珠光体和索氏体的强度

    教学情境二　铁碳合金的基本组织

    学习与训练子目标

     掌握铁碳合金的基本组织及特点

    钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料，是由铁和碳两种元素组成的合金，统称为铁碳合金。在铁碳合金中，碳可以与铁形成固溶体、化合物或机械混合物，主要有以下几种基本组织：

    知识点一　铁 素 体

    碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。铁素体保持α-Fe的体心立方晶格，如图4-2（a）所示。由于体心立方晶格的晶格间隙的直径很小，所以其溶碳能力极差，室温下溶碳量约为0.000 8%，727℃时为0.021 8%。因为铁素体溶碳量很低，故其性能与纯铁相似，即强度、硬度低，塑性、韧性好。铁素体显微组织如图4-2（b）所示。

    

    

    图4-2　铁素体的晶胞和显微组织

    知识点二　奥 氏 体

    碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。奥氏体保持 γ -Fe的面心立方晶格，如图4-3（a）所示。面心立方晶格的致密度虽然高于体心立方晶格，但其晶格间隙的直径要比体心立方晶格大，故溶碳能力较强。在727℃时溶碳量为0.77%，随着温度的增加，溶碳量不断增加，在1 148℃时溶碳量可达2.1l%。由于 γ -Fe在高温时存在，所以奥氏体称为高温相。奥氏体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性，变形抗力较低，绝大多数钢材锻造前都要加热到奥氏体状态。奥氏体的显微组织如图4-3（b）所示。

    

    

    图4-3　奥氏体的晶胞和显微组织

    知识点三　渗 碳 体

    铁与碳形成的金属化合物，称为渗碳体，用符号Fe₃C表示。它是一种具有复杂晶格的间隙化合物，晶体结构如图4-4所示。渗碳体的含碳量为6.69%，熔点为1 227℃，硬度高，脆性大，塑性和韧性几乎为零。渗碳体在钢和铸铁中的存在形式有粒状、球状、网状和细板状，是碳钢中的强化相，其形态与分布对钢的性能有很大的影响。

    渗碳体按其形态、分布与来源不同，可分以下5种，但本质上无区别：

    一次渗碳体：直接从液态合金中析出的渗碳体，呈粗大的板条状，用Fe₃C_Ⅰ表示，

    二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状分布，用Fe₃C_Ⅱ表示，

    三次渗碳体：从铁素体中析出的渗碳体，呈薄片状分布，用Fe₃C_Ⅲ表示，

    共析渗碳体：共析组织珠光体的组成相，呈片状分布，用Fe₃C共析表示，

    共晶渗碳体：共晶组织莱氏体的组成相，以莱氏体的基体形态存在，用Fe₃C共晶表示。

    

    

    图4-4　渗碳体晶格结构示意图

    知识点四　 珠 光 体

    铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用符号P表示，显微组织如图4-5所示。珠光体在727℃时含碳量为0.77%，在高倍率放大镜下，其显微组织呈现为在铁素体基体上分布层片状渗碳体，在低倍率放大镜下呈层片状或暗黑色。珠光体的机械性能介于铁素体与渗碳体之间。

    

    

    图4-5　珠光体的显微组织

    知识点五　 莱 氏 体

    含碳量为 4.3%的奥氏体和渗碳体或珠光体和渗碳体所组成的机械混合物称为莱氏体。液态合金冷却到1 148℃时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶体，称为高温莱氏体，用L_d表示；在727℃以下结晶出的珠光体和渗碳体所组成的莱氏体，称为低温莱氏体，用表示。莱氏体性能与渗碳体相似，硬而脆。

