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(jià)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(diào)節(jié)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(jīng)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(jié)構(gòu)中。在Fe-Fe3C系中，可配制多種成分不同的鐵碳合金，他們?cè)诓煌瑴囟认碌钠胶饨M織各不相同，但由幾個(gè)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(jī)械混合物的形式結(jié)合，形成了鋼鐵中豐富多彩的金相組織結(jié)構(gòu)。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， 屬bcc（體心立方晶格）結(jié)構(gòu)，呈等軸多邊形晶粒分布，用符號(hào)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(qiáng)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0.0084%，因而在緩冷條件下鐵素體晶界處會(huì)出現(xiàn)三次滲碳體。隨鋼鐵中碳含量增加，鐵素體量相對(duì)減少，珠光體量增加，此時(shí)鐵素體則是網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)，為高溫相，用符號(hào)A表示。奧氏體在1148℃有zui大溶解度2.11%C，727℃時(shí)可固溶0.77%C；強(qiáng)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(xué)性能與含碳量和晶粒大小有關(guān)，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(chǔ)開發(fā)的鋼材，利用殘余奧氏體的應(yīng)變誘發(fā)相變及相變誘發(fā)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(jié)構(gòu)鋼中的奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌啵挥性诟咛间摵蜐B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(qiáng)度和硬度，但塑性很差，幾乎為零，用符號(hào)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Ms與Mf點(diǎn)之間的切變方式發(fā)生轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。這時(shí)碳（和合金元素）來不及擴(kuò)散只是由γ-Fe的晶格（面心）轉(zhuǎn)變?yōu)棣?/span>-Fe的晶格（體心），即碳在γ-Fe中的固溶體（奧氏體）轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚讦?/span>-Fe中的固溶體，故馬氏體轉(zhuǎn)變是“無擴(kuò)散”的根據(jù)馬氏體金相形態(tài)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(xì)馬氏體條定向平行排列，組成馬氏體束或馬氏體領(lǐng)域；在領(lǐng)域與領(lǐng)域之間位向差大，一顆原始奧氏體晶粒內(nèi)可以形成幾個(gè)不同取向的領(lǐng)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(fā)生自回火現(xiàn)象，在形成的馬氏體內(nèi)部析出碳化物，故它易受侵蝕發(fā)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(gè)奧氏體晶粒內(nèi)形成的**片馬氏體片較粗大，往往貫穿整個(gè)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(guī)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(shí)在馬氏體間伴有白色殘留奧氏體。

淬火后形成的馬氏體經(jīng)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(shí)形成的片狀馬氏體（晶體結(jié)構(gòu)為體心四方）于回火一階段發(fā)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(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*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），這種黑針稱為“回火馬氏體”。

（2）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（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，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。

（3）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。

鐵素體奧氏體馬氏體在金相下的介紹如上，更多金相結(jié)構(gòu)我們下次分析。

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