳體Fe3C）組成。這些基本相以機(jī)械混合物的形式結(jié)合，形成了鋼鐵中豐富多彩的金相組織結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的金相組織有下列八種：
一、鐵素體 鐵素體（ferrite，縮寫(xiě)FN，用F表示），純鐵在912℃以下為具有體心立方晶格。碳溶于α-Fe中的間隙固溶體稱為鐵素體，以符號(hào)F表示。這部分鐵素體稱為先共析鐵素體或組織上自由的鐵素體。隨形成條件不同，先共析鐵素體具有不同形態(tài)，如等軸形、沿晶形、紡錘形、鋸齒形和針狀等。鐵素體還是珠光體組織的基體。在碳鋼和低合金鋼的熱軋（正火）和退火組織中，鐵素體是主要組成相；鐵素體的成分和組織對(duì)鋼的工藝性能有重要影響，在某些場(chǎng)合下對(duì)鋼的使用性能也有影響。 碳溶入δ-Fe中形成間隙固溶體，呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，因存在的溫度較高，故稱高溫鐵素體或δ固溶體，用δ表示，在1394℃以上存在，在1495℃時(shí)溶碳量*大。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.09%。
圖1：鐵素體
二、奧氏體 碳溶于γ-Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，具有面心立方結(jié)構(gòu)，為高溫相，用符號(hào)A表示。奧氏體在1148℃有*大溶解度2.11%C，727℃時(shí)可固溶0.77%C；強(qiáng)度和硬度比鐵素體高，塑性和韌性良好，并且無(wú)磁性，具體力學(xué)性能與含碳量和晶粒大小有關(guān)，一般為170~220 HBS、 =40~50%。TRIP鋼（變塑鋼）即是基于奧氏體塑性、柔韌性良好的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的鋼材，利用殘余奧氏體的應(yīng)變誘發(fā)相變及相變誘發(fā)塑性提高了鋼板的塑性，并改善了鋼板的成形性能。碳素或合金結(jié)構(gòu)鋼中的奧氏體在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?，只有在高碳鋼和滲碳鋼滲碳高溫淬火后，奧氏體才能殘留在馬氏體的間隙中存在，其金相組織由于不易受侵蝕而呈白色。
三、滲碳體 滲碳體（cementite），指鐵碳合金按亞穩(wěn)定平衡系統(tǒng)凝固和冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)析出的Fe3C型碳化物。滲碳體的分子式為 Fe3C ，它是一種具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。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）。
圖2：滲碳體
四、珠光體 珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，用符號(hào)P表示。其力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定的塑性。珠光體是鋼的共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，其形態(tài)是鐵素體和滲碳體彼此相間形如指紋，呈層狀排列。按碳化物分布形態(tài)又可分為片狀珠光體和粒狀珠光體二種。 （1）片狀珠光體：又可分為粗片狀、中片狀和細(xì)片狀三種。 （2）粒狀珠光體：經(jīng)球化退火獲得，滲碳體成球粒狀分布在鐵素體基體上；滲碳體球粒大小，取決于球化退火工藝，特別是冷卻速度。粒狀珠光體可分為粗球狀、球狀、細(xì)球狀和點(diǎn)狀四種珠光體。
圖3：片狀珠光體
圖4 ：粒狀珠光體
五、貝氏體 奧氏體鋼等溫淬火后的產(chǎn)物。是將鋼件奧氏體化，使之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間（260～400℃）等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。貝氏體具有較高的強(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，可以達(dá)到馬氏體的1~3倍 （1）上貝氏體：上貝氏體特征是：條狀鐵素體大體平行排列，其間分布有與鐵素體針軸平行的細(xì)條狀（或細(xì)短桿狀）滲碳體，呈羽毛狀。 （2）下貝氏體：呈細(xì)針片狀，有一定取向，較淬火馬氏體易受侵蝕，極似回火馬氏體，在光鏡下極難區(qū)別，在電鏡下極易區(qū)分；在針狀鐵素體內(nèi)沉淀有碳化物，且其排列取向與鐵素體片的長(zhǎng)軸成55~60度，下貝氏體內(nèi)不含孿晶，有較多的位錯(cuò)。 （3）粒狀貝氏體：外形相當(dāng)于多邊形的鐵素體，內(nèi)有許多不規(guī)則小島狀的組織。
圖5 ：貝氏體
