奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、渗碳体

奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、渗
碳体
奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、渗碳体
2011年04月08日
奥氏体
奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，常用符号A表示。

它仍保
持γ－Fe的面心立方晶格。

其溶碳能力较大，
在727℃时溶碳为ωc＝0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。

奥氏体是在
大于727℃高温下才能稳定存在的组织。

奥氏体塑性好，
是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。

奥氏体是没
有磁性的。

渗碳体
渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，其化学式为Fe3C。

渗碳体的含碳
量为ωc＝6.69％，熔点为1227℃。

其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW＝800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。

在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对铁碳合金
的性能有直接影响。

珠光体
珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。

其
形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复
相物，也称片装珠光体。

用符号P表示，含碳量为ωc＝0.77％。

其力学性能介于铁素体与渗碳体之间，决定于珠光体片层
间距，即一层铁素体与一层渗碳体厚度和的平均值。

莱氏体
莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3％。

当温度高于727℃时
，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。

在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，
称为变态莱氏体。

因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差。

马氏体分级淬火
是将奥氏体化工件先浸入温度稍高或稍低于钢的马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当的时间，待钢件的内、
外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺，也称分级淬火。

分级淬火由于在分级温度停留到工件内
外温度一致后空冷，所以能有效地减少相变应力和热应力，减少淬火变形和开裂倾向。

分级淬火适用于对于变形要求高的
合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、形状复杂地碳素钢工件。

钢中奥氏体特性
磁性：具有顺磁性，故可作为无磁钢。

比容：在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小。

膨胀：奥氏体的线膨胀系数比铁素体和渗碳体的平均线膨胀系数高出
约一倍。

故也可被用来制作要求膨胀灵敏的元件。

导热性：除渗碳体外，奥氏体的导热性最差。

为避免热应力引起的工
件变形，不可采用过大的加热速度加热。

力学性能：具有较高的塑性、低的屈服强度，容易塑性变形加工成型。

面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，至密度高，其中铁原子的自
扩散激活能大，扩散系数小，从而使其热强性好。

故奥氏体钢可作为高温用钢。

奥氏体的硬度一般是170~220HBS，延长率为40%~50%。

马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。

马氏体
马氏体（M）是碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散
型相变转变成的亚稳定相。

其比容大于奥氏体、
珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。

马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度
（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变
硬、增强的一种淬火组织。

铁素体
纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格（注1）的α-Fe。

碳溶于α-Fe 中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。

由于α-Fe是体心立方晶格结构，它的晶格间隙很小，因而溶碳能力
极差，在727℃时溶碳量最大，可达0.0218％,
随着温度的下降溶碳量逐渐减小，在600℃时溶碳量约为0.0057％，
在室温时溶碳量几乎等于零。

因此其性能几乎和纯铁相同，其数值如下：
抗拉强度 180—280MN/平方米
屈服强度 100—170MN/平方米
延伸率 30--50％
断面收缩率 70--80％
冲击韧性 160—200J/平方厘米
硬度 HB 50—80
由此可见，铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。

铁素体的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织，有时由于各晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差异，
因而稍显明暗不同。

铁素体在770℃以下具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。

（铁素体的居里点为770℃）
渗碳体（cementite）——铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。

分为一次渗碳体
（从液体相中析出）、二次渗碳体（从奥氏体中析出）和三次渗碳体（从铁素体中析出）。

它的含碳量为6.69％；熔点为1227℃左右；不发生同素异晶转变；但有磁性转变，它在230℃以下具有弱铁磁性，
而在230℃以上则失去铁磁性；其硬度很高（相当于HB800），而塑性和冲击韧性几乎等于零，脆性极大。

渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性
苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。

渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、
粒状、网状或板状。

渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的
影响。

同时Fe3C又是一种介（亚）稳定相，
在一定条件下会发生分解：Fe3C→3Fe+C，所分解出的单质碳为石墨。

渗碳体（Fe3C或Cm）：渗碳体是铁和碳形成的
金属化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的斜方晶体结构，熔点为1227℃。

在钢中，渗碳体以不同
形态和大小的晶体出现在组织中，对钢的力学性能影响很大。

经
3%～5%硝酸酒精溶液侵蚀后呈白亮色,若用苦味酸钠溶
液热侵蚀，则被染成黑褐色，而铁素体仍为白色，由此可区别开铁素
体和渗碳体。

渗碳体的硬度很高，达到HB800以上，
脆性很大，强度和塑性很差。

经过不同的热处理，渗碳体可以成片状、粒状或断续网状。

在一定条件下
（如高温长期停留或缓慢冷却），渗碳体可以分解而形成石墨状的自
由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。

这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。

珠光体 pearlite
珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体)发生共析
转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。

得名自其珍珠般
（pearl-like）的光泽。

其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠
的层状复相物，也称片状珠光体。

用符号P表示，
含碳量为ωc＝0.77％。

在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要
比渗碳体厚得多.在球化退火条件下,珠光体中的渗碳休也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体。

珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间,强韧性较好.其抗拉强度为750 ~900MPa,180 ~280HBS,伸长率为20 ~25%,
冲击功为24 ~32J.力学性能介于铁素体与渗碳体之间,强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好σb=770MPa,180HBS,δ=20%~35%,
AKU=24~32J)。

经2-4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在不同放大倍数的显微镜下可以观察到不同特征的珠光体组织.当放大倍数较高时可以清晰地
看到珠光体中平行排列分布的宽条铁素体和窄条渗碳体;当放大倍数较低时,珠光体中的渗碳体只能看到一条黑线;而当放大
倍数继续降低或珠光体变细时,珠光体的层片状结构就不能分辨了,此时珠光体呈黑色的一团。