铁碳合金的组织

null铁碳合金的显微组织铁碳合金的显微组织Copyright 1996-98 © Dale Carnegie & Associates, Inc.本部分的主要内容和要求本部分的主要内容和要求要求掌握以下内容： 铁碳合金的组织组分：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、石墨的特征 按铁碳合金相图和平衡组织对铁碳合金分类：工业纯铁、钢和铸铁 铁碳合金的平衡组织 ：工业纯铁、钢、白口铸铁平衡凝固后的室温组织 铁碳合金的非平衡组织：伪珠光体、马氏体类组织、贝氏体类组织、回火组织1、铁碳合金的组织组分1、铁碳合金的组织组分（1）铁素体(α或F)：是C溶于α-Fe形成的间隙固溶体，具有bcc结构。C原子溶于八面体间隙。其性能是硬度低，塑性高，晶粒常呈多边形。是铁磁性。右图是工业纯铁的退火室温组织，是由多边形的铁素体和细小颗粒三次渗碳体组成(α+Fe3CⅢ)，晶粒因位相不同而呈现不同的颜色。一、铁碳合金概述null （2）奥氏体(γ或A)：C溶解于γ-Fe形成的间隙固溶体，具有fcc结构。其性能是屈服强度低，硬度低，塑性较高，适合压力加工，晶粒也呈平直多边形。是无磁性。下图为不锈钢的退火组织（奥氏体和孪晶）null （3）渗碳体(Fe3C)：铁碳合金中铁、碳形成的化合物，属于正交晶系 。渗碳体硬而脆，塑性极低，延伸率接近于0，是钢铁材料中的主要强化相，Fe3C在钢和铸铁中呈现片状、粒状、网状和板条状。具有铁磁性。null （4）珠光体(P)：是含碳量0.77％的铁碳合金发生共析转变的产物，是有铁素体和渗碳体组成的机械混合物(α+Fe3C)，根据渗碳体形态不同，分为片状P和粒状P，粒状P是片状P球化形成的。片状P的强度高，粒状P的综合性能好。null （5）莱氏体(Ld)：是含碳量4.3％的铁碳合金发生共晶转变的产物(Ld:γ+Fe3C)，温度降至727℃线发生共析转变形成P，共析转变结束后组织为Fe3C+P+Fe3CⅡ，称为低温莱氏体(L’d),莱氏体硬而脆。下图中是在白亮的Fe3C基体上分布着椭圆形的P。null （6）石墨(C)：是Fe3C在一定条件下分解产生的C，以游离态存在。可实用的铸铁中碳大部分或全部以石墨的形式存在，铸铁组织是由基体和石墨两部分组成的。石墨的形态、大小、数量和分布对铸铁的性能有着非常重要的影响，石墨的形态有片状、球状、蠕虫状、团絮状等。 2、铁碳合金分类2、铁碳合金分类 按铁碳合金相图和平衡组织可将铁碳合金分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。具体如下： 工业纯铁： Wc<0.0218%的铁碳合金 钢：Wc=0.0218～2.11%之间的铁碳合金，分为： 亚共析钢： Wc= 0.0218～0.77% 共析钢： Wc=0.77% 过共析钢： Wc=0.77～2.11% 白口铸铁：含碳量Wc>2.11%的铁碳合金，分为： 亚共晶白口铸铁： Wc＝2.11～4.30% 共晶白口铸铁： Wc＝4.30% 过共晶白口铸铁： Wc＝4.31～6.69%3、铁碳合金组织的分类3、铁碳合金组织的分类 根据铁碳合金的分类和热处理工艺。具体如下 铁碳合金的平衡组织 平衡组织： 1、工业纯铁的平衡组织 2、钢的平衡组织 3、白口铸铁的平衡组织 铁碳合金的非平衡组织 非平衡组织： 1、伪珠光体组织 2、马氏体组织 3、贝氏体组织 4、回火组织二、铁碳合金的平衡组织二、铁碳合金的平衡组织 工业纯铁是Wc<0.0218%的铁碳合金，根据Fe-Fe3C相图，下图是工业纯铁的退火室温组织，是由多边形的铁素体和细小颗粒三次渗碳体组成(α+Fe3CⅢ)。