金相分析的工作原理是利用放大鏡和顯微鏡,按照觀察和研究金屬材料的宏觀和微觀組織的方法,在生產(chǎn)實(shí)踐中一般稱為金相檢驗(yàn)。宏觀組織是金屬材料中每種成分的直觀形狀,其中放大鏡不到10倍,或者人眼可以直接看到。微觀組織主要是指在光學(xué)顯微鏡下觀察到的金屬材料中每種成分的直觀形狀。
金相學(xué)檢查的基礎(chǔ)
首先要清楚地了解金屬和合金在固態(tài)下,通常是晶體。
晶體是一種物質(zhì),原子在三維空間中包含規(guī)則,在周期中反復(fù)排列。簡單來說,在金屬和合金中,原子的所有排列都是有規(guī)律的,而不是雜亂無章的。
晶體通常具有以下特點(diǎn):
01
均勻度;
02
各種各樣
03
能獨(dú)立形成多面體形狀
04
有一定的溶點(diǎn)
05
晶體的理想形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都有特定的對稱性。
06
衍射效應(yīng)對X射線產(chǎn)生影響
晶格的分類
身心立方晶格
體心立方晶格晶胞的三個(gè)棱角長度相同,三個(gè)軸之間的交角為90度,從而形成立方體。晶體的八個(gè)角各有一個(gè)原子,立方體的核心也有一個(gè)原子。
面立方晶格
面部立方晶格晶胞的八個(gè)角各有一個(gè)原子,從而形成一個(gè)正方體。它還有一個(gè)原子在正方體的六個(gè)面的中心。
六方晶格密排
密排六方晶格晶胞在晶胞的12個(gè)頂角上各有一個(gè)原子,從而形成一個(gè)六方柱體,上下兩側(cè)的核心也有一個(gè)原子,其中有六個(gè)原子。
Fe-C相圖
照片
照片
相圖中的特征符號(hào)和含義
特點(diǎn)點(diǎn)
溫度(℃)
含碳(%)
特征的含義
A
1538
0
純鐵的熔點(diǎn)
B
1495
0.53
液相成分的包晶轉(zhuǎn)換
C
1148
4.30
共晶點(diǎn)
D
1227
6.69
滲碳體溶點(diǎn)
E
1148
2.11
碳是馬氏體中最大的溶解性
F
1148
6.69
共晶滲碳體成分點(diǎn)
G
912
0
a-Fe←→r-異構(gòu)Fe同素轉(zhuǎn)換點(diǎn)
H
1495
0.09
A-Fe中碳的最大溶解性
J
1495
0.17
包晶成份點(diǎn)
K
727
6.69
滲碳體成分分析點(diǎn)
N
1394
0
r-Fe←→σ-異構(gòu)Fe同素轉(zhuǎn)換點(diǎn)
P
722
0.00218
碳是鐵素體中最大的溶解性
S
727
0.77
共析點(diǎn)
Q
600
0.008
碳在鐵素體中溶解
編號(hào)
線名及含義
1
AC線,液體向馬氏體轉(zhuǎn)換的開始線,即:L→A
2
液態(tài)向滲碳體轉(zhuǎn)化的CD線,即:L→Fe3CI
ACD線統(tǒng)稱為液相線,其中所有合金均處于液相狀態(tài),用符號(hào)L表示。
3
AE線,液體向馬氏體轉(zhuǎn)換的終止線。
4
水平線、共晶線ECF線。
AECF線統(tǒng)稱為固相線,液態(tài)合金冷卻至此線,全部結(jié)晶為固態(tài),此線下為固相區(qū)。
5
ES線,又稱Acm線,是馬氏體中碳的溶解度曲線,即:L→Fe3CII
6
GS線,也叫A3線。
7
GP線,是馬氏體向鐵素體轉(zhuǎn)換的終止線。
8
PSK線,共析線,又稱A1線。
9
鐵素體中碳的溶解度曲線PQ線。
相圖的相區(qū)
01
