铁素体奥氏体马氏体在金相下的介绍

铁素体奥氏体马氏体在金相下的介绍

  钢铁由铁矿石提炼而成，来源丰富，价格低廉。钢铁又称为铁碳合金，是铁（Fe）与碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）以及其他少量元素（Cr、V等）所组成的合金。通过调节钢铁中各种元素的含量和热处理工艺（四把火：淬火、退火、回火、正火），可以获得各种各样的金相组织，从而使钢铁具有不同的物理性能。将钢材取样，经过打磨、抛光，然后用特定的腐蚀剂腐蚀显示后，在金相显微镜下观察到的组织称为钢铁的金相组织。钢铁材料的秘密便隐藏在这些组织结构中。在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。我们今天着重介绍下铁素体、奥氏体、马氏体这三种常见金相组织。

一、铁素体

碳溶于α-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为铁素体， 属bcc（体心立方晶格）结构，呈等轴多边形晶粒分布，用符号F表示。其组织和性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低（30-100 HB）。在合金钢中，则是碳和合金元素在α-Fe中的固溶体。碳在α-Fe中的溶解量很低，在AC1温度，碳的*大溶解量为0.0218%，但随温度下降的溶解度则降0.0084%，因而在缓冷条件下铁素体晶界处会出现三次渗碳体。随钢铁中碳含量增加，铁素体量相对减少，珠光体量增加，此时铁素体则是网络状和月牙状。

二、奥氏体

碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。奥氏体在1148℃有zui大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、 =40~50%。TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。

三、马氏体

碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。马氏体有很高的强度和硬度，但塑性很差，几乎为零，用符号M表示，不能承受冲击载荷。马氏体是过冷奥氏体快速冷却，在Ms与Mf点之间的切变方式发生转变的产物。这时碳（和合金元素）来不及扩散只是由γ-Fe的晶格（面心）转变为α-Fe的晶格（体心），即碳在γ-Fe中的固溶体（奥氏体）转变为碳在α-Fe中的固溶体，故马氏体转变是“无扩散”的根据马氏体金相形态特征，可分为板条状马氏体（低碳）和针状马氏体。

1、板条状马氏体：又称低碳马氏体。尺寸大致相同的细马氏体条定向平行排列，组成马氏体束或马氏体领域；在领域与领域之间位向差大，一颗原始奥氏体晶粒内可以形成几个不同取向的领域。由于板条状马氏体形成的温度较高，在冷却过程中，必然发生自回火现象，在形成的马氏体内部析出碳化物，故它易受侵蚀发暗。

2、针状马氏体：又称片状马氏体或高碳马氏体，它的基本特征是：在一个奥氏体晶粒内形成的**片马氏体片较粗大，往往贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒加以分割，使以后形成的马氏体大小受到限制，因此片状马氏体的大小不一，分布无规则。针状马氏体按一定方位形成。在马氏体针叶中有一中脊面，碳量越高，越明显，且马氏体也越尖，同时在马氏体间伴有白色残留奥氏体。

淬火后形成的马氏体经过回火还可以形成三种特殊的金相组织：

（1）回火马氏体：指淬火时形成的片状马氏体（晶体结构为体心四方）于回火一阶段发生分解—其中的碳以过渡碳化物的形式脱溶—所形成的、在固溶体基体（晶体结构已变为体心立方）内弥散分布着极其细小的过渡碳化物薄片（与基体的界面是共格界面）的复相组织；这种组织在金相（光学）显微镜下即使放大到*大倍率也分辨不出其内部构造，只看到其整体是黑针（黑针的外形与淬火时形成的片状马氏体（亦称“α马氏体”）的白针基本相同），这种黑针称为“回火马氏体”。

（2）回火屈氏体：淬火马氏体经中温回火的产物，其特征是：马氏体针状形态将逐步消失，但仍隐约可见（含铬合金钢，其合金铁素体的再结晶温度较高，故仍保持着针状形态），析出的碳化物细小，在光镜下难以分辨清楚，只有电镜下才可见到碳化物颗粒，极易受侵蚀而使组织变黑。如果回火温度偏上限或保留时间稍长，则使针叶呈白色；此时碳化物偏聚于针叶边缘，这时钢的硬度稍低，且强度下降。

（3）回火索氏体：淬火马氏体经高温回火后的产物。其特征是：索氏体基体上布有细小颗粒状碳化物，在光镜下能分辨清楚。这种组织又称调质组织，它具有良好的强度和韧性的配合。铁素体上的细颗粒状碳化物越是细小，则其硬度和强度稍高，韧性则稍差些；反之，硬度及强度较低，而韧性则高些。

铁素体奥氏体马氏体在金相下的介绍如上，更多金相结构我们下次分析。

相关检测仪器：高温耦合剂、铁素体含量检测仪。