钢结构组织与特性(No.1)
铁素体(F)
1.组织: 碳在α铁中的固溶体
2.特性:
呈体心立方晶格.溶碳能力最小,最大为0.02%;硬度和强度很低, HB=80-120,σb=250N/mm^2;而塑性和韧性很好,δ=50%,ψ=70-80%. 因此,含铁素体多的钢材(软钢)中用来做可压、挤、冲板与耐冲击震动的机件.这类钢有超低碳钢,如 0Cr13,1Cr13、硅钢片等
奥氏体
1.组织: 碳在γ铁中的固溶体
2.特性:
呈面心立方晶格.最高溶碳量为2.06%,在一般情况下,具有高的塑性,但强度和硬度低,HB=170-220,奥氏体组织除了在高温转变时产生以外,在常温时亦存在于不锈钢、高铬钢和高锰钢中,如奥氏体不锈钢等
渗碳体(C)
1.组织: 铁和碳的化合物(Fe3C)
2.特性:
呈复杂的八面体晶格. 含碳量为6.67%,硬度很高,HRC70-75,耐磨,但脆性很大,因此,渗碳体不能单独应用,而总是与铁素体混合在一起. 碳在铁中溶解度很小,所以在常温下,钢铁组织内大部分的碳都是以渗碳体或其他碳化物形式出现
珠光体(P)
1.组织; 铁素体片和渗碳体片交替排列的层状显微组织,是铁素体与渗碳体祷旌衔共析体)
2.特性:
是过冷奥氏体进行共析反应的直接产物.其片层组织的粗细随奥氏体过冷程度不同,过冷程度越大,片层组织越细性质也不同.奥氏体在约600℃分解成的组织称为细珠光体(有的叫一次索氏体),在500-600℃分解转变成用光学显微镜不能分辨其片层状的组织称为极细珠光体(有的一次屈氏体),它们的硬度较铁素体和奥氏体高,而较渗碳体低,其塑性较铁素体和奥氏体低而较渗碳体高.正火后的珠光体比退火后的珠光体组织细密,弥散度大,故其力学性能较好,但其片状渗碳体在钢材承受负荷时会引起应力集中,故不如索氏体
莱氏体(L)
1.组织: 奥氏体与渗碳体的共晶混合物
2.特性:
铁合金溶液含碳量在2.06%以上时,缓慢冷到1130℃便凝固出莱氏体.当温度到达共析温度莱氏体中的奥氏转变为珠光体.因此,在723℃以下莱氏体是珠光体与渗碳体机械混合物(共晶混合).莱氏体硬而脆(＞HB700),是一种较粗的组织,不能进行压力加工,如白口铁.在铸态含有莱氏体组织的钢有高速工具钢和Cr12型高合金工具钢等.这类钢一般有较大有耐磨性和较好的切削性
淬火与马氏体
1.组织: 碳在α-Fe中的过饱和固溶体,显微组织呈针叶状
2.特性:
淬火后获得的不稳定组织.具有很高的硬度,而且随含碳量增加而提高,但含碳量超过0.6%后的硬度值基本不变,如含C0.8%的马氏体,硬度约为HRC65,冲击韧性很低,脆性很大,延伸率和断面收缩率几乎等于零.奥氏体晶粒愈大,马氏体针叶愈粗大,则冲击韧性愈低;淬火温度愈低,奥氏体晶粒愈细,得到的马氏体针叶非常细小,即无针状马氏组织,其韧性最高
回火马氏体(S)
1.组织: 与淬火马氏体硬度相近,而脆性略低的黑色针叶状组织
2.特性:
淬火钢重新加热到150-250℃回火获得的组织.硬度一般只比淬火马氏体低HRC1-3格,但内应力比淬火马氏体小
索氏体(S)
1.组织: 铁索体和较细的粒状渗碳体组成的组织
2.特性:
淬火钢重新加热到500-680℃回火后获得的组织.与细珠光体相比,在强度相同情冲下塑性及韧性都高,随回火温度提高,硬度和强度降低,冲击韧性提高.硬度约为HRC23-35.综合机械性能比较好.索氏体有的叫二次索氏体或回火索氏体
屈氏体
屈氏体(T)组织或特性
1.组织: 铁索体和更细的粒状渗碳体组成的组织
2.特性:
淬火钢重新加热到350-450℃回火后获得的组织.它的硬度和强度虽然比马氏体低,但因其组织很致密,仍具有较高的强度和硬度,并有比马氏体好的韧性和塑性,硬度约为HRC35-45.屈氏体有的叫二次屈氏体或回火屈氏体
下贝氏体(B)
1.组织:
显微组织呈黑色针状形态,其中的铁素体呈现针状,而碳化物呈现极小的质点以弥散状分布在针状铁素体内
2.特性:
过冷奥氏体在400-240℃等温度转变后的产物.具有较高的硬度,约为HRC40-55,良好的塑性和很高的冲击韧性,其综合机械性能比索氏体更好;因此,在要求较大的、韧性和高强度相配合时,常以含有适当合金元素的中碳结构钢等温淬火,获得贝氏体以改善钢的机械性能,并减小内应力和变形低碳马氏体具有高强度与良好的塑性、韧性相结合的特点(σb=1200-1600N/mm^2,0.2=1000-1300N/mm^2,δ5≥10%,ψ≥40%αk≥60J/cm^2); 同时还有低的冷脆转化温度(≤-60℃);在静载荷、疲劳及多次冲击载荷下,其缺口敏感度和过载敏感性都较低.低碳马氏体状态的20SiMn2MoVA综合力学性能,比中碳合金钢等温淬火获得的下贝氏体更好.保持了低碳钢的工艺性能,但切削加工较难.铁-碳合金平衡图中特性点与线(搂冷却叙述,加热为可逆的)
符号 说明
A 纯铁的凝固点 E 碳在γ-Fe中的最大溶解度 G γ-Fe→α-Fe转变点 C 共晶点 S 共折点 ABCD 液相线.液体开始结晶 AHJECF 固相线,液体终止结晶 ES Acm线,渗碳体开始从奥氏体中析出 ECF 共晶线,开始从液体结晶出奥氏体和渗碳体的共晶混合物 GS As线,自奥氏体开始析出铁素体, 即γ-Fe→α-Fe的开始线 PSK 共析线或称A1线,自奥氏体开始析出铁素体和渗碳体的共析混合物
注:1.As线在加热时称为Ac3线,冷却时称Ar3线; 2.A1线在加热时称为Ac1线,冷却时称Ar1线
室温下铁-碳合金的平衡组织名称 含碳晶,% 平衡组织亚共析钢 0.02-0.8 铁素体＋珠光体共析钢 0.8 珠光体过共析钢 0.8-2.06 珠光体＋二次渗碳体亚共晶的口铁 2.06-4.3 树状珠光体＋二次渗透体＋共晶体共晶白口铁 4.3 共晶体(珠光体＋渗碳体)过共晶白口铁 ＞4.3-6.67 板状一次渗碳体＋共晶体