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鐵素體奧氏體馬氏體在金相下的介紹

鐵素體奧氏體馬氏體在金相下的介紹

  鋼鐵由鐵礦石提煉而成,來源豐富,價格低廉。鋼鐵又稱為鐵碳合金,是鐵(Fe)與碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)以及其他少量元素(Cr、V等)所組成的合金。通過調節鋼鐵中各種元素的含量和熱處理工藝(四把火:淬火、退火、回火、正火),可以獲得各種各樣的金相組織,從而使鋼鐵具有不同的物理性能。將鋼材取樣,經過打磨、拋光,然后用特定的腐蝕劑腐蝕顯示后,在金相顯微鏡下觀察到的組織稱為鋼鐵的金相組織。鋼鐵材料的秘密便隱藏在這些組織結構中。在Fe-Fe3C系中,可配制多種成分不同的鐵碳合金,他們在不同溫度下的平衡組織各不相同,但由幾個基本相(鐵素體F、奧氏體A和滲碳體Fe3C)組成。這些基本相以機械混合物的形式結合,形成了鋼鐵中豐富多彩的金相組織結構。我們今天著重介紹下鐵素體、奧氏體、馬氏體這三種常見金相組織。

一、鐵素體

碳溶于α-Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體稱為鐵素體, bcc(體心立方晶格)結構,呈等軸多邊形晶粒分布,用符號F表示。其組織和性能與純鐵相似,具有良好的塑性和韌性,而強度與硬度較低(30-100 HB)。在合金鋼中,則是碳和合金元素在α-Fe中的固溶體。碳在α-Fe中的溶解量很低,在AC1溫度,碳的*大溶解量為0.0218%,但隨溫度下降的溶解度則降至0.0084%,因而在緩冷條件下鐵素體晶界處會出現三次滲碳體。隨鋼鐵中碳含量增加,鐵素體量相對減少,珠光體量增加,此時鐵素體則是網絡狀和月牙狀。

二、奧氏體

碳溶于γ-Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體稱為奧氏體,具有面心立方結構,為高溫相,用符號A表示。奧氏體在1148℃有zui大溶解度2.11%C,727℃時可固溶0.77%C;強度和硬度比鐵素體高,塑性和韌性良好,并且無磁性,具體力學性能與含碳量和晶粒大小有關,一般為170~220 HBS、 =40~50%。TRIP鋼(變塑鋼)即是基于奧氏體塑性、柔韌性良好的基礎開發的鋼材,利用殘余奧氏體的應變誘發相變及相變誘發塑性提高了鋼板的塑性,并改善了鋼板的成形性能。碳素或合金結構鋼中的奧氏體在冷卻過程中轉變為其他相,只有在高碳鋼和滲碳鋼滲碳高溫淬火后,奧氏體才能殘留在馬氏體的間隙中存在,其金相組織由于不易受侵蝕而呈白色。

三、馬氏體

碳在α-Fe中的過飽和固溶體稱為馬氏體。馬氏體有很高的強度和硬度,但塑性很差,幾乎為零,用符號M表示,不能承受沖擊載荷。馬氏體是過冷奧氏體快速冷卻,在MsMf點之間的切變方式發生轉變的產物。這時碳(和合金元素)來不及擴散只是由γ-Fe的晶格(面心)轉變為α-Fe的晶格(體心),即碳在γ-Fe中的固溶體(奧氏體)轉變為碳在α-Fe中的固溶體,故馬氏體轉變是“無擴散”的根據馬氏體金相形態特征,可分為板條狀馬氏體(低碳)和針狀馬氏體。

1、板條狀馬氏體:又稱低碳馬氏體。尺寸大致相同的細馬氏體條定向平行排列,組成馬氏體束或馬氏體領域;在領域與領域之間位向差大,一顆原始奧氏體晶粒內可以形成幾個不同取向的領域。由于板條狀馬氏體形成的溫度較高,在冷卻過程中,必然發生自回火現象,在形成的馬氏體內部析出碳化物,故它易受侵蝕發暗。

2、針狀馬氏體:又稱片狀馬氏體或高碳馬氏體,它的基本特征是:在一個奧氏體晶粒內形成的**片馬氏體片較粗大,往往貫穿整個晶粒,將奧氏體晶粒加以分割,使以后形成的馬氏體大小受到限制,因此片狀馬氏體的大小不一,分布無規則。針狀馬氏體按一定方位形成。在馬氏體針葉中有一中脊面,碳量越高,越明顯,且馬氏體也越尖,同時在馬氏體間伴有白色殘留奧氏體。

淬火后形成的馬氏體經過回火還可以形成三種特殊的金相組織:

1)回火馬氏體:指淬火時形成的片狀馬氏體(晶體結構為體心四方)于回火一階段發生分解—其中的碳以過渡碳化物的形式脫溶—所形成的、在固溶體基體(晶體結構已變為體心立方)內彌散分布著極其細小的過渡碳化物薄片(與基體的界面是共格界面)的復相組織;這種組織在金相(光學)顯微鏡下即使放大到*大倍率也分辨不出其內部構造,只看到其整體是黑針(黑針的外形與淬火時形成的片狀馬氏體(亦稱“α馬氏體”)的白針基本相同),這種黑針稱為“回火馬氏體”。

2)回火屈氏體:淬火馬氏體經中溫回火的產物,其特征是:馬氏體針狀形態將逐步消失,但仍隱約可見(含鉻合金鋼,其合金鐵素體的再結晶溫度較高,故仍保持著針狀形態),析出的碳化物細小,在光鏡下難以分辨清楚,只有電鏡下才可見到碳化物顆粒,極易受侵蝕而使組織變黑。如果回火溫度偏上限或保留時間稍長,則使針葉呈白色;此時碳化物偏聚于針葉邊緣,這時鋼的硬度稍低,且強度下降。

3)回火索氏體:淬火馬氏體經高溫回火后的產物。其特征是:索氏體基體上布有細小顆粒狀碳化物,在光鏡下能分辨清楚。這種組織又稱調質組織,它具有良好的強度和韌性的配合。鐵素體上的細顆粒狀碳化物越是細小,則其硬度和強度稍高,韌性則稍差些;反之,硬度及強度較低,而韌性則高些。

鐵素體奧氏體馬氏體在金相下的介紹如上,更多金相結構我們下次分析。

相關檢測儀器:高溫耦合劑、鐵素體含量檢測儀。


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