鐵碳合金的基本組織與性能金屬材料與熱處理1鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能由于鐵和碳的相互作用，鐵碳合金可形成下列五種基本組織。2鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能

一、鐵素體碳溶解于α-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用符號(hào)F表示。鐵素體晶胞示意圖如圖1-1所示。由于α-Fe是體心立方晶格，晶格間隙較小，所以碳在α-Fe中的溶解度很小。故鐵素體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)極小，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大為0.0218%（727℃）。隨著溫度的下降，溶碳量逐漸下降，在室溫時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0008%，所以鐵素體是幾乎不含碳的純鐵，其力學(xué)性能與純鐵相似，即塑性和沖擊韌度較好，而強(qiáng)度、硬度較低。鐵素體的顯微組織如圖1-2所示。3鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能圖1-1鐵素體的晶胞示意圖圖1-2鐵素體的顯微組織4鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能

二、

奧氏體碳溶解于γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號(hào)A表示。奧氏體晶胞示意圖如圖1-3所示。由于在高溫狀態(tài)下存在的γ-Fe是面心立方晶格，晶格間隙較大，故奧氏體的溶碳能力較強(qiáng)，在1148℃時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.11％。隨著溫度的下降，溶碳量逐漸減小，在727℃時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77％。奧氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比鐵素體高，奧氏體呈面心立方晶格，雖其強(qiáng)度、硬度不高，但卻具有良好的塑性，尤其是具有良好的鍛壓性能。奧氏體存在于727℃以上的高溫范圍內(nèi)，無(wú)室溫組織。奧氏體的顯微組織如圖1-4所示。5鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能圖1-3奧氏體的晶胞示意圖圖1-4奧氏體的顯微組織6鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能鋼絲、鋼管的拉拔，型鋼（角鋼、槽鋼、工字鋼等）的軋制，熱加工時(shí)的鍛壓鍛打等都是將鋼加熱到使其組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織的溫度再進(jìn)行的。鋼的正火、退火、淬火等熱處理工藝加熱后也將得到奧氏體組織。7鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能滲碳體是鐵和碳的金屬化合物，具有復(fù)雜斜方晶格，如圖1-5所示，其分子式為Fe3C，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69％，熔點(diǎn)為1227℃。滲碳體的性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬度高（950～1050HV），塑性和韌性幾乎為零。三、滲碳體圖1-5滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)8鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024滲碳體不能單獨(dú)使用，主要作為鐵碳合金中的強(qiáng)化相，在鋼或鑄鐵中可以片狀、球狀或網(wǎng)狀分布，其數(shù)量、形狀、大小和分布對(duì)鋼的性能影響很大。通常滲碳體越細(xì)小，在固溶體基體中分布得越均勻，合金的力學(xué)性能越好。

鐵碳合金的基本組織與性能9鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能滲碳體是碳在鐵碳合金中的主要存在形式，是亞穩(wěn)定的金屬化合物，在一定條件下（如高溫長(zhǎng)期停留或極緩慢冷卻）能分解為鐵和石墨，這一過程對(duì)鑄鐵的形成過程具有重要意義。10鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能珠光體是奧氏體在高溫緩慢冷卻時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的，由鐵素體和滲碳體組成的混合物，用符號(hào)P表示。其中，滲碳體和鐵素體呈片層相間、交替排列的形式。珠光體的顯微組織如圖1-6所示，其中白色相為鐵素體基體，黑色相為滲碳體。在緩慢冷卻條件下，珠光體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77％，由于珠光體是由硬的滲碳體和軟的鐵素體組成的混合物，因此其力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，綜合力學(xué)性能良好，即強(qiáng)度較高，硬度適中，具有一定的塑性。四、珠光體11鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能圖1-6珠光體的顯微組織12鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的混合物，用符號(hào)Ld表示。萊氏體是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3％的液態(tài)鐵碳合金在1148℃時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。當(dāng)溫度降到727℃時(shí)，由于萊氏體中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以室溫下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成，稱為低溫萊氏體，用Ld′表示。低溫萊氏體的顯微組織如圖1-7所示，圖中黑色相為珠光體，白色相為滲碳體基體。萊氏體的性能與滲碳體的相似，即硬度高、塑性差。五、萊氏體13鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能圖1-7低溫萊氏體的顯微組織14鐵碳合金的基本組織與性能5/9/2024

鐵碳合金的基本組織與性能以上五種組織中，鐵素體、奧氏體和滲碳體是單相組織，稱為鐵碳合金