    思考与训练

    复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。

    一、铁素体

    1.碳溶于α-Fe的晶格中形成的固溶体称为＿＿。

    A.铁素体　　　 B.奥氏体

    C.渗碳体 　　　D.马氏体

    2.铁素体的最大溶碳量为＿＿。

    A.0.77% 　　B.0.000 8% 　　C.0.021 8%　　 D.2.11%

    3.在室温时，铁素体的最大溶碳量为＿＿。

    A.0.77% 　　B.0.000 8% 　　C.0.021 8% 　　D.2.11%

    4.在727℃时，铁素体的最大溶碳量为＿＿。

    A.0.77% 　　B.0.000 8% 　　C.0.021 8% 　　D.2.11%

    二、奥氏体

    1.碳溶于γ-Fe的晶格中形成的固溶体称为＿＿。

    A.铁体素 　　B.奥氏体　　 C.渗碳体　　 D.马氏体

    2.奥氏体的最大的溶碳量为＿＿。

    A.0.77% 　　B.＞1.0%　　 C.1.0% 　　D.2.11%

    3.奥氏体是＿＿。

    A.α-Fe 　　B.γ-Fe 　　C.化合物　　 D.固溶体

    4.在1 148℃时，奥氏体的最大的溶碳量为＿＿。

    A.0.77%　　 B.0.000 8% 　　C.0.021 8%　　 D.2.11%

    5.在727℃时，奥氏体的最大的溶碳量为＿＿。

    A.0.77% 　　B.0.000 8%　　C.0.021 8% 　　D.2.11%

    三、珠光体

    1.珠光体是＿＿层片状的机械混合物。

    A.F+A 　　B.F+Fe3C　　 C.A+Fe3C 　　D.P+Fe3C

    2.珠光体是在727℃含碳量为0.77%的奥氏体发生＿＿所生产的铁素体与渗碳体的机械混合物。

    A.匀晶转变 　　　 B.共晶转变

    C.共析转变 　　　 D.包晶转变

    3.珠光体的含碳量为＿＿。

    A.2.11%　　 B.0.77%　　 C.4.3% 　　D.6.69%

    4.碳钢的下列各组织中，＿＿是复相组织。

    A.珠光体　　　 B.铁素体

    C.渗碳体 　　　 D.马氏体

    四、莱氏体

    1.高温莱氏体是＿＿的机械混合物。

    A.P+A 　　B.P+Fe3C　　 C.A+Fe3C　　 D.F+Fe3C

    2.低温莱氏体是＿＿的机械混合物。

    A.P+A　　 B.P+Fe3C　　 C.A+Fe3C 　　D.F+Fe3C

    3.莱氏体是＿＿的产物，是奥氏体和渗碳体的机械混合物。

    A.匀晶转变　　　　 B.共晶转变

    C.共析转变 　　　　 D.包晶转变

    4.莱氏体的含碳量为＿＿。

    A.2.11% 　　B.0.77%　　 C.4.3%　　 D.6.69%

    五、渗碳体

    1.渗碳体的形态有多种，在共析钢中呈＿＿。

    A.片状　　　　　 B.网状

    C.条状 　　　　D.块状

    2.在铁碳合金中，依Fe3C形态、分布与来源不同，可分＿＿种。

    A.3　　 B.4 　　C.5 　　　D.6

    3.渗碳体的形态有多种，呈网状分布的是＿＿。

    A.Fe3CⅠ　　 B.Fe3CⅡ　　 C.Fe3CⅢ 　　D.Fe3C共析

    4.渗碳体的形态有多种，呈粗大的板条状分布的是＿＿。

    A.Fe3CⅠ　　 B.Fe3CⅡ 　　C.Fe3CⅢ 　　D.Fe3C共析

    5.渗碳体的形态有多种，呈薄片状分布的是＿＿。

    A.Fe3CⅠ　　 B.Fe3CⅡ 　　C.Fe3CⅢ 　　D.Fe3C共析

    6.渗碳体的形态有多种，呈片状分布的是＿＿。

    A.Fe3CⅠ　　 B.Fe3CⅡ　　 C.Fe3CⅢ 　　D.Fe3C共析

    7.渗碳体的含碳量为＿＿。

    A.2.11%　　 B.0.77% 　　C.4.3%　　 D.6.69%

    8.渗碳体是一种＿＿。

    A.稳定化合物 　　　　　　 B.不稳定化合物

    C.半稳定化合物 　　　　　D.易转变化合物

    9.钢中的二次渗碳体是指从＿＿中析出的渗碳体。

    A.钢液中析出的 　　　　　 B.奥氏体中析出的

    C.铁素体中析出的 　　　　 D.马氏体中析出的