金相组织识别——铁碳相图.ppt

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1、金相组织识别——铁碳相图Fe和C能够形成Fe3C,Fe2C和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C,Fe3C-Fe2C,Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究

2、和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。金相组织识别——铁碳相图铁碳相图纯铁的同素异晶转变如下：共析成分的Fe-C合金升温转变成奥氏体之后,在不同冷却条件下奥氏体所发生的相变。主要有三种不同的相变过程：珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变。金相组织识别——铁碳相图单相区——5个液相区(L)——ABCD以上区域δ固溶体区——AHNA奥氏体区(γ)——NJESGN铁素体区(α)——GPQ以左渗碳体区(Fe3C)——DFK直线两相区——7个L+δ——AHJBAL+γ——BJECBL+Fe3C——DCFDδ+γ——HNJ

3、Hγ+α——GPSGγ+Fe3C——ESKFCEα+Fe3C——PQLKSP三相区——3个包晶线——水平线HJB(L+δ+γ)共晶线——水平线ECF(L+γ+Fe3C)共析线——水平线PSK(γ+α+Fe3C)金相组织识别——铁碳合金的基本相碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示,由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（727℃时，α－Fe最大溶碳量仅为0.0218％，室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50~80)低，塑性(延伸率δ为30%~50%)高。铁素体的显微组织与工

4、业纯铁相似。铁素体Ferrite铁素体金相组织识别——铁碳合金的基本相碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.77%。奥氏体的硬度(HB170~220)较低，塑性(延伸率δ为40%~50%)高。奥氏体Austenite奥氏体的显微组织及晶胞示意图金相组织识别——铁碳合金的基本相渗碳体是铁和碳形成的金属化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的斜方晶体结构，熔点为12

5、27℃。渗碳体硬度极高（HB800），塑性几乎等于0，是硬脆相。在钢中，渗碳体以不同形态和大小的晶体出现在组织中，对钢的力学性能影响很大。在一定条件下（如高温长期停留或缓慢冷却），渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe+C(石墨)。这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。渗碳体Fe3C渗碳体的晶胞示意图金相组织识别——珠光体在727℃时，奥氏体（0.77%C）—铁素体(0.02%C)+渗碳体Fe3C(6.67%C)奥氏体过冷到727℃以下在奥氏体晶界首先形成Fe3C晶核。Fe3C是高碳相必须依靠周围的奥氏体不断的供碳使它长大。随Fe3C核的横向长大在它两侧的奥氏

6、体形成贫碳区。为铁素体的形成创造了条件，在侧面的贫碳区就形成铁素体晶核。贫碳区形成铁素体的晶核长大。因铁素体是贫碳相随着它的长大必有一部分碳排出使相邻的奥氏体中富碳，又为Fe3C形核创造了条件。就在富碳区形成Fe3C核。如此反复形成层片状分布的组织。且铁素体与Fe3C同时向纵深长大形成珠光体组织。层片状分布大致分别相同的区域称为珠光体团。显然这是典型的扩散型相变。珠光体727℃金相组织识别——贝氏体如果将共析钢过冷到550℃~230℃之间并没有产生片间距更细的珠光体，而是产生了另一种新组织称为贝氏体(Bainite）。它也是由铁素体加碳化物组成，但碳化物是非层片状分布的。这

7、是因为珠光体转变是受碳在奥氏体中的扩散控制，同时铁原子也要发生扩散。如果过冷度很大，转变的温度达到相当的低，使铁原子无法发生扩散，同时碳的扩散也受到影响，显然不可能发生珠光体转变了，就会使转变的规律发生变化，产生贝氏体组织。由于形成的温度不同使贝氏体的形貌有所不同，又将贝氏体分成上贝氏体(UpperBainite)与下贝氏体(LowerBainite)。其形貌如图8、9所示。金相组织识别——贝氏体上贝氏体在500℃~350℃形成，从图中可见在光学显微镜下呈羽毛状，电镜照片表明，它是由平行分布的铁素体片和分布在片间的