铁碳合金的基本组织与性能

2019-07-0115:07:58铁碳合金的基本组织与性能已关闭评论

铁是具有同素异构的金属。低于912℃时,Fe呈体心立方晶格(α-Fe),在912~1 394℃时,Fe呈面心立方晶格(γ-Fe),在1 394~15 383℃时,Fe又呈体心立方晶格(δ-Fe)。铁碳合金在液态时铁和碳可以无限互溶;在固态时碳能溶于铁的晶格中,形成间隙固溶体。当含碳量超过铁的溶解度时,多余的碳便与铁形成化合物Fe3 C。此外,还可以形成固溶体与Fe3 C组成的机械混合物。

铁碳合金的基本组织有以下5种。

(1)铁素体

碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体,用符号α或F表示。它仍保持α-Fe的体心立方晶格。因为α-Fe的间隙半径很小,所以溶碳能力很小,在727℃时最大w C仅为0.021 8%,室温时降至0.000 8%。

由于铁素体的溶碳能力小,所以它的性能几乎与纯铁相同,即强度、硬度低,塑性较好。在显微镜下观察铁素体为均匀明亮的多边形晶粒。铁素体在770℃以下具有铁磁性,而在770℃以上则失去铁磁性。

(2)奥氏体

碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体,用符号A或γ表示。它仍保持γ-Fe的面心立方晶格。由于γ-Fe的间隙半径较大,所以溶碳能力比α-Fe强,在727℃时w C为0.77%;1 148℃时w C达到2.11%的最大值。

奥氏体的强度、硬度较低,并具有良好的塑性和较低的变形抗力,是绝大多数钢种在高温下进行压力加工的理想组织。稳定的奥氏体在钢中存在的最低温度是727℃。在显微镜下观察,奥氏体晶粒呈多边形,其晶界较铁素体平直。

(3)渗碳体

铁与碳形成的稳定化合物Fe3 C称为渗碳体,它是一种具有复杂晶体结构的金属化合物。

渗碳体的含碳量为6.69%,硬度很高(>800 HB),塑性和韧性几乎为零,脆性很大。渗碳体不能单独使用,在钢中总是与铁素体混合在一起,是钢中的主要强化相,它的数量、形态(片状、粒状、网状等)、大小和分布对钢的性能有很大影响。渗碳体在一定条件下可以分解成铁和石墨。

(4)珠光体

珠光体是铁素体薄层(片)与碳化物(包括渗碳体)薄层(片)交替重叠组成的共析组织。珠光体平均含碳量为0.77%。由于细晶强化和第二相强化作用,珠光体组织具有较高的强度和硬度(σb= 770 MPa,180 HB),又具有一定的塑性和韧性(δ= 20%~35%,A KU= 24~32 J),是一种综合力学性能较好的组织。

珠光体适于压力加工及切削加工。

(5)莱氏体

含碳量为4.3%的液态合金,当温度缓慢冷却到1 148℃时,同时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶体,称为高温莱氏体,用符号Ld表示。冷却到727℃是奥氏体转变为珠光体,所以室温下莱氏体由珠光体和渗碳体组成,称为低温莱氏体,或变态莱氏体,用符号L′d表示。

莱氏体含Fe3 C 64%以上,硬度很高(>700 HB),塑性很差,脆性很大,是白口铁的基本组织。

在铁碳合金5种基本组织中,铁素体、奥氏体、渗碳体都是单相组织,是基本相,而珠光体、莱氏体是由基本相混合组成的两相组织。

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