(完整word版)金相组织相图

组织
纯铁熔点1538℃，温度变化时会发生同素异构转变。

在912℃以下为体心立方，称α—Fe;912℃～1394℃之间为面心立方，称为γ—Fe；在1394℃～1538℃（熔点）之间为体心立方，称为δ—Fe。

纯铁的强度和硬度都很低，不能用作结构材料.
碳溶解于α-Fe或δ—Fe中形成的固溶体为铁素体，用α或δ表示。

δ铁素体也叫高温铁素体.碳在α铁素体中最大溶解度为0.0218％,δ铁素体中最大溶解度为0.09％。

碳溶解于γ铁中形成的固溶体称为奥氏体，用γ表示.碳在奥氏体中的最大溶解度为2。

11%。

强度硬度低，塑性韧性好.
C具有斜方结构，无同素异构转变。

硬度很高，塑性几乎为零，是脆硬相.
Fe
3
石墨是稳定相，Fe3C是亚稳定相。

但是石墨的表面能很大，形核需要克服很高的能量，所以在一般的条件下,铁碳相图中的碳是以渗碳体Fe
C形式存在的。

3
铁碳相图
整个相图包含三个恒温转变：包晶，共晶、共析.
(1)在HJB水平线（1495℃）发生包晶转变：LB+δH→γJ，转变产物为奥氏体。

含碳量在0。

09％(H点）～0。

53％（B点）的铁碳合金发生这一转变。

（2)在ECF水平线（1148℃）发生共晶转变：LC→γE + Fe3C。

转变产物为奥氏体与渗碳体的
机械混合物，称为莱氏体（Ld)。

含碳量在2。

11％（E 点）～6。

69％(Fe3C)的铁碳合金都发生这一转变。

（3)在PSK 水平线（727℃)发生共析转变：γs →P+Fe3C 。

转变产物为铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体(P ）。

所有含碳量大于0.0218％的铁碳合金都发生这一转变. Fe-Fe3C 相图中还有四条重要的固态转变线：
（1) GS 线—奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部转变为奥氏体的转变线，常称此温度为A3温度。

(2) ES 线—碳在奥氏体中的固溶度线，此温度常称为Acm 温度.低于此温度，奥氏体中将析出渗碳体，称为二次渗碳体记作 Fe3C Ⅱ,以区别液相中经CD 线析出的一次渗碳体Fe3C Ⅰ.
(3) GP 线—碳在铁素体(α）中的固溶度线（共析温度以上) 。

随着温度降低，铁素体中含碳量升高。

(4） PQ 线—碳在铁素体（α）中的固溶度线(共析温度以下)。

在727℃时，铁素体含碳量为0。

0218％,在600℃时仅为0.008％,温度下降时铁素体中将析出渗碳体。

注意： 液相中析出的渗碳体为一次Fe 3C Ⅰ；奥氏体中析出的渗碳体为二次渗碳体，Fe 3C Ⅱ；铁素体中析出的渗碳体为三次渗碳体Fe 3C Ⅲ 。

两个磁性转变的温度线：（770℃)线表示铁素体的磁性转变温度(居里温度)，常称A 2温度。

230℃虚线表示渗碳体的磁性转变温度.
★含碳量小于0。

0218％的铁碳合金则称为工业纯铁。

★含碳量在0。

0218％～2.11%的铁碳合金无共晶转变，有共析转变，称为钢. ★含碳量大于2.11％的铁碳合金有共晶反应，称为铸铁。

铸铁根据其室温组织又可分为三类。

a ．亚共晶铸铁：2。

11％<C ％〈4.3％的铁碳合金
b ．共晶铸铁：C ％＝4.3％的铁碳合金
c ．过共晶铸铁：4。

3％〈C%〈6。

69％的铁碳合金 钢根据其室温组织又可分为三类。

a ．亚共析钢：0。

0218％〈C ％〈0。

77％的铁碳合金
b ．共析钢：C ％＝0。

77%的铁碳合金
c．过共析钢：0.77％<C％〈2.11％的铁碳合金
铁碳合金在固态下出现的几种基本组织：
1、铁素体
铁素体是碳溶解在α－Fe中的间隙固溶体，体心立方晶格，其溶碳能力很小，常温下仅能溶解为0.0008％的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.0218％.由于铁素体含碳量很低，其性能与纯铁相似，塑性、韧性很好，伸长率45％~50％。

强度、硬度较低。

2、奥氏体
奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，面心立方晶格.其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为0.77％,1148℃时可溶碳 2.11％.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。

奥氏体没有磁性。

3、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6。

69％,熔点为1227℃。

硬度很高，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。

4、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机械混合物，其形态为铁素体和渗碳体薄层交替分布。

用符号P表示，含碳量为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。

5、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的机械混合物,其含碳量为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，成为莱氏体。

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.莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差。

纯金属在凝固时,其理论凝固温度(Tm）不变。

当液态金属中的实际温度低于Tm时,就引起过冷,这种过冷称为热过冷。

在合金的凝固过程中，由于液相中溶质的分布发生变化而改变了凝固温度，这可由相图中的液相线来确定，因此，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷。