1、工业纯铁的平衡组织2、共析钢的平衡组织2、共析钢的平衡组织（1）共析钢的平衡组织 共析钢理论上是Wc=0.77%的铁碳合金，通过共析转变形成的，其室温组织是由铁素体和渗碳体相间排列组成的机械混合物，即 P(α+ Fe3C)，常呈层片状。下图为共析钢退火后的室温组织(500×)。（2）亚共析钢的平衡组织（2）亚共析钢的平衡组织 亚共析钢是 Wc= 0.0218～0.77%的铁碳合金，其室温组织是由铁素体和珠光体组成，即α+P(α+Fe3C)，P仍呈层片状。下图为亚共析钢(45钢)的室温组织(200×)，图中白亮的为α，层片状的是P。（3）过共析钢的平衡组织（3）过共析钢的平衡组织 过共析钢是 Wc= 0.77～2.11%的铁碳合金，其室温组织是由珠光体和二次渗碳体组成，即 P+Fe3CⅡ，Fe3CⅡ呈白色的网状，P仍呈层片状。下图为T12钢退火的室温组织(500×)，图中白亮的网为α，层片状是P。3、铸铁的平衡组织3、铸铁的平衡组织 （1）共晶白口铸铁平衡组织 共晶白口铸铁是Wc＝4.30% 的铁碳合金，高温有莱氏体组成，即Ld(γ+Fe3C)。室温由低温莱氏体组成，即L’d(P+Fe3CⅡ+Fe3C)，左图(200×)，绿色是P，黄色是Fe3C。（2）亚共晶白口铸铁的平衡组织（2）亚共晶白口铸铁的平衡组织 亚共晶白口铸铁是Wc＝2.11～4.30 % 的铁碳合金，其室温组织由珠光体和低温莱氏体组成，即(P+L’d)，右图为其室温组织，黑色椭圆是珠光体，其余为莱氏体。（3）过共晶白口铸铁的平衡组织（3）过共晶白口铸铁的平衡组织 过共晶白口铸铁是Wc＝4.3～6.69 % 的铁碳合金，其室温组织由条状的一次渗碳体和低温莱氏体组成，即(Fe3CⅠ+ L’d)，左下图(200×)中黄色的为Fe3CⅠ，低温莱氏体由绿色的P和棕黄色的Fe3C组成。三、铁碳合金的非平衡组织三、铁碳合金的非平衡组织 非平衡组织的形成及类型 共析钢的过冷奥氏体转变图：C曲线 转变类型： 珠光体转变 马氏体转变 贝氏体转变 非平衡组织的类型 伪珠光体类组织 马氏体类组织 贝氏体类组织1、伪珠光体类组织1、伪珠光体类组织 伪珠光体是非共析成分的钢通过伪共析转变形成。其过程是奥氏体化后被快速过冷到一定温度后，不析出先共析相而直接分解得到的铁素体和渗碳体的机械混合物。其分解机制和分解产物的组织特征与珠光体转变的完全相同，但其中的铁素体和渗碳体的量则与珠光体的不同。伪珠光体呈细小的层片状，下图分别为45钢的退火组织(α+P)和正火组织(少量α+细P)。2、马氏体类组织2、马氏体类组织 马氏体和马氏体转变： （1）板条马氏体 常出现在低、中碳钢、M时效钢和不锈钢中，其组织是由许多成群的、相互平行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构为高密度的位错。下图为20钢的淬火组织。（2）片状马氏体（2）片状马氏体 片状马氏体常出现在高、中碳钢、含Ni量高的钢中。在显微镜下观察片状马氏体呈针状或竹叶状，空间形态呈双凸透镜状。片状马氏体内部亚结构主要是孪晶。 （3）混合马氏体（3）混合马氏体 在中碳钢或中碳铁镍合金中可获得板条马氏体和针状马氏体组成的混合马氏体。右下为铁镍碳合金的淬火组织，板条M呈浅黄，片状M呈黄红且有小蝶状。（4）形变马氏体（4）形变马氏体 形变马氏体：是把塑性变形和热处理结合在一起，同时发挥形变强化和热处理强化的一种综合强化。右图为Fe-Ni合金在－40℃进行形变热处理后形成的形变马氏体。（5）马氏体亚结构（5）马氏体亚结构 马氏体的亚结构主要有：板条马氏体中的位错（右图）、片状马氏体中的孪晶（下图）。