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,最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。常见的金相组织有下列八种:
1. 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,碳的最大溶解量为0.0218%,但随温度下降的溶解度则降至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。
2. 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℃有最大溶解度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。
3. 渗碳体
渗碳体是碳和铁以一定比例化合成的金属化合物,用分子式Fe3C表示,其含碳量为6.69%,在