成分过冷能否产生及其程度取决于液―固界面前沿液体中的溶质质量浓度分布和实际温度分布这两个因素。

成分过冷是合金凝固有别于纯金属凝固的主要特征。

偏析是指化学成分的不均匀性。

只有当合金在凝固时体积收缩，并在铸件中心有孔隙时才能形成反偏析。

比重偏析通常产生在结晶的早期，由于初生相与溶液之间密度相差悬殊，轻者上浮，重者下沉，从而导致上下成分不均匀，这称为比重偏析。

显微偏析可分为胞状偏析、枝晶偏析和晶界偏析3种。

马氏体含碳量与硬度的关系
贝氏体转变使样品表面产生浮凸，在上贝氏体形成时可观察到群集的条状浮凸，而下贝氏体则是多向分布的针状浮凸。

上贝氏体是由平行的铁素体板条(含较高密度的位错）及分布于板条间或板条内的渗碳体所组成的,渗碳体的分布方向基本上是平行于铁素体条的生长主轴。

下贝氏体中碳化物经测定主要为六方点阵的ε—碳化物,是一种亚稳相。

当等温时间延长时，ε—碳化物就逐渐转变成稳定的渗碳体相。

钢中贝氏体是铁素体和碳化物组成的两相组织，随转变温度改变和化学成分不同。

偏晶转变:一个液相L
1分解为一个固相和另一成分的液相L
2
的恒温转变.
合晶转变:由两个成分不同的液相L
1和L
2
相互作用形成一个固相的转变。

熔晶转变：由一个固相恒温分解成一个液相和另一个固相的转变。

共析转变:一定成分的固相在恒温下生成另外两个一定成分的固相的转变。

包析转变：两个一定成分的固相，在恒温下转变为一个新的固相的转变。

二元系各类恒温转变图型
判断合金的热处理可能性：
1、没有固态相变的合金只能进行消除枝晶偏析的扩散退火,不能进行热处理
2、具有同素异构转变的合金可通过再结晶退火和正火热处理细化晶粒
3、具有溶解度变化的合金可通过时效处理强化合金
4、具有共析转变的合金,先加热形成固溶体相，然后快冷，则共析转变被抑制而发生性质不同的非平衡转变，或者性能不同的组织。

奥氏体的组织通常是由等轴状的多边形晶粒所组成,晶内常可出现相变孪晶。

表3-1 管线钢不同组织结构的基本特征
准多边形铁
素体
QF
（MF）
块状转
变
形态不规则，呈无
特征的碎片,大小
参差不齐；
边界粗糙、模糊，
凸凹不平,呈锯齿
状或波浪状。

偶尔见M—A高
针状铁素体＊＊
粒状
贝氏体
GB
（GF）
扩散和
切变混
合型
条状
(形成温度高时呈
不规则、无特征外
形的亚晶）
条间分布有粒
状或条状M-A
高
贝氏体
铁素体
BF
扩散和
切变混
合型
板条状
板条间分布有
薄膜状或针状
M—A
很高珠光体P扩散型
层片状F与Fe
3
C
(若Fe
3
C不连续，则
称为退化P)
——
上贝氏体UB 扩散和
切变混
合型
板条状
板条之间为片
状或杆状碳化
物（若为
M—A，则称为
退化UB）
很高
下贝氏体LB 扩散和
切变混
合型
板条状
板条内碳化物
沿板条轴线呈
55°～65°分
布
很高
板条马氏体LM切变型板条状板条间为薄膜
状残余奥氏体
A'，板条内有
呈魏氏组态的
碳化物
位错缠
结,局
部微孪
晶
* 在微合金化管线钢中，除焊缝金属外，较少涉及到魏氏铁素体。

*＊所谓针状铁素体，其实质是粒状贝氏体、贝氏体铁素体或是粒状贝氏体与贝氏体铁素体组成的复相组织. \
Ar1 –冷却时，奥氏体向珠光体转变的开始温度。

AC3 –加热时，先共析铁素体全部转变为奥氏体的终止温度.
Ar3 –冷却时，奥氏体开始析出先共析铁素体的温度.
Accm –加热时,二次渗碳体全部融入奥氏体的终止温度。

Arcm –冷却时，奥氏体开始析出二次渗碳体的温度。

通常把加热时的临界温度加注下标“C”，冷却时的临界温度加注下标为“r”
铁素体为均匀明亮的多边形晶粒。

渗碳体不会被硝酸酒精溶液腐蚀,所以在显微镜下显示白亮颜色。

珠光体在高倍显微镜下可以看到是条状渗碳体分布于铁素体机体上,在低倍显微镜下呈片层状特征。

纵向取样,沿着钢材的锻轧方向进行取样。

主要检验内容：非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度等.
横向取样，在垂直于钢材锻轧方向取样。

主要检验内容:金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度及热处理镀层厚度等.
缺陷或失效分析取样，应包括零件的缺陷部分在内。

例如，包括零件断裂时的断口或取裂纹的横截面，取样时应注意不能使缺陷处在磨制时被损伤或者消失。