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铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、
作者:泵 来源:阀 发布时间:2023-06-28
铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、贝氏体
    现代材料可以分为四大类——金属、高分子、陶瓷和复合材料。尽管目前高分子材料飞速发展,但金属材料中的钢铁仍是目前工程技术中使用广泛、重要的材料,那么到底是什么因素决定了钢铁材料的霸主地位呢。下面就为大家详细介绍吧。
     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,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α-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α-Fe中的固溶体。碳在α-Fe中的溶解量很低,在AC1温度,碳的大溶解量为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,此时铁素体则是网络状和月牙状。
2. 奥氏体  
    碳溶于γ-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170~220 HBS、 =40~50%。
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. 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。
4. 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。
  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;粒状贝氏体的韧性差。贝氏体形态多变,从形状特征来看,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55~60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,冷却时分解为铁素体及碳化物,或转变为马氏体或仍为富碳奥氏体颗粒)。羽毛状贝氏体,基体为铁素体,条状碳化物于铁素体片边缘析出。下贝氏体,针状铁素体上布有小片状碳化物,片状碳化物于铁素体的长轴大致是55~60度角。

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