金相组织识别——铁碳相图

金相组织识别——贝氏体
上贝氏体
上贝氏体在500℃~350℃形成，从图中可见在光学显微镜下呈羽 毛状，电镜照片表明，它是由平行分布的铁素体片和分布在片间的断 续而细小的渗碳体片共同组成。
金相组织识别——贝氏体
下贝氏体
下贝氏体在350℃~230℃形成，从图11可见在光学显微镜呈 黑色针状，针的基体是铁素体，内部分布着细小的碳化物。
金相组织识别——铁碳合金的基本相
铁素体
Ferrite
碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶 体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由 于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。 铁素体的含碳量非常低（727℃时， α－Fe 最大溶碳量仅为0.0218％，室温下含碳仅为 0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度 (HB50~80)低，塑性(延伸率δ 为 30%~50%)高。铁素体的显微组织与工业 纯铁相似。
部分奥氏体不发生转变，而保留下来，称为残余奥氏体。此特征称为转变不完全性。
金相组织识别——典型钢铁组织
铁素体 成分：C 0.03%, Si 0.33%, Mn 0.22%, P 0.014%, S 0.012%
热处理：950℃退火
金相组织识别——典型钢铁组织
珠光体+铁素体
成分：C 0.44%, Si 0.19%, Mn 0.73%, P 0.022%, S 0.011%
金相组织识别——铁碳合金的基本相
渗碳体 Fe3C
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℃。渗 碳体硬度极高（HB800），塑性几乎等于0， 是硬脆相。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。 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。
热处理：850℃水淬后，350℃回火
金相组织识别——典型钢铁组织
索氏体 成分：C 0.81%, Si 0.18%, Mn 0.33%, P 0.022%, S 0.014%
热处理：820℃水淬；580℃回火
金相组织识别——典型钢铁组织
残留奥氏体 成分：C 1.13%, Si 0.17%, Mn 0.45%, P 0.022%, S 0.009%
金相组织识别——贝氏体
贝氏体转变的基本规律
根据实验的结果，贝氏体相变有如下的规律： 贝氏体转变也是形核与长大的过程。因相变是由一 种成分的奥氏体分解出铁素体及碳化物两相组织，转变 必有碳的扩散，但铁原子与合金元素不发生扩散。且在 许多的钢种中存在转变的不完全性。 由于形成温度较低，碳原子扩散困难使得贝氏体中 的碳化物的尺寸比珠光体中的碳化物细小，铁素体中碳 的过饱和度增加。 贝氏体的组织形态主要决定于形成温度，还与奥氏体 中的含碳量有关。为了得到下贝氏体,奥氏体中的含碳量 胞示意图
金相组织识别——珠光体
• 在727℃时， 奥氏体（0.77%C） — 铁素体(0.02%C)+渗碳体Fe3C(6.67%C) • 奥氏体过冷到727℃以下在奥氏体晶界首先 形成Fe3C晶核。Fe3C是高碳相必须依靠周围 的奥氏体不断的供碳使它长大。随Fe3C核的 横向长大在它两侧的奥氏体形成贫碳区。为 铁素体的形成创造了条件，在侧面的贫碳区 就形成铁素体晶核。 • 贫碳区形成铁素体的晶核长大。因铁素体 是贫碳相随着它的长大必有一部分碳排出使 相邻的奥氏体中富碳，又为Fe3C形核创造了 条件。就在富碳区形成Fe3C核。如此反复形 成层片状分布的组织。且铁素体与Fe3C同时 向纵深长大形成珠光体组织。层片状分布大 致分别相同的区域称为珠光体团。显然这是 典型的扩散型相变。
珠光体
727℃
金相组织识别——贝氏体
如果将共析钢过冷到550℃~230℃之间并没有产生片 间距更细的珠光体，而是产生了另一种新组织称为贝氏体 (Bainite）。它也是由铁素体加碳化物组成，但碳化物是 非层片状分布的。这是因为珠光体转变是受碳在奥氏体中 的扩散控制，同时铁原子也要发生扩散。如果过冷度很大， 转变的温度达到相当的低，使铁原子无法发生扩散，同时 碳的扩散也受到影响，显然不可能发生珠光体转变了，就 会使转变的规律发生变化，产生贝氏体组织。 由于形成的温度不同使贝氏体的形貌有所不同，又将贝 氏体分成上贝氏体(Upper Bainite)与下贝氏体(Lower Bainite)。其形貌如图8、9所示。
金相组织识别——典型钢铁组织
球状渗碳体 成分：C 1.13 %, Si 0.17%, Mn 0.45%, P 0.022%, S 0.009%
热处理：780℃退火1小时后徐冷
金相组织识别——典型钢铁组织
屈氏体 成分：C 0.81%, Si 0.25%, Mn 0.36%, P 0.014%, S 0.009%
金相组织识别——马氏体
当高温的奥氏体获得极大的过冷（对共析钢要过 冷到230℃以下）造成碳无法扩散，碳化物无法从奥 氏体中析出，就形成一种非平衡的新组织。试验表明， 虽然碳无法从奥氏体中扩散出来，但是奥氏体仍然从 原来γ—Fe的FCC结构转变成α—Fe的BCC结构。因为 没有碳化物的析出，所以碳就过饱和的溶解在BCC结 构中将晶格拉长变成了BCT结构。钢中形成的这种碳 在α—Fe中过饱和的固溶体就被称为马氏体 （Martensite）。有两种典型的组织：板条马氏体与 片状马氏体。
