鐵碳合金的基本組織

1、 職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)金屬材料與熱處理課程鐵碳合金的基本組織主講教師：張 琳西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵碳合金的基本組織鐵和碳形成的合金在液態(tài)時(shí)可以無(wú)限互溶；在固態(tài)時(shí)由于含碳量和溫度的不同，碳可以溶于鐵中形成固溶體，也可以與鐵形成金屬化合物，或者形固溶體與金屬化合物組成的機(jī)械混合物。因此，鐵碳合金固態(tài)時(shí)的基本組織有以下幾種：一、鐵素體鐵素體是碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體，用符號(hào)F表示。鐵素體仍保持-Fe的體心立方晶格，而碳原子處于-Fe的的晶格間隙中。由于體心立方晶格的間隙小，因此其溶解碳量極微。碳在-Fe中的最大溶碳量只有0.0218%（727），室溫時(shí)的溶解度只有0.00

2、08%，因此鐵素體室溫時(shí)的性能與純鐵相似，強(qiáng)度、硬度低，塑性和韌性好。顯微鏡下觀察，鐵素體呈灰色并有明顯大小不一的顆粒形狀, 晶界曲折，如圖1示。圖1 鐵素體的顯微組織二、奧氏體奧氏體是碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體, 用符號(hào)A表示。奧氏體仍保持-Fe的面心立方晶格,碳原子也處于-Fe的的晶格間隙中。由于面心立方晶格的間隙較大，因此溶碳能力也較大。碳在-Fe中的最大溶碳量為2.11%（1148）。奧氏體是鐵碳合金高溫固態(tài)時(shí)的單相組織，強(qiáng)度、硬度較低，但具有很好的塑性和韌性，所以生產(chǎn)中常將工件加熱到具有奧氏體組織的溫度進(jìn)行鍛造。奧氏體的顯微組織與鐵素體的顯微組織相似，呈多邊形晶粒，但晶界較鐵素

3、體平直，如圖2所示。圖2 奧氏體的顯微組織三、滲碳體滲碳體是鐵和碳形成的一種具有復(fù)雜晶格的金屬化合物，用化學(xué)式Fe3C表示。滲碳體是鋼和鑄鐵中常見的固相。滲碳體的含碳量為6.69%，硬度很高（約1000HV），但極脆，塑性、韌性幾乎為零。滲碳體在鐵碳合金中常以片狀、球狀、網(wǎng)狀等形式與其他相共存，它是鋼中的主要強(qiáng)化相，其形狀、大小、數(shù)量和分布對(duì)鋼的性能有很大影響。滲碳體在一定的條件下，能分解成單質(zhì)鐵和單質(zhì)石墨：Fe3C3 Fe+G（石墨）。這一特性是對(duì)鑄鐵進(jìn)行石墨化的依據(jù)。四、珠光體珠光體是鐵碳合金在727發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，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。珠光體的平均含碳量為

4、0.77%，在727以下溫度范圍內(nèi)存在，性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度比鐵素體高，脆性比滲碳體低，具有較好的綜合力學(xué)性能，它是鋼的主要組織。顯微鏡觀察，珠光體呈層片狀特征，表面具有珍珠光澤，因此得名，如圖3所示。圖3 珠光體的顯微組織五、萊氏體萊氏體是含碳量為4.3%的鐵碳合金在1148發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，是由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，用符號(hào)Ld表示，又叫作高溫萊氏體，如圖4所示。具有萊氏體組織的合金繼續(xù)冷卻到727時(shí)，其中的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變生成珠光體，故室溫時(shí)的組織是由珠光體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，叫作低溫萊氏體（又叫變態(tài)萊氏體），用符號(hào)Ld表示。無(wú)論是高溫萊氏體還是低溫萊氏體，由于其基體相都為滲碳體，因此硬