金相分析的工作原理是利用放大鏡和顯微鏡觀察和研究金屬材料的宏觀和微組織，在生產(chǎn)實(shí)踐中一般稱為金相檢查。宏觀組織是金屬材料的直觀形狀，具有不到10倍的放大鏡或人眼可以直接看到的金屬材料。微組織主要是指光學(xué)顯微鏡下觀察到的金屬材料的直觀形狀。

　　金相檢查的基礎(chǔ)

　　第一步是清楚地知道金屬和合金是固態(tài)的，通常是晶體。

　　晶體是原子在三維空間中重復(fù)排列的物質(zhì)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在金屬和合金中，原子的排列都是規(guī)則的，而不是混亂的。

　　晶體一般具有以下特點(diǎn)：

　　01

　　均勻度;

　　02

　　各種各樣

　　03

　　能夠獨(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)具有特定的對(duì)稱性

　　06

　　對(duì)X射線產(chǎn)生衍射效應(yīng)

　　晶格的分類(lèi)

　　體心立方晶格

　　體心立方晶晶晶細(xì)胞的三個(gè)邊緣長(zhǎng)度相同，三個(gè)軸之間的交角為90度，形成正方體。晶細(xì)胞的八個(gè)角上有一個(gè)原子，在正方體的核心上有一個(gè)原子。

　　面心立方晶格

　　面心立方晶格晶胞的八個(gè)角上各有一個(gè)原子，從而形成正方體。在正方體六個(gè)面的中心也有一個(gè)原子。

　　六方晶格密排

　　密排六方晶格晶細(xì)胞在晶細(xì)胞的12個(gè)頂角有一個(gè)原子，形成六方柱，上下核心有一個(gè)原子，晶細(xì)胞有六個(gè)原子。

　　Fe-C相圖

　　特征符號(hào)和相圖中的含義

　　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

　　包晶轉(zhuǎn)化的液相成分

　　C

　　1148

　　4.30

　　共晶點(diǎn)

　　D

　　1227

　　6.69

　　滲碳體溶點(diǎn)

　　E

　　1148

　　2.11

　　碳在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-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)

　　H

　　1495

　　0.09

　　a-Fe中最大的溶解性碳

　　J

　　1495

　　0.17

　　包晶成份點(diǎn)

　　K

　　727

　　6.69

　　分析滲碳體成分點(diǎn)

　　N

　　1394

　　0

　　r-Fe←→σ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)

　　P

　　722

　　0.00218

　　碳在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

　　相圖的主要特征線

　　編號(hào)

　　線名及含義

　　1

　　液態(tài)向馬氏體轉(zhuǎn)變的AC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

　　ECF線，水平線，共晶線。

　　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)，線下為固相區(qū)

　　5

　　ES線，又稱Acm線，是碳在馬氏體中的溶解度曲線，即：L→Fe3CII

　　6

　　GS線，又稱A3線。

　　7

　　GP線是馬氏體向鐵素體轉(zhuǎn)化的終止線。

　　8

　　PSK線，共析線，又稱A1線。

　　9

　　碳在鐵素體中的溶解度曲線PQ線。

　　相圖的相區(qū)

　　01

　　簡(jiǎn)化的Fe-Fe3C相圖包含F(xiàn)e-Fe3C相圖、A、L和Fe3C四個(gè)單相區(qū)。

　　02

　　二相區(qū)，簡(jiǎn)化的Fe-Fe3C相圖含有LA、LFe3C、AF、AFeC和F五個(gè)二相區(qū)Fe3C

　　03

　　兩個(gè)三相并存線相鄰于每個(gè)二相區(qū)和相應(yīng)的兩個(gè)單相區(qū)，即：

　　共晶線：ECF、L、A與Fe3C三相并存。

　　共析線：PSK、A、F與Fe3C三相并存。

　　鐵碳合金的基本階段

　　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)度低，硬度低，塑性好，韌性好

　　最大0.0218%

　　馬氏體A

　　R-Fe中碳的間隙固溶體

　　硬度低，塑性好

　　最大2.11%

　　Fe3C滲碳體

　　Fe和C的金屬化合物

　　硬而脆

　　最大6.69%

　　鋼在加熱和冷卻過(guò)程中臨界壓力的概念

　　AC1–加熱時(shí)，珠光體向馬氏體轉(zhuǎn)化的開(kāi)始溫度。

　　Ar1–冷卻時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)化為珠光體的開(kāi)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(kāi)始分析鐵素體的溫度。

　　Accm–加熱時(shí)，二次滲碳體全部融入馬氏體的停止溫度。

　　Arcm–冷卻時(shí)，馬氏體開(kāi)始沉淀二次滲碳體溫度。

　　這里需要注意的是，加熱過(guò)程中的臨界壓力一般會(huì)下標(biāo)“C冷卻過(guò)程中的臨界壓力被標(biāo)記為“r”

　　七種鐵碳合金

　　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(guò)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

　　過(guò)共晶白口鐵：過(guò)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的間隙固溶體是鐵素體，通常用字母F表示。由于體心立方晶格a-Fe的總間隙相對(duì)較大，但間隙半徑非常小，因此a-Fe中碳的溶解度也非常小，在室溫下不超過(guò)0.005%。隨著溫度的升高，溶解度也會(huì)增加，達(dá)到727度的最高值，只有0.0218%。

　　鐵素體含碳量很低，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

　　碳溶于r-fe的間隙固溶體是馬氏體，通常用字母A表示。雖然面心立方晶格的r-fe的總間隙小于a-fe，但由于間隙半徑大，可以溶解更多的碳。隨著溫度的升高，碳在r-fe中的溶解度增加，727度為0.77%，最高值為1148度的2.11%。

　　馬氏體的塑性很好，強(qiáng)度和硬度也高于鐵素體。

　　滲碳體

　　碳化合物是鐵和碳的化合物，通常用Fe3C表示。

　　碳含量為6.69%，溶點(diǎn)約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬度高，脆性大，基本無(wú)塑性。

　　一般來(lái)說(shuō)，鐵碳合金中滲碳體越多，合金越硬越脆。

　　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%。其性能介于鐵素體和滲碳體之間。一般來(lái)說(shuō)，珠光體中的鐵素體和滲碳體會(huì)呈塊狀變化分布，也可稱為塊狀珠光體。熱處理可使?jié)B碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上，稱為球狀珠光體或顆粒狀珠光體。

　　萊氏體

　　由馬氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物(共晶體)稱為萊氏體，通常用字母LD表示。

　　由于以滲碳體為基材，萊氏體的平均碳含量為4.3%，其性能硬而脆。當(dāng)冷卻到727度時(shí)，萊氏體中的馬氏體就會(huì)轉(zhuǎn)化為珠光體。