关于金相组织的基本知识

关于金相组织的基本知识

首先金相人员进行试样组织分析时候，必须了解铁碳相图Fe-C（Fe-Fe₃C）的意义和特点，以及点、线、区的之间意义；大家可以参考资料铁碳相图的原理和知识基础。

图中ABCD为液相线，AHJECF为固相线；

相图中有五个单相区，它们是：ABCD以上--液相区（用L符号表示）；

AHNA--固溶体区（用θ表示）

NJESGN—奥氏体区（用A或表示）

GPQG—铁素体区（用F表示）

DFKZ—渗碳体区（用Fe3C或Cm表示）

相图中有七个两相区，分别是：L+γ，L+δ，L+Fe3C，γ+δ，γ+α，γ+Fe3C，

α+Fe3C

鉄碳相图中的特性点；

A点 1538℃ｗ（C） 0% 纯铁的熔点； B

点 1495℃ｗ（C）0.53% 包晶转变时液态合金的成分；

C点 1148℃ｗ（C） 0.43% 共晶点； D

点 1227℃ｗ（C）6.69% 渗碳体的熔点；

E点 1148℃ｗ（C） 2.11% 碳在γ-Fe中的最大溶解度；G点 912℃ｗ（C） 0% α-Fe<=>γ-Fe 转变温度；

H点 1495℃ｗ（C） 0.09% 碳在γ-Fe中的最大溶解度；J点 1495 ｗ（C）包晶点；

K点 727 ℃ｗ（C） 6.69% 渗碳体的成分； M

点 700 ｗ（C） 0%纯铁的磁性转变点；

N点 1394 ℃ｗ（C） 0% γ-Fe<=>δ-Fe的转变温度； P

点 727℃ｗ（C） 0.0218% 碳在α-Fe中的最大溶解度；

S点 727℃ｗ（C） 0.77% 共析点； Q点 600℃ｗ（C） 0.0057% 600℃时碳在α-Fe中的溶解度；

相图中还有两条磁性转变线：MO线（770℃）为铁素体的磁性

转变线； 230℃虚线为渗碳体的磁性转变线。

Fe-Fe3C相图上有3条水平线，即HJB-包晶转变线；ECF-共晶转变线；PSK-

共析转变线

HJB-包晶线：在1495℃恒温下，碳的质量分数为0.53%的液相与碳的质量

分数为0.09%的的δ铁素体发生包晶反应，形成碳的质量分数为0.17%的奥氏体，

其反应式为：LB+δh<=>γj

共晶转变线（ECF线）：发生在1148℃的恒温中，由碳的质量分数为4.3%的

液相转变为碳的质量分数2.11%的奥氏体和渗碳体[w(C)=6.69%]所组成的混合物，称为莱氏体，用Ld表示；反应式为：Ld<=>γE+Fe3C。

在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，而奥氏体则呈颗粒状分布的在其上，由于渗碳体很脆，所以莱氏体的塑性很差的，无实用价值。

共析转变线（PSK）：发生在727℃恒温下，是由碳的质量分数为0.77%的奥氏体转变成碳的质量分数为0.0218%的铁素体和渗碳体所组成的混合物，称为珠光体，用P表示。反应式为：γs<=>αp+Fe3C。

珠光体组织是片层状的，其中铁素体体积大约是渗碳体的8倍，所以在金相显微镜下观察，较厚的是铁素体，较薄的是渗碳体。

在铁碳相图中有三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溶入奥氏体的转变线，常称此温度为A3温度。

2，ES线：碳在奥氏体中的溶解度线，常称为Acm温度。以低于此温度时候，奥氏体中仍将析出Fe3C，称为二次渗碳体，记作Fe3CⅡ，以区别从液体中经CD 线直接析出的一次渗碳体。

3，PQ线：碳在铁素体中的溶解度线，在727℃时，碳的质量分数在铁素体中的最大溶解度仅为0.0218%，随着温度的降低，铁素体中的溶碳量是逐渐减少的，在300℃下，溶碳量少于0.001%。因此铁素体从727℃冷却下来，也会析出三次渗碳体。记作Fe3CⅢ。

