鐵碳合金是人類使用最為廣泛的金屬材料，不同成分的鐵碳合金，組織和性能也不相同。在研究和使用鋼鐵材料、制定其熱加工和熱處理工藝以及分析工藝廢品的原因時(shí)，都需要應(yīng)用鐵-碳相圖，可見(jiàn)鐵-碳相圖的重要性，下面小編帶大家從鐵-碳合金的典型組織、相圖剖析及平衡結(jié)晶過(guò)程三個(gè)方面一起看看那些年我們追過(guò)的鐵-碳相圖。
鐵-碳合金典型組織
鐵素體（Ferrite）/（α-Fe）/（F）
組織：碳在α-Fe中的固溶體，體心立方晶格；
特性：碳在α-Fe中溶解度極小，室溫時(shí)僅為0.0008%，在727℃時(shí)達(dá)到最大溶解度0.0218%；
性能：鐵素體的力學(xué)性能特點(diǎn)是塑性、韌性好，而強(qiáng)度、硬度低。
鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。
鐵素體晶體結(jié)構(gòu)
鐵素體金相圖
奧氏體（Austenite）/（γ-Fe）/（A）
組織：碳溶于γ-Fe中的間隙固溶體，面心立方晶格；
特性：碳在γ-Fe中的溶解度要比在α-Fe中大，在727℃時(shí)為0.77%，在1148℃時(shí)溶解度最大，可達(dá)2.11%；
性能：具有一定的強(qiáng)度和硬度，塑性和韌性也好。
奧氏體組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直鋼材熱加工都在奧氏體區(qū)進(jìn)行。
奧氏體晶體結(jié)構(gòu)
奧氏體金相圖
滲碳體（Cementite）/（Fe3C）/（C）
組織：鐵和碳的化合物（Fe3C）；
特性：呈復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物.含碳量為6.67%，F(xiàn)e3C是一種介穩(wěn)態(tài)相，在一定條件下會(huì)發(fā)生分解；
性能：硬度很高、耐磨，但脆性很大，塑性幾乎為零。
滲碳體是鋼中的強(qiáng)化相，根據(jù)生成條件不同滲碳體有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)。
滲碳體金晶體結(jié)構(gòu)
滲碳體金相圖
珠光體（Pearlite）/（P）
組織：由鐵素體+滲碳體組成的機(jī)械混合物；
特性：珠光體是過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，呈現(xiàn)珍珠般的光澤，根據(jù)轉(zhuǎn)變溫度不同珠光體分為：珠光體（P）、索氏體（S）和屈氏體（T），三者本質(zhì)并無(wú)差別，轉(zhuǎn)變溫度逐漸降低，尺寸P>S>T，；
性能：力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，塑性和韌性較好；
顯微組織為由鐵素體片與滲碳體片交替排列的片狀組織，高碳鋼經(jīng)球化退火后也可獲得球狀珠光體（也稱粒狀珠光體）。
片狀珠光體金相圖
粒狀珠光體金相圖
萊氏體（Ledeburite）/（Ld/Ld’）
組織：萊氏體是奧氏體+滲碳體的機(jī)械混合物，727℃以下時(shí)，是珠光體+滲碳體機(jī)械混合物；
特性：鑄鐵合金溶液含碳量在2.11%以上時(shí)，緩慢冷到1147℃便凝固出共晶萊氏體；1148℃~727℃之間的萊氏體稱為高溫萊氏體（Ld）；727℃以下的萊氏體稱為變態(tài)萊氏體或稱低溫萊氏體（Ld’），
性能：萊氏體的力學(xué)性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性極差，幾乎為零。
金相組織整體呈蜂窩狀，奧氏體分布在滲碳體的基體上。
萊氏體金相圖
貝氏體（Bainite）/（B）
組織：貝氏體是鐵素體+滲碳體的機(jī)械混合物，介于珠光體與馬氏體之間的一種組織；
上貝氏體：形成于550~450℃，基體為鐵素體，條狀碳化物于鐵素體片邊緣析出，呈羽毛狀；
下貝氏體：形成于300℃，呈細(xì)針片狀，針狀鐵素體上布有小片狀碳化物，片狀碳化物于鐵素體的長(zhǎng)軸大致是55~60度角；
粒狀貝氏體：外形相當(dāng)于多邊形的鐵素體，鐵素體基體上布有顆粒狀碳化物（小島組織原為富碳奧氏體，冷卻時(shí)分解為鐵素體及碳化物，或轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或仍為富碳奧氏體顆粒）
