铁碳合金的组织结构

1、、铁碳合金的组织结构金属的组织与结构在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织，如图2-1所示。如用电子显微镜，可以观察到金属原子的各种规则排列。这种排列称为金属的晶体结构，简称结构。纯铁在不同温度下具有两种不同的晶体结构，即体心立方晶格与面心立方晶格，如图2-2所示。由于内部的微观组织和结构形式的不同， 影响着金属材料的性质。纯铁在体心立方晶格结构时，塑性比面心立方晶格结构的好，而后者的强度高于前者。图2-1金属的显微组织（曲面吃晶格（b）体卍立方聶榕图92纯跌的晶体结构铸铁是应用广泛的一种铁碳合金材料，一般碳以石墨形式存在，石墨有不同的组织形貌，见图2-3所示。其中球状石墨的铸铁称球墨铸铁，

2、它的强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。同球状石墨（血细片状石墨粗片狀石墨圏27灰铸钱中石墨存在的形式与分布纯铁的同素异构转变体心立方晶格的纯铁称-Fe，面心立方晶格的铁称为-Fe。 -Fe经加热可转变为 -Fe ,反之高温下的 -Fe冷却可变为-Fe。这种在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称同素异构转变“。纯铁的同素异构转变是在912C恒温下完成的。这一转变是铁原子在固态下重新排列的过程，实质上也是一种结晶过程。是钢进行热处理的依据。C面心立方羸体）（体心立方晶体a -Fe:温度低于912C的铁，为体心立方结构。丫 -Fe:温度在912C -1394 C之间的铁，为面心立方结构。S

3、 -Fe温度在1394 C -1538 C之间的铁，为体心立方结构故而：加热时，珠光体所形成奥氏体在AC1能使体心立方转变面心立方冷却时，奥氏体向珠光体转变在Ar1能使面心立方转变体心立方碳钢的基本组织铁素体碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中加入少量的碳，强度显著增加。这是由于碳引 起了铁内部组织的变化，从而引起碳钢的力学性能的相应改变。碳在铁中的存在形式有 固溶体（两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物 体）、化合物和混合物三种。这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。碳溶解在 -Fe中形成的固溶体称铁素体。由于-Fe原子间隙小，溶碳能力低（在室温下只能溶解

4、0.006 %），所以铁素体强度和硬度低，但塑性和韧性很好。低碳钢是含 铁素体的钢，具有软而韧的性能。由于含铬量的提高，对钢的组织也有很大影响，当铬含量高而碳含量很少时，铬会使铁碳平衡，图上的Y相区缩小，甚至消失，这种不锈钢为铁素体组织结构，加热时不发生相变，称为铁素体型不锈钢。奥氏 体碳溶解在-Fe铁中形成的固溶体称奥氏体。-Fe原子间隙较大，故碳在 -Fe中的溶解度比-Fe中大得多，如在 723C时可溶解0.8 %，在1147C时可达最大值 2.06 %。 奥氏体组织是在 -Fe发生冋素异构转变时产生的。 由于奥氏体有较大的溶解度， 故塑性、 韧性较好，且无磁性。 镍可以扩展 Y相区，使钢

5、材具有奥氏体组织。如果镍含量足够多，使钢在室温下也具有奥氏体组织结构，则称这种钢为奥氏体型不锈钢。渗碳 体铁碳合金中的碳不能全部溶入-Fe或-Fe中，其余部分的碳和铁形成一种化合物(Fe3C),称为渗碳体。它的熔点约为1600C，硬度高(约HB800)，塑性几乎等于零。碳化铁Fe3C。在冶金上称为渗碳体。为灰白色结晶粉末，相对密度为7.694，熔点为1837 C。不溶于水，溶于酸。正交晶系晶体，每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，成八面体结构，每个铁原子又为两个八面体共用，即碳原子配位数为6,铁原子配位数为 2。化学式中铁、碳原子数之比为Fe:C=1 /2X6:1=3:1。碳化铁是高温

6、下形成的间隙化合物，碳一铁之间有很强的结合力，性能坚硬而脆。若生铁中的碳，主要以碳化铁形式存在，这种生铁的断面呈银白色。叫白口铁，通常用做炼钢 的原料。若生铁中碳化铁已分解成游离状态的石墨，这种生铁断面为灰色，叫灰口铁。灰口铁有优良的切削加工性能，广泛用于机械制造。碳化铁可由铁粉渗碳来制得。纯粹的渗碳体又硬又脆无法应用。但在塑性很好的铁素体基体上散布着这些硬度很高的微 粒，将大大提高材料的强度。渗碳体在一定条件下可以分解为铁和碳，其中碳以石墨形式岀现。铁碳合金中，碳和硅的含量愈高，冷却愈慢，愈有利于碳以石墨形式析岀，析 出的石墨散布在合金组织中。铁碳合金中，当含碳量小于2%时，其组织是在铁素体

7、中散布着渗碳体，这就是碳素钢。随着含碳量的增加，碳素钢的强度与硬度也随之增大。 当含碳量大于2%时，部分碳以石墨形式存在于铁碳合金中，这种合金称铸铁。石墨本身 性软，且强度很低。从强度观点分析，分布在铸铁中的石墨，相当于在合金中挖了许多 孔洞，所以铸铁的抗拉强度和塑性都比碳钢低。但是石墨的存在，并不削弱抗压强度， 并且使铸铁具有一定消震能力。珠光 体珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即 其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。莱氏 体莱氏体是珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。莱氏体具有较高的硬度，是一种较粗 而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。马氏 体马氏体是钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原子在 -Fe中过饱和的固溶体。钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727 C以下时变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷到230