金相组织识别——铁碳相图
Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合 物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后 面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳 合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就 是Fe-Fe3C部分。 化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳 定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚 集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和 Fe-石墨双重相图。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨 相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论
热处理：1030℃油冷
金相组织识别——典型钢铁组织
马氏体＋球状渗碳体 成分：C 1.13 %, Si 0.17%, Mn 0.45%, P 0.022%, S 0.009%
热处理：球化珠光体组织加热到800℃水冷，100℃回火
金相组织识别——典型钢铁组织
屈氏体＋马氏体 成分：C 0.41%, Si 0.25%, Mn 0.73%, P 0.015%, S 0.011%
金相组织识别——铁碳相图
铁碳相图
纯铁的同素异晶转变如下：
共析成分的Fe-C合金升温 转变成奥氏体之后,在不同冷却 条件下奥氏体所发生的相变。主 要有三种不同的相变过程：珠光 体转变、贝氏体转变、马氏体转 变。
金相组织识别——铁碳相图
单相区——5个 液相区(L)——ABCD以上区域 δ 固溶体区——AHNA 奥氏体区(γ )——NJESGN 铁素体区(α )——GPQ以左 渗碳体区(Fe3C)——DFK直线 两相区——7个 L+δ ——AHJBA L+γ ——BJECB L+ Fe3C——DCFD δ +γ ——HNJH γ +α ——GPSG γ + Fe3C——ESKFCE α + Fe3C——PQLKSP 三相区——3个 包晶线——水平线HJB(L+δ +γ ) 共晶线——水平线ECF(L+γ +Fe3C) 共析线——水平线PSK(γ +α + Fe3C)
热处理：850℃油冷
金相组织识别——典型钢铁组织
马氏体+铁素体 成分：C 0.33%, Si 0.17%, Mn 0.74%, P 0.027%, S 0.015%
热处理：从950℃炉冷到750℃后水淬
金相组织识别——典型钢铁组织
魏氏组织 成分：C 0.33%, Si 0.17%, Mn 0.74%, P 0.027%, S 0.015%
热处理：930℃退火
金相组织识别——典型钢铁组织
珠光体+网状渗碳体 成分：C 1.13%, Si 0.17%, Mn 0.45%, P 0.022%, S 0.009%
热处理：900℃退火
退火或者正火时，由于加热温度过高或者冷却过分 缓慢会造成先共析相沿奥氏体晶界析出。亚共析钢中的 先共析铁素体或过共析钢中的二次渗碳体析出后形成网 状组织。此乃网状渗碳体的形成原因 .知道了形成原因 就不难解决问题了。即热处理时温度不能升的太高，冷 却速度不能过于缓慢。 在进行淬火时，亚共析钢中的网状组织会自行消除， 而过共析钢中的网状组织则不能，必须进行一次正火处 理，即把过共析钢的温度加热到Accm温度以上30-50度， 网状组织也就是二次渗碳体会自动溶入奥氏体当中。
金相组织识别——马氏体
板条状马氏体 板条状马氏体光学显微镜下的特征是：束状组织，每一 束内有条，条与条间以小角度晶界分开，而束与束间有较大 的夹角。
金相组织识别——马氏体
片层状马氏体 片层状马氏体光学显微镜下的特征是：细针状或竹叶状， 片与片之间以一定的夹角相交。一个重要的规律是：奥氏体 的晶粒越粗大，马氏体的片也越粗大。
金相组织识别——马氏体
对马氏体的转变机理目前尚不完全清楚。但根据大量的试验结果可归纳 出以下的转变特征(相对于扩散性相变具有的一些特点)： • 因为转变温度很低，相变驱动力大，使铁原子发生迁移，奥氏体由原来的FCC 结构变成BCC结构。Fe原子的移动时是以马氏体与母相的界面为固定的平面， 每一个原子均相对于相邻的原子以相同的矢量移动，且移动的距离不超过原 子间距，移动后仍然保持原有的近邻关系。这种方式为切变。 • 因转变的温度很低，碳及合金元素均无法扩散，造成原奥氏体中的化学成分 与马氏体中的化学成分完全一致，这一特征称为无扩散性。 • 马氏体的形成的速度极快。只要有过冷度到马氏体开始转变的温度（Ms点） 会立即以高速形成相当数量的马氏体，在一般的钢中如果在Ms点以下的某一 温度延长时间，马氏体的数量不会增加。只有不断的降温，马氏体的数量才 可以不断的增加。一旦到了马氏体转变终了温度（Mf点）再降温马氏体的数 量也不再增加。这种特征称为变温形成瞬时长大。 • 根据变温形成瞬时长大特征可知，即使到了Mf点（一般在室温以下）也会有一