性能：上貝氏體的強(qiáng)度小于同一溫度形成的細(xì)片狀珠光體，脆性大；在低溫范圍內(nèi)，通過(guò)貝氏體轉(zhuǎn)變得到的下貝氏體具有非常好的綜合力學(xué)性能。
上貝氏體金相圖
下貝氏體金相圖
粒狀貝氏體金相圖
魏氏組織（WidmannstattenStructure）
組織：固溶體發(fā)生分解時(shí)第二相沿母相的一定晶面析出的常呈三角形、正方形或十字形分布的晶型；
鐵素體魏氏組織：在亞共析鋼中，當(dāng)奧氏體以快冷速度通過(guò)Ar3～Ar1溫度區(qū)時(shí)，鐵素體片插向奧氏體晶粒內(nèi)部，這些分布在原奧氏體晶粒內(nèi)部呈片狀先共析鐵素體被稱為鐵素體魏氏組織；
滲碳體魏氏組織：在過(guò)共析鋼中，奧氏體晶粒度和冷卻條件合適時(shí)，滲碳體以針狀或扁片狀、條狀出現(xiàn)在奧氏體晶粒內(nèi)部，形成滲碳體魏氏組織。
性能：粗大的魏氏組織使鋼材的塑性、韌性下降，脆性增加。
魏氏組織金相圖
馬氏體（Martensite）/（M）
組織：碳在α-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱為馬氏體，體心正方結(jié)構(gòu)；
特征：馬氏體是過(guò)冷奧氏體快速冷卻，在Ms與Mf點(diǎn)之間的切變方式發(fā)生轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，分為板條狀馬氏體（低碳）和針狀馬氏體；
性能：馬氏體有很高的強(qiáng)度和硬度，但塑性很差，幾乎為零，不能承受沖擊載荷。
板條狀馬氏體：又稱低碳馬氏體，在低、中碳鋼及不銹鋼中形成，由許多成群的、相互平行排列的板條所組成的板條束?？臻g形狀是扁條狀的，一個(gè)奧氏體晶?？赊D(zhuǎn)變成幾個(gè)板條束（通常3到5個(gè)）；
針狀馬氏體：又稱片狀馬氏體或高碳馬氏體，片狀馬氏體常見(jiàn)于高、中碳鋼及高Ni的Fe-Ni合金中；當(dāng)最大尺寸的馬氏體片小到光學(xué)顯微鏡無(wú)法分辨時(shí)，便稱為隱晶馬氏體。在生產(chǎn)中正常淬火得到的馬氏體，一般都是隱晶馬氏體。
板條狀馬氏體金相圖
針狀馬氏體金相圖
淬火后形成的馬氏體經(jīng)過(guò)回火還可以形成三種特殊的金相組織：
回火馬氏體：指淬火時(shí)形成的片狀馬氏體（晶體結(jié)構(gòu)為體心四方）于回火第一階段發(fā)生分解—其中的碳以過(guò)渡碳化物的形式脫溶—所形成的、在固溶體基體（晶體結(jié)構(gòu)已變?yōu)轶w心立方）內(nèi)彌散分布著極其細(xì)小的過(guò)渡碳化物薄片（與基體的界面是共格界面）的復(fù)相組織；這種組織在金相（光學(xué)）顯微鏡下即使放大到最大倍率也分辨不出其內(nèi)部構(gòu)造，只看到其整體是黑針（黑針的外形與淬火時(shí)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?lè)Q為“回火馬氏體”。
回火馬氏體金相圖
回火索氏體：淬火馬氏體經(jīng)高溫回火后的產(chǎn)物。其特征是：索氏體基體上布有細(xì)小顆粒狀碳化物，在光鏡下能分辨清楚。這種組織又稱調(diào)質(zhì)組織，它具有良好的強(qiáng)度和韌性的配合。鐵素體上的細(xì)顆粒狀碳化物越是細(xì)小，則其硬度和強(qiáng)度稍高，韌性則稍差些；反之，硬度及強(qiáng)度較低，而韌性則高些。
回火索氏體金相圖
回火屈氏體：淬火馬氏體經(jīng)中溫回火的產(chǎn)物，其特征是：馬氏體針狀形態(tài)將逐步消失，但仍隱約可見(jiàn)（含鉻合金鋼，其合金鐵素體的再結(jié)晶溫度較高，故仍保持著針狀形態(tài)），析出的碳化物細(xì)小，在光鏡下難以分辨清楚，只有電鏡下才可見(jiàn)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(shí)間稍長(zhǎng)，則使針葉呈白色；此時(shí)碳化物偏聚于針葉邊緣，這時(shí)鋼的硬度稍低，且強(qiáng)度下降。
回火屈氏體金相圖
鐵-碳相圖剖析
鐵-碳相圖
基于Fe-Fe3C相圖的Fe-C合金分類：
工業(yè)純鐵（Pure Iron）（含碳＜0.0218%）；
亞共析鋼（Hypo-EutectoidSteel）（含碳＜0.77%）；