(1) 无碳化物贝氏体(1) 无碳化物贝氏体 无碳化物贝氏体是低碳钢在贝氏体转变区的最上部，在靠近BS的温度处形成的贝氏体。是一种由板条状铁素体构成的单相组织，是由铁素体和富碳的奥氏体组成。下图为30CrMnSiA钢450℃等温处理得到的无碳化物贝氏体组织的OM和TEM照片。3、贝氏体组织(2) 上贝氏体(2) 上贝氏体 上贝氏体是在贝氏体转变区的较上部的温度范围内形成的由铁素体和渗碳体组成的贝氏体。F呈大致平行的成束的板条状且含碳量处于过饱和状态，自奥氏体晶界的一侧或两侧向奥氏体晶内伸展，渗碳体呈断续短杆状分布于铁素体板条之间，从整体上看呈羽毛状。上B硬度低，韧性差。下图为T8钢380℃等温淬火得到的上贝氏体组织的OM和TEM照片。 （3）下贝氏体（3）下贝氏体 下贝氏体是在贝氏体转变区的下部的温度范围内形成的由铁素体和ε-FeXC组成的贝氏体，在奥氏体晶粒内部沿某些晶面单独的或成堆的长成竹叶状(黑色片状或针状)，碳化物呈粒状或细片状分布在过饱和的铁素体内，立体形态呈双凸透镜状。下贝氏体硬度高且韧性好。下图为T8钢320℃等温淬火得到的下贝氏体的OM和TEM照片，下B呈黄绿，残余A为白色。 （4）粒状贝氏体组织（4）粒状贝氏体组织 粒状贝氏体是低、中碳及其合金钢在上贝氏体转变区的上部，Bs以下以一定的冷速范围内（如热扎后空冷或正火）连续冷却得到的，组织为块状铁素体和粒状奥氏体二相混合物。下图是18Mn2CrMoBA的粒状贝氏体组织。4、回火组织4、回火组织 回火： （1） 回火马氏体：是在80～250℃进行低温回火的产物,记为M'。由有一定过饱和度的α固溶体和与其有共格关系的ε碳化物所组成的复相混合组织(F+ε-FexC)。具有高硬度、高强度和高耐磨性。下图是T12钢淬火后进行低温回火的组织。（2）回火屈氏体（2）回火屈氏体 回火屈氏体是在350～500℃进行中温回火的产物,记为T'。由饱和的针状α相和细小弥散分布的粒状渗碳体组成 (F+θ-Fe3C)。回火屈氏体仍保持原马氏体的形态，但模糊不清。下图是60Si2Mn淬火后进行中温回火的组织。（3）回火索氏体（3）回火索氏体 回火索氏体是在500～650℃进行高温回火的产物。由等轴的α相和粗粒状渗碳体Fe3C组成的组织,记为S'。回火索氏体具有优良的综合力学性能。淬火＋高温回火称为调质处理。下图是45钢调质处理组织。 调质处理与变质处理的区别？本 部 分 小 结本 部 分 小 结这部分我们讨论了以下内容： 铁碳合金的组织组分：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、石墨的概念及其特征； 按铁碳合金相图和平衡组织对铁碳合金分类：工业纯铁、钢（亚共析、过共析、共析钢）和铸铁（亚共晶、过共晶、共晶白口铸铁）； 铁碳合金的平衡组织 ：工业纯铁、亚共析钢、过共析钢、共析钢、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁、共晶白口铸铁平衡凝固后的室温组织的特征； 铁碳合金的非平衡组织：伪珠光体，板条马氏体、片状马氏体、形变马氏体及马氏体的亚结构，无碳化物贝氏体、上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体，回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体的特征。思 考 思 考 题 1、铁碳合金的组织组分有哪些？各有什么特征？ 2、根据钢的平衡组织将钢铁分为哪几类？简要说明。 3、简述铁碳合金平衡凝固后的室温组织。 4、在非平衡条件下，铁碳合金可以形成哪些组织？简要说明这些组织的特征。