簡化Fe-Fe3C相圖的單相區(qū)、A、四個(gè)單相區(qū),L和Fe3C。
02
二相區(qū),F(xiàn)e-Fe3C簡化圖包含Le-Fe3C。A、LFe3C、AF、AFeC和F五個(gè)Fe3C二相區(qū)
03
每一個(gè)二相區(qū)都與相應(yīng)的兩個(gè)單相區(qū)相鄰,即:
共晶線:ECF、L、A與Fe3C三相并存。
共析線:PSK、A、F和Fe3C三相并存。
鐵碳合金的基本相
基本相
定義
力學(xué)性能
容碳量
鐵素體F
A-Fe中碳的間隙固溶體
強(qiáng)度,硬度低,塑性,韌性好。
最大0.0218%
馬氏體A
R-Fe中碳的間隙固溶體
低硬度,良好的塑性
最大2.11%
Fe3C滲碳體
金屬化合物Fe和C
硬而脆
最大6.69%
臨界壓力在加熱和冷卻過程中的定義
AC1–加熱時(shí),珠光體向馬氏體轉(zhuǎn)換的開始溫度。
Ar1–冷卻時(shí),馬氏體向珠光體轉(zhuǎn)換的初始溫度。
AC3–加熱時(shí),首先分析鐵素體完全轉(zhuǎn)化為馬氏體的停止溫度。
Ar3–冷卻時(shí),馬氏體開始析出先分析鐵素體溫度。
Accm–加熱時(shí),二次滲碳體完全融入馬氏體的停止溫度。
Arcm–馬氏體在冷卻過程中開始析出二次滲碳體溫度。
這里需要注意的是:加熱時(shí)一般會(huì)加上臨界壓力下標(biāo)“C”,在冷卻過程中,臨界壓力加注標(biāo)記為“r”
七種類型的鐵碳合金
01
工業(yè)純鐵:w(C)﹤0.0218%
02
共析鋼:w(C)=0.77%
03
亞共析鋼:w(C)=0.021%~0.77%
04
過共析鋼:w(C)=0.77%~2.11%
05
共晶白口鐵:w(C)=4.30%
06
亞共晶白口鐵:w(C)=2.11%~4.30%
07
通過共晶白口鐵:w(C)=4.30%~6.69%
鐵碳合金的基本組織
鐵素體
碳溶于a-Fe中的間隙固溶體是鐵素體,通常用字母F來表示。由于體心立方晶格的a-Fe總間隙量雖然比較大,但是間隙半徑卻很小,所以a-Fe中碳的溶解度也很小,常溫下不超過0.005%,隨著溫度的升高,溶解度也會(huì)增加一些,在727度時(shí)達(dá)到最高值,也只有0.0218%。
鐵素含碳量很低,其性能接近純鐵,屬于塑性、韌性高、強(qiáng)度高、硬度低的組織。
馬氏體
在r-Fe中溶解碳的間隙固溶體是馬氏體,通常用字母A來表示。由于面心立方晶格的r-Fe總間隙量與a-Fe相比較小,但由于間隙半徑較大,因此可溶解更多的碳。隨著溫度的升高,在727度時(shí),碳在r-Fe中的溶解度增加了0.77%,在1148度時(shí)達(dá)到最高值2.11%。
馬氏體具有很好的塑性,比鐵素體具有更高的強(qiáng)度和硬度。
滲碳體
通常用Fe3C來表示滲碳體是鐵和碳的化合物。
滲碳體含碳量為6.69%,溶點(diǎn)約為1227度,相對晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,硬度高,脆性大,基本無塑性。
一般而言,在鐵碳合金中,滲碳體越多,合金就越硬,同時(shí)也越脆。
珠光體
由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為珠光體,通常用字母P表示。珠光體的平均碳含量為0.77%。它的性能介于鐵素體和滲碳體之間。一般情況下,珠光體中的鐵素體和滲碳體會(huì)呈塊狀更替分布,也可稱為塊狀珠光體。通過熱處理,滲碳體可以分布在鐵素體基體上,稱為球狀珠光體或粒狀珠光體。