铁碳合金的平衡结晶过程以及组织，通常按有无共晶转变来区分碳钢和铸铁，含碳量低于2.11%的为碳钢，大于2.11%的为铸铁；含碳量质量分数小于0.0218%的为工业纯铁；按Fe-Fe₃C系结晶的为铸铁；碳以Fe₃C形式存在，断口白亮色，称为白口铸铁。根据组织特征，铁碳合金按含碳量分为七种类型：

工业纯铁C＜0.0218%；其合金溶液向固体转变时候，按匀晶转变结晶出δ固溶体，δ固溶体继续冷却开始发生固溶体的同素异构转变δ→γ；奥氏体的晶核通常优先在δ相界上形成并长大，直到结束合金全部成单相奥氏体；如果继续冷却又发生同素异构转变γ→α则全部变成铁素体（析出）。继续冷却时碳在铁素体中溶解度达到饱和。最后将从铁素体中析出三次渗碳体。

共析钢C＝0.77%；合金按匀晶转变结晶出奥氏体，逐步凝固完成后全部转变为奥氏体；冷却到727℃时，在恒温下发生共析转变γ0.77→α0.0218＋Fe-Fe₃C，转变产物为珠光体；珠光体中渗碳体称为共析渗碳体，随后冷却过程中，从珠光体中的铁素体相中析出三次渗碳体，在缓冷条件下三次渗碳体从铁素体与渗碳体的相界面上形成，与共析渗碳体连接一起，在显微镜下难以分辨，数量很少对珠光体的组织和性能没有明显影响。

亚共析钢C＝0.021~0.77%；合金碳的质量分数为0.4%在液体向固体转变按

匀晶析出δ固溶体；冷却固体时发生包晶转变L B+δH→γJ形成奥氏体。由于钢中碳的质量分数大于0.17%，所以包晶转变终了后，仍有液相存在，这些剩余液相转变结晶成奥氏体，降温到固体时合金全部有碳质量分数为0.4%的奥氏体所组成；单相奥氏体冷却过程在晶界上开始析出铁素体，随着温度下降铁素体含量增加，其含碳量沿GP线变化，而剩余奥氏体的含碳量则沿GS线变化。当钢在室温下的组织有先共析铁素体和珠光体所组成；

过共析钢C＝0.77~2.11%；碳的质量分数为1.2%，按匀晶转变为单相奥氏体后，冷却到固体时，开始从奥氏体中析出二次渗碳体，形成渗碳体网，这种先共析的渗碳体多沿奥氏体晶界呈网状分布，数量较多时，还在晶内呈针状分布。当温度到727℃时，奥氏体的含碳量降为0.77%，因而在恒温下发生共析转变。最后得到的组织是网状二次渗碳体和珠光体。

共晶白口铁C＝4.30%；亚共晶白口铁C＝2.11~4.30%；过共晶白口铁C＝4.30~6.69%

1、碳钢和低合金钢基本组织

碳素钢是指碳外，仅含有少量的Mn、Si、S、P、O、N等元素，由于矿石及冶炼等原因进入钢内，这些元素对钢的性能有一定影响。一般以含碳量划分，小于等于0.25%称低碳钢；0.25~0.6%的称中碳钢；大于0.6%的称高碳钢。低合金钢是在碳素钢基础上，加入一些合金元素来弥补碳钢性能的不足，目的是提高钢的强度、韧性、塑性、耐磨性等各方面的性能要求。它们大部分属于亚共析钢，随着处理工艺不同，会出现多种不同的组织，如铁素体、渗碳体、珠光体、魏氏体组织、奥氏体、马氏体、回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体、贝氏体等。

1）铁素体,用F表示；（Ferrite）命名自拉丁文的铁（Ferrum）；属体心立方结构，在碳钢中它是碳固溶于α-Fe中的固溶体，在合金钢中则是碳和合金元素固