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鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、
作者:泵 來(lái)源:閥 發(fā)布時(shí)間:2023-06-28
鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、貝氏體
    現(xiàn)代材料可以分為四大類(lèi)——金屬、高分子、陶瓷和復(fù)合材料。盡管目前高分子材料飛速發(fā)展,但金屬材料中的鋼鐵仍是目前工程技術(shù)中使用廣泛、重要的材料,那么到底是什么因素決定了鋼鐵材料的霸主地位呢。下面就為大家詳細(xì)介紹吧。
     鋼鐵由鐵礦石提煉而成,來(lái)源豐富,價(jià)格低廉。鋼鐵又稱(chēng)為鐵碳合金,是鐵(Fe)與碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)以及其他少量元素(Cr、V等)所組成的合金。通過(guò)調(diào)節(jié)鋼鐵中各種元素的含量和熱處理工藝(四把火:淬火、退火、回火、正火),可以獲得各種各樣的金相組織,從而使鋼鐵具有不同的物理性能。
     將鋼材取樣,經(jīng)過(guò)打磨、拋光,后用特定的腐蝕劑腐蝕顯示后,在金相顯微鏡下觀察到的組織稱(chēng)為鋼鐵的金相組織。鋼鐵材料的秘密便隱藏在這些組織結(jié)構(gòu)中。
     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:
  1. 鐵素體  
     碳溶于α-Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體稱(chēng)為鐵素體, 屬bcc結(jié)構(gòu),呈等軸多邊形晶粒分布,用符號(hào)F表示。其組織和性能與純鐵相似,具有良好的塑性和韌性,而強(qiáng)度與硬度較低(30-100 HB)。
在合金鋼中,則是碳和合金元素在α-Fe中的固溶體。碳在α-Fe中的溶解量很低,在AC1溫度,碳的大溶解量為0.0218%,但隨溫度下降的溶解度則降至0.0084%,因而在緩冷條件下鐵素體晶界處會(huì)出現(xiàn)三次滲碳體。隨鋼鐵中碳含量增加,鐵素體量相對(duì)減少,珠光體量增加,此時(shí)鐵素體則是網(wǎng)絡(luò)狀和月牙狀。
2. 奧氏體  
    碳溶于γ-Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體稱(chēng)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啵挥性诟咛间摵蜐B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。
3. 珠光體  
由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱(chēng)為珠光體,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球狀珠光體二種。
(1)片狀珠光體:又可分為粗片狀、中片狀和細(xì)片狀三種。
(2)球狀珠光體: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。球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。
4. 滲碳體  
滲碳體是碳和鐵以一定比例化合成的金屬化合物,用分子式Fe3C表示,其含碳量為6.69%,在合金中形成(Fe,M)3C。滲碳體硬而脆,塑性和沖擊韌度幾乎為零,脆性很大,硬度為800HB。在鋼鐵中常呈網(wǎng)絡(luò)狀、半網(wǎng)狀、片狀、針片狀和粒狀分布。
  5. 貝氏體  
   是鋼的奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)以下,Ms點(diǎn)以上的中溫區(qū)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。貝氏體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物,介于珠光體與馬氏體之間的一種組織,用符號(hào)B表示。根據(jù)形成溫度不同,分為粒狀貝氏體、上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下)。
粒狀貝氏體強(qiáng)度較低,但具有較好的韌性;下貝氏體既具有較高的強(qiáng)度,又具有良好的韌性;粒狀貝氏體的韌性差。貝氏體形態(tài)多變,從形狀特征來(lái)看,可將貝氏體分為羽毛狀、針狀和粒狀三類(lèi)。
(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度角,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。當(dāng)鋼的奧氏體冷至稍高于上貝氏體形成溫度時(shí),析出鐵素體有一部分碳原子從鐵素體并通過(guò)鐵素體/奧氏體相界遷移到奧氏體內(nèi),使奧氏體不均勻富碳,從而使奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變被抑制。這些奧氏體區(qū)域一般型如孤島,呈粒狀或長(zhǎng)條狀,分布在鐵素體基體上,在連續(xù)冷卻過(guò)程中,根據(jù)奧氏體的成分及冷卻條件,粒貝內(nèi)的奧氏體可以發(fā)生如下幾種變化。
1)全部或部分分解為鐵素體和碳化物。在電鏡下可見(jiàn)到彌散多向分布的粒狀、桿狀或小塊狀碳化物;
2)部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,在光鏡下呈綜黃色;
3)仍保持富碳奧氏體。
粒狀貝氏體中的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)。羽毛狀貝氏體,基體為鐵素體,條狀碳化物于鐵素體片邊緣析出。下貝氏體,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。

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