钢铁材料微观结构与性能的关系

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1、钢铁材料微观结构与性能的关系摘要钢铁材料是目前工业使用量最大的金属材料，材料中不同的内部微观结构可以造成不同的材料性能，通过改变其组织结构，可以获得材料不同的性能。因此，研究材料的结构与性能的关系就更加有意义。Fe-C合金中的微观结构有奥氏体，珠光体、马氏体、贝氏体等几种，本文就简单介绍了奥氏体、珠光体、马氏体的微观组织结构及其相应的性能。关键词结构与性能，奥氏体，马氏体，贝氏体AbstractThesteelmaterialisthethelargestmetalcurrentindustrialusematerial,thedifferent

2、internalmicrostructureofmaterialcanresultinthedifferentmaterialproperties,andthroughchangingtheirmicrostructure,wecanobtainmaterialsofdifferentproperties.Therefore,theresearchoftherelationshipbetweenstructureandperformanceofmaterialisevenmoremeaningful.microstructureofFe-Call

3、oyaustenitemainlycontainspearlite,martensite,bainiteandsoon.Thisarticlebrieflydescribestheaustenite,pearlite,martensitemicrostructureanditsrelatedproperties.Keywordsstructureandproperty,austenite,pearlite,martensite1前言人类文明发展的历史从某种程度上说就是不断制造和使用新材料的历史。按材料特点来划分人类历史的发展阶段，可分为：石器时代

4、、铁器时代、青铜器时代、钢铁时代和新材料时代。从中可以看出，金属材料在人类文明的发展史中起着重要作用。图1随着金属材料应用的发展和研究工作的不断深入，人们注意到，材料的成分、工艺、组织结构、性能这四个基本要素对材料有着重要的影响，四个要素之间相互联系、互相影响，可以组成一个材料研究的四面体（如图1）。不同化学成分的材料，经过各种制备和加工工艺，获得不同的内部组织结构，可以在很大程度上决定材料的性能。然而，在许多情况下，出去经济性、可获得性、可靠性等方面的考虑，材料的选材范围十分有限。如何在材料成分基本固定的情况下，有效地提高性能成为材料科学与工程

5、的一个重要研究方向。其中一个重要的方法就是改变材料内部的组织结构。在温度和压力等外部环境改变时，材料内部的原子排列方式、有序程度、局部化学成分等组织结构的变化，成为相变，相变过程直接影响材料的力学、物理学、化学性能。迄今为止，改变材料组织结构是改变金属材料性能的重要方法之一。以目前工业使用量最大的金属材料-钢铁为例，通过改变其组织结构，可以使强度提高或降低几倍。这样可以根据需要使钢铁材料变软以便于冷热加工成形，加工后进行热处理，可以安全长期使用。因此，研究材料组织和性能的关系就变得十分有意义了。Fe-C合金中的微观结构有奥氏体，珠光体、马氏体、贝

6、氏体等，不同的结构就产生了相应的材料性能。本文就简单分析了Fe-C合金中的几种微观组织结构及其对材料性能所带来的影响。2奥氏体微观结构及其特点2.1奥氏体晶体结构奥氏体是碳在面心立方结构的铁(γ-Fe)中形成的固溶体，以γ（或A）表示。奥氏体的组织形态与原始组织、加热速度、加热转变的程度有关。通常情况下为多边形的等轴晶粒（图2），晶粒内部往往存在孪晶。经过X射线衍射证明，奥氏体中碳原子位于γ-Fe的八面体间隙中，即面心立方点阵晶胞的中心或棱边的中心，如图3所示。图2图3按照γ-Fe中所有八面体间隙都被碳原子填满来计算，奥氏体中的最大含碳量应为20

7、%，但实际上由于碳原子进入间隙后会一起点阵畸变，使碳原子不能像图3所示那样填满每一个间隙，实际测得的奥氏体最大含碳量为2.11%（1148oC）。根据奥氏体中的最大含碳量计算，大约2—3个γ-Fe晶胞中才含有一个C原子。γ-Fe的点阵常数为3.64A，C原子的存在使奥氏体点阵常数增大。合金元素如Mn,Si,Cr,Ni等能够置换γ-Fe中的Fe原子而形成置换固溶体。置换原子的存在也会引起点阵常数的改变，使晶格产生畸变。点阵常数改变的大小和晶格畸变的程度取决于C原子的数量、合金元素原子半径发Fe原子半径的差异及它们的含量。2.2奥氏体的性能奥氏体是碳

8、钢中的高温稳定相，当加入适量的合金元素时，可使奥氏体在室温成为稳定相。因此，奥氏体可以是钢在使用时的一种组织状态，在奥氏体状态使用的钢称