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碳素钢、低合金钢常见金相组织形态及硬度

2017-04-27 13:44:17

 

    ).铁素体(F)—原系外来语(Ferrite)译名,台湾文献译为肥粒铁。 铁素体系碳溶于体心立方晶格的α-Fe中所形成的间隙固溶体[α-Fe(C)]。以4%硝酸酒精溶液腐蚀,在光学显微镜下观察,铁素体呈明亮的等轴多边形。由于各晶粒位向不同,受腐蚀程度略有差别,故稍显明暗不同。铁素体在不同处理状态亦可呈块状、月牙状、网络状等形态,硬度在100HB左右。

    2).渗碳体(θ相)—原系外来语(Cementite)译名,台湾文献译为雪明碳铁。渗碳体系铁和碳的化合物,含碳量为6.69%,分子式为Fe3C,在合金钢中,渗碳体中的Fe原子可以为其他合金元素原子所置换,形成合金渗碳体[(Fe,Me)3C]。渗碳体是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。渗碳体硬度很高(800~1000 HV),而塑性及冲击韧度几乎为零,脆性很大。其显微组织形态很多,不受硝酸酒精试剂腐蚀(染色),在光学显微镜下呈白亮色,在碱性苦味酸钠腐蚀下,被染成黑色。渗碳体是钢中的主要强化相,有片状、粒状、网络状、半网络状等形态,其形态与分布对钢的力学性能有很大影响。

    3).珠光体(P)—原系外来语(Pearlite)译名,台湾文献译为波莱铁。珠光体是铁碳合金相图中的共析转变产物(F+Fe3C),是铁素体和渗碳体的机械混合物,因具有这种组织的样品抛光蚀刻后有珠母贝的光泽而得名。有片(层)状和球(粒)状等不同形态和分布方式。珠光体用4%硝酸酒精溶液腐蚀,F和Fe3C交界处腐蚀较深,在直射光照射下变成黑色线条,可清晰看到层状,粒状等形态和分布情况。

    4).奥氏体(A)—因这种组织的发现人Austen而得名,台湾文献译为沃斯田铁。奥氏体系碳溶于面心立方晶格γ-Fe中所形成的固溶体[γ-Fe(c)],常以符号A表示。奥氏体中的碳也是存在于γ-Fe晶体的间隙固溶体。奥氏体存在于727~1495℃的温度区间,是一种高温相,不易腐蚀,呈白色,若先用4%硝酸酒精溶液腐蚀,再用10%过硫酸铵溶液腐蚀,则奥氏体可染成黑色。高温下奥氏体显微组织为:晶粒呈多边形,与铁素体的显微组织相近似,但晶界较铁素体平直,且晶粒内常有孪晶带出现。

   5).魏氏组织(W)—原系外来语(Widmanstatten)译名,台湾文献译为费德曼。亚(过)共析钢在锻造、轧制、热处理时,如果加热温度过高,形成了粗晶A,同时冷却速度又较快,这时除了使F(Fe3C)沿晶界呈网状析出外,还有一部分按切变机制从晶界并排向晶粒内部生长,或在晶粒内部独自析出,呈针片状,针片状铁素体(F)或渗碳体(Fe3C)分布在珠光体(P)基体上的组织(形态)称为魏氏组织。魏氏组织是由于过热而造成的一种组织缺陷,它使钢的强度降低而脆性增加。经过铸造、锻造、焊接的中低碳钢,晶粒往往粗大,空冷时最易出现魏氏组织,缓冷则不易出现。钢中一旦出现魏氏组织,一般可通过正火或退火加以消除。

魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面而形成的具有几何学特征的冷却转变组织,经抛光和硝酸酒精溶液腐蚀后,可在显微组织中看到白色的铁素体和黑色的珠光体,铁素体呈针状,具有该组织的钢材性脆而韧性极低。魏氏组织与母相之间保持严格的晶体学关系,并在试样磨面上呈现浮凸。

   6).贝氏体(B)—原系外来语(Bainite)译名,因这种组织的发现人E.C.Pain而得名,台湾文献译为变韧铁。贝氏体乃是铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)或过饱和的α固溶体与碳化物(Cm)的机械混合物,其组织形态,性能和形成过程均不同于珠光体,它的Fe3C分布在呈羽毛状或呈针状的铁素体(F)中。贝氏体由于形成条件不同而具有多种形态:如上贝氏体(B上)为过冷奥氏体(A)在550~400℃温度区间等温所形成,在光学显微镜下观察,呈羽毛状。上贝氏体(B上)常沿奥氏体(A)晶界形核,向晶内发展。从电子显微照片上可以看到:在平行的铁素体(F)条间有短棒状或串珠状渗碳体(Fe3C)断续分布,其硬度为35~45HRC;下贝氏体(B下)是过冷奥氏体(A)于400~200℃温区所形成。在光学显微镜下呈黑暗色片状(针状或竹叶状),互成一定角度。电子显微观察及X射线结构分析得知:这种组织乃是由过饱和的α固溶体与其长轴成50~60°角度分布的碳化物质点形成的,其硬度为45~50HRC。贝氏体还有粒状、蝶状等结构形态。

   7).马氏体(M)—原系外来语(Martensite)译名,台湾文献译为麻田三铁。马氏体是碳在α-Fe晶格中的过饱和固溶体,马氏体组织是奥氏体(溶有充足的碳原子)过冷到低温区(如240℃以下)在连续冷却过程中形成,与其他固态相变所不同的是:较变无孕育期,属于无扩散型相变,当奥氏体快冷到Ms点(马氏体开始转变的临界温度)以下,立即(爆发式)形成,其形成数量与等温时间无关 ,只随温度的不断降低而增加。低碳钢中的条状马氏体和高碳钢中的片状马氏体为常见的两种形态。马氏体硬度很高,并与含碳量有关,如T8钢的马氏体硬度可达62~65HRC。用4%硝酸酒精溶液或维列尔试剂腐蚀,马氏体可染成黑色。

   8).回火马氏体—钢经淬火后在250℃以下进行低温回火时,所形成的组织叫回火马氏体,其织织中马氏体针状晶的特征依旧保存。析出的碳化物具有Fe2~2.5C成分,叫ε碳化物。在150~200℃回火时得到的回火马氏体硬度在800HV左右。回火马氏体经4%硝酸酒精溶液腐蚀后比淬火马氏体要深,在光学显微镜下,形貌与下贝氏体(B下)相似,马氏体内析出的ε—碳化物,呈无规则分布。

   9).回火托氏体(T)—原系外来语(Troostite)译名,有文献译为屈氏体,台湾文献译为吐粒散铁。钢经淬火后,在400℃左右回火时所形成的极易腐蚀的组织叫做屈氏体。这时,马氏体针状形态消失,回火时析出的碳化物细小,在光学显微镜下难以分辩清楚。屈氏体硬度一般在400HV左右。

   10).回火索氏体(S)—原系外来语(Sorbite)译名,台湾文献译为粗斑铁化。淬火钢在600℃以上回火时,所形成的组织叫索氏体,这种组织特点是在充分发达的等轴铁素体(F)中弥散分布着细小的球(颗粒)状渗碳体。索氏体硬度一般在280HV左右。

   11).布氏体—原系外来语(Braunite)译名,Fe-N平衡相图在(590℃,2.35%N)处发生共析反应所形成的共析转变产物(α-Fe及Fe4N)的共析体,脆而硬度偏低。在金相显微镜下呈深腐蚀色。有一些译著译为勃朗体。

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