共析鋼（Eutectoid Steel）（含碳為0.77%）；
過(guò)共析鋼（Hyper-EutectoidSteel）（含碳＞0.77%）；
亞共晶白鑄鐵（Hypo-EutecticWhite Cast Iron）（含碳＜4.3%）；
共晶白鑄鐵（EutecticWhite Cast Iron）（含碳為4.3%）；
過(guò)共晶白鑄鐵（Hyper-EutecticWhite Cast Iron）（含碳＞4.3%）。
三大反應(yīng)：
包晶反應(yīng)（PeritecticReactions）
其特征是首先晶出之初晶固溶體與周圍殘留液體間發(fā)生反應(yīng)， 而生成第二種固溶體，將原來(lái)的初晶包起來(lái)；
包晶反應(yīng)式：LB + δ → AJ。
共晶反應(yīng)（Eutectic Reactions）
是由一種液體同時(shí)析出兩種不同的固體；
共晶反應(yīng)式：LC →AE +Fe3C。
共析反應(yīng)（EutectoidReactions）
是由一種固體同時(shí)析出兩種不同的固體；
共析反應(yīng)式：AS →FP +Fe3C。
特征點(diǎn)匯總表
特征線匯總表
鐵-碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程
工業(yè)純鐵
工業(yè)純鐵平衡結(jié)晶示意圖
工業(yè)純鐵室溫下組織為：鐵素體（F）+三次滲碳體（Fe3CⅢ）。
工業(yè)純鐵典型金相圖
亞共析鋼
亞共析鋼平衡結(jié)晶示意圖
亞共析鋼典型金相圖
亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為：勻晶反應(yīng)+包晶反應(yīng)+固溶體轉(zhuǎn)變反應(yīng)+共析反應(yīng)。
亞共析鋼室溫平衡組織：先析鐵素體（F）+珠光體（P），P的量隨含碳量增加而增加。
共析鋼
共析鋼平衡結(jié)晶示意圖
共析鋼結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為：勻晶反應(yīng)+共析反應(yīng)。
共析鋼室溫組織為：100%的珠光體（P），鐵素體和滲碳體相的相對(duì)重量比為8:1。
共析鋼典型金相圖
過(guò)共析鋼
過(guò)共析鋼平衡結(jié)晶示意圖
過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為：勻晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)。
共析鋼室溫組織為：珠光體（P）+二次滲碳體（Fe3CⅡ），Fe3CⅡ沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，使材料的整體脆性加大。
過(guò)共析鋼典型金相圖
亞共晶白口鑄鐵
亞共晶鑄鐵平衡結(jié)晶示意圖
亞共晶白口鑄鐵結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為：勻晶反應(yīng)+共晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)。
亞共晶白口鑄鐵室溫組織為：珠光體（P）+二次滲碳體（Fe3CⅡ）+低溫萊氏體（Ld’）。
亞共晶鑄鐵典型金相圖
共晶白口鑄鐵
共晶鑄鐵平衡結(jié)晶示意圖
共晶白口鑄鐵結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為：共晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)。
共晶白口鑄鐵室溫組織為：低溫萊氏體（Ld’）。
共晶鑄鐵典型金相圖
過(guò)共晶白口鑄鐵
過(guò)共晶鑄鐵平衡結(jié)晶示意圖
過(guò)共晶白口鑄鐵結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)為：勻晶反應(yīng)+共晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)。
過(guò)共晶白口鑄鐵室溫組織為：一次滲碳體（Fe3C）+低溫萊氏體（Ld’）。
過(guò)共晶白口鑄鐵典型金相圖
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