铁碳合金平衡组织的显微分析

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1、第九章铁碳合金平衡组织的显微分析Fe-Fe3C相图是研究碳钢和白口铸铁的重要工具，也是分析这些在平衡状态或接近平衡状态下显微组织的基础。根据Fe-Fe3C相图，含碳量小于2.11%的合金称为碳钢，含碳量大于2.11%的合金称为白口铸铁。在室温下铁碳合金的基本组成相为铁素体与渗碳体，不同含碳量的合金，在组织上差异是这两个基本的相对量、形态及分布不同。在铁碳合金中渗碳体的相对量，存在形态以及分布状况，对合金的性能影响很大，在碳钢中渗碳体一般可以认为是一个强化相。见图9-1。图9-1按组织分区的Fe-Fe3C相图

2、一、工业纯铁在退火状况下的显微组织含碳量低于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。工业纯铁在含碳量小于0.008%时，其显微组织为单相铁素体。如图9-2所示。图9-2工业纯铁的显微组织图200x图9-3含碳量0.4%的亚共析钢的显微组织200x图中有的晶粒呈暗色，这是由于不同晶粒受腐蚀的程度不同造成的。在含碳量大于0.008%时，工业纯铁的组织为铁素体和极少量的三次渗碳体。三次渗碳体由铁素体中析出，沿铁素体晶界呈片状分布。二、碳钢在退火状态下的显微组织含碳量在0.0218~2.11%范围的铁碳合金称为碳钢。

3、碳钢按含碳量与平衡组织的不同可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三种。1．亚共析钢含碳量在0.0218~0.77%之间的铁碳合金称为亚共析钢，所亚共析钢冷却到室温后显微组织均为先共析铁素体和珠光体组成。随着含碳量的增加珠光体所占的比例也不断增加，当增加到0.77时(铁素体在珠光体周围呈网状分布)，整个组织为珠光体。用显微镜观察放大倍数低于400×时，先析出铁素体呈亮白色，珠光体呈暗黑色如图9-3所示。由于铁素体和珠光体比重相近，若忽略铁素体中所含的微量碳，根据杠杆定理和亚共析钢显微组织中先共析铁素体与珠光体所占

4、的相对面积，就可以估算出该钢的含碳量。例如：当不珠光体和铁素体的面积各占一半时，钢的含碳量为，由此可定此钢为40#碳素钢。但须注意，如果亚共析钢从奥氏体相区以较快的速率冷却下来，而因共析转变时过冷度增大，共析体含碳量偏低，故其显微组织中珠光体的含量就要比缓冷时增加，此时若仍用上述方法来估算出的结果其含碳量将会偏高。2．共析钢含碳量为0.77%的铁碳合金称为共析钢。其组织为共析转变得到的珠光体，即片状铁素体和渗碳体的机械混合物。由杠杆定理可以求得铁素体与渗碳体的重量比约为7.9:1，因此铁素体厚，渗碳体薄。用

5、硝酸酒精腐蚀后，由于珠光体中铁素体比渗碳体的电极电位低，在正常浸蚀下，铁素体为阳极被溶解，而渗碳体被溶解为凸出相(用DIC方法可以验证)。而此于铁素体和渗碳体对光的反射能力相近，因此在明视场照明条件下二者都是明亮的。只有相界呈暗灰色，当放大倍数较高时，上述情况才能看清楚如图9-4所示。如放大倍数较低时，渗碳体片两侧相界已无法分辨，而呈黑色条状图9-5所示。将放大倍数降到更低时，则渗碳体片都无法分辨，整个珠光体组织无法分辨而呈暗黑色一片。图9-4经高倍放大后的珠光体3000x图9-5经中倍放大后的珠光体500

6、x3．过共析钢含碳量在0.77~2.11%之间的铁碳合金称为过共析钢，其组织为先共析渗碳体和珠光体。先共析渗碳体由奥氏体中沿晶界析出，故呈网状分布在随后发生共析转变形成的珠光体周围。其室温组织为网状二次渗碳体和珠光体。随着含碳量增加，先共析渗碳体的量也增加，网状略有加宽。图9-6为T12钢(含碳量约1.2%)退火后的显微组织，这种组织有时较难以接近共析成分的亚共析钢区别。如果用煮沸的碱性若味酸钠溶液腐蚀，会使渗碳体呈暗黑色而铁素体仍保持白色如图9-7所示。因此有管种腐蚀剂可以将接近共析成分的过共析钢与亚共析

7、钢区分开。三、白口铸铁的显微组织铸铁在铸造时，如果冷却速度快，或者含碳量较低时则生成白口铁，白口铁中碳均以Fe3O存在，并具有莱氏体组织，所以白口铸铁只含有渗碳体而不含石墨，断口呈白亮色而得名。白口铸铁根据其含碳量的不同可分为亚共晶、共晶、过共晶三种。由于白口铸铁硬而脆，在机器制造业中应用很少。其中亚共晶白口铸铁有使用价值。图9-6T12钢的显微组织图9-7T12钢的显微组织（4%硝酸酒精溶液腐蚀）500X（碱性若味酸钠溶液腐蚀）500X1．共晶白口铸铁含碳量为4.3%的白口铸铁称为共晶白口铁。其显微组织为

8、共晶转变的产物，最后得到的平衡组织为树枝状珠光体分布在共晶的渗碳体的基体上，通常称为莱氏体。这是为了纪念德国金相学家莱德堡(Ledebur)而命名的，莱氏体在刚形成时由细小的奥氏体与渗碳体两相混合物组成，继续冷却时，奥氏体将不断析出二次渗碳体，即先共析渗碳体，这部分渗碳体与原莱氏体中的渗碳体连在一起，无法分辨。冷到727℃时，奥氏体的含碳量改变到0.77%，通过共析转变而形成珠光体。因此室温下看到的莱氏体组织是由