六、 魏氏組織 不易鋅火鋼焊接熱影響區(qū)中的過(guò)熱區(qū)，由于奧氏體晶粒長(zhǎng)得非常粗大，這種粗大的奧氏體在較快的冷卻速度下會(huì)形成一種特殊的過(guò)熱組織。區(qū)焊接熱影響中的過(guò)熱區(qū)，由于奧氏體晶粒長(zhǎng)得非常粗大，這種粗大的奧氏體在較快的冷卻速度下會(huì)形成一種特殊的過(guò)熱組織，其組織特征為在一個(gè)粗大的奧氏體晶粒內(nèi)會(huì)形成許多平行的鐵素體(滲碳體)針片，在鐵素體針片之間的剩余奧氏體*后轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種過(guò)熱組織稱為鐵素體(滲碳體)魏氏組織。 簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是在奧氏體晶粒較粗大，冷卻速度適宜時(shí)，鋼中的先共析相以針片狀形態(tài)與片狀珠光體混合存在的復(fù)相組織。 魏氏組織不僅晶粒粗大，而且由于大量鐵素體針片形成的脆弱面，使金屬的的柔韌性急速下降，這是不易淬火鋼焊接接頭變脆的一個(gè)主要原因。
圖6 ：鐵素體魏氏組織 圖7 ：滲碳體位置組織
七、馬氏體 馬氏體（martensite），另稱麻田散鐵（若母相元素為鐵，則可稱為麻田散鐵），是黑色金屬材料的一種組織名稱，中高碳鋼中加速冷卻通常能夠獲得這種組織。其為純金屬或合金從某一固相轉(zhuǎn)變成另一固相時(shí)的產(chǎn)物；在轉(zhuǎn)變過(guò)程中，原子不擴(kuò)散，化學(xué)成分不改變，但晶格發(fā)生變化，同時(shí)新舊相間維持一定的位向關(guān)系并且具有切變共格的特征。*先由德國(guó)冶金學(xué)家 Adolf Martens(1850-1914)于19世紀(jì)90年代在一種硬礦物中發(fā)現(xiàn)。馬氏體的三維組織形態(tài)通常有片狀（plate）或者板條狀（lath），但是在金相觀察中（二維）通常表現(xiàn)為針狀（needle-shaped），這也是為什么在一些地方通常描述為針狀的原因。馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心四方結(jié)構(gòu)（BCT）。高的強(qiáng)度和硬度是鋼中馬氏體的主要特征之一。 板條狀馬氏體：又稱低碳馬氏體。由于板條狀馬氏體形成的溫度較高，在冷卻過(guò)程中，必然發(fā)生自回火現(xiàn)象，在形成的馬氏體內(nèi)部析出碳化物，故它易受侵蝕發(fā)暗。 針狀馬氏體：又稱片狀馬氏體或高碳馬氏體，它的基本特征是：在一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)形成的**片馬氏體片較粗大，往往貫穿整個(gè)晶粒，將奧氏體晶粒加以分割，使以后形成的馬氏體大小受到限制，因此片狀馬氏體的大小不一，分布無(wú)規(guī)則。 （3）淬火后形成的馬氏體經(jīng)過(guò)回火還可以形成三種特殊的金相組織： （i）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**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*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"。 （ii）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。 （iii）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。
圖8：針狀馬氏體
圖9：回火索氏體
八、萊氏體 萊氏體是鋼鐵材料基本組織結(jié)構(gòu)中的一種，常溫下為珠光體、滲碳體和共晶滲碳體的混合物。由液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成的奧氏體和滲碳體所組成，其含碳量為ωc=4.3%。是1882年阿道夫·萊德布爾發(fā)現(xiàn)的。 液態(tài)鐵碳合金在1147℃左右會(huì)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，含碳量為4.3%的液態(tài)鐵碳合金會(huì)轉(zhuǎn)化為含碳量為2.11%的 奧氏體和6.67%的滲碳體兩種晶體的機(jī)械混合物，其比例大約是1：1。L4.3%→Ld(γ2.11%+Fe3C）隨著溫度的降低，萊氏體中總碳含量組成不變，但其中的組分奧氏體和滲碳體的比例在發(fā)生改變。當(dāng)溫度降到727℃以下時(shí)，萊氏體中的奧氏體成分會(huì)發(fā)生 共析轉(zhuǎn)變，生成 鐵素體和滲碳體層狀分布的 珠光體。γ0.77%→P(α0.0218%+Fe3C)，所以727℃以下時(shí)，萊氏體分解生成 鐵素體和滲碳體層狀分布的 珠光體。
圖10：萊氏體 |
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