铁碳合金的基本组织与性能

铁碳合金的基本组织与性能金属材料与热处理1铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能由于铁和碳的相互作用，铁碳合金可形成下列五种基本组织。2铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能

一、铁素体碳溶解于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。铁素体晶胞示意图如图1-1所示。由于α-Fe是体心立方晶格，晶格间隙较小，所以碳在α-Fe中的溶解度很小。故铁素体中碳的质量分数极小，碳的质量分数最大为0.0218%（727℃）。随着温度的下降，溶碳量逐渐下降，在室温时，碳的质量分数为0.0008%，所以铁素体是几乎不含碳的纯铁，其力学性能与纯铁相似，即塑性和冲击韧度较好，而强度、硬度较低。铁素体的显微组织如图1-2所示。3铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能图1-1铁素体的晶胞示意图图1-2铁素体的显微组织4铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能

二、

奥氏体碳溶解于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。奥氏体晶胞示意图如图1-3所示。由于在高温状态下存在的γ-Fe是面心立方晶格，晶格间隙较大，故奥氏体的溶碳能力较强，在1148℃时，碳的质量分数达到2.11％。随着温度的下降，溶碳量逐渐减小，在727℃时，碳的质量分数为0.77％。奥氏体中碳的质量分数比铁素体高，奥氏体呈面心立方晶格，虽其强度、硬度不高，但却具有良好的塑性，尤其是具有良好的锻压性能。奥氏体存在于727℃以上的高温范围内，无室温组织。奥氏体的显微组织如图1-4所示。5铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能图1-3奥氏体的晶胞示意图图1-4奥氏体的显微组织6铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能钢丝、钢管的拉拔，型钢（角钢、槽钢、工字钢等）的轧制，热加工时的锻压锻打等都是将钢加热到使其组织转变为奥氏体组织的温度再进行的。钢的正火、退火、淬火等热处理工艺加热后也将得到奥氏体组织。7铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能渗碳体是铁和碳的金属化合物，具有复杂斜方晶格，如图1-5所示，其分子式为Fe3C，碳的质量分数为6.69％，熔点为1227℃。渗碳体的性能特点是熔点高、硬度高（950～1050HV），塑性和韧性几乎为零。三、渗碳体图1-5渗碳体的晶体结构8铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024渗碳体不能单独使用，主要作为铁碳合金中的强化相，在钢或铸铁中可以片状、球状或网状分布，其数量、形状、大小和分布对钢的性能影响很大。通常渗碳体越细小，在固溶体基体中分布得越均匀，合金的力学性能越好。

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铁碳合金的基本组织与性能渗碳体是碳在铁碳合金中的主要存在形式，是亚稳定的金属化合物，在一定条件下（如高温长期停留或极缓慢冷却）能分解为铁和石墨，这一过程对铸铁的形成过程具有重要意义。10铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能珠光体是奥氏体在高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，由铁素体和渗碳体组成的混合物，用符号P表示。其中，渗碳体和铁素体呈片层相间、交替排列的形式。珠光体的显微组织如图1-6所示，其中白色相为铁素体基体，黑色相为渗碳体。在缓慢冷却条件下，珠光体中碳的质量分数为0.77％，由于珠光体是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的混合物，因此其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，综合力学性能良好，即强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。四、珠光体11铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能图1-6珠光体的显微组织12铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的混合物，用符号Ld表示。莱氏体是碳的质量分数为4.3％的液态铁碳合金在1148℃时发生共晶转变的产物。当温度降到727℃时，由于莱氏体中的奥氏体转变为珠光体，所以室温下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成，称为低温莱氏体，用Ld′表示。低温莱氏体的显微组织如图1-7所示，图中黑色相为珠光体，白色相为渗碳体基体。莱氏体的性能与渗碳体的相似，即硬度高、塑性差。五、莱氏体13铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能图1-7低温莱氏体的显微组织14铁碳合金的基本组织与性能5/9/2024

铁碳合金的基本组织与性能以上五种组织中，铁素体、奥氏体和渗碳体是单相组织，称为铁碳合金