日本金属材料常识:金相组织

不论是钢、铜合金、铝合金,还是其他金属本材料,只要磨平其表面,并用与每种金属相对应的不同药品进行轻微腐蚀,然后使用金属显微镜观察这个表面,就可以看到各种不同的组织。这个组织随着金属的化学成分或热处理状态的变化而变化。化学成分不同,其组织当然不同。但在化学和没有淬火的组织也不同。

组织,有社会内的组织、人间的组织、设备装置的组织等很多种。一般把金属的组织就叫做金属组织。但在与金属相关的书中,不必特意说金属组织,而只说组织就可以了。本文也没有必要详细地说明金属组织,只要知道有这一回事就可以了。但是,随着这个组织的变化,硬度、韧性、耐磨性等金属的各种性能就会发生变化,所以它非常重要。淬火、回火等到热处理就是有意识地改变金属的组织,用来提高金属的硬度或提高韧性。在组织的话题里,经常出现广义的铁。这是由于随着铁和碳的比例及热处理的变化,其组织也发生不同的变化的缘故。在这里简单列举一下其组织。

⒈铁素体:这是在体心立方晶格的α-Fe中固溶了其他元素。碳(C)可以固溶到质量分数为0.02%左右。铁素体既软(HB90~HB100)又有延展性,其抗拉强度约为30㎏。

奥氏体:这是在面心立方晶格的γ-Fe中固溶了其他元素,它只存在于高温(727℃以上时才能固溶碳),常温下不存在。碳可以固溶到质量分数为2.1%左右。18-8不锈钢及高锰钢在常温下也很稳定,既软又有韧性。

⒊渗碳体:这是铁和碳的化合物(碳化物),用Fe3C表示。它的硬度非常高,达到HV1100~HV1200。改变其形态及分布,对提高钢的强度起到很大作用。随着含碳量及热处理的不同变化,将变化板条状、球状和网状等。碳素工具钢就是通过把渗碳体的形状改变为球状,从而提高其硬度的。

⒋珠光体:冷却奥氏体,困无法固溶碳,碳就被折出来,变成稳定的γ-Fe和碳化物(渗碳体),这就是珠光体。把铁素体和板条状的渗碳体相互重叠在一起的层状组织称为珠光体。

⒌石墨:因为碳以六方晶格的晶体状态存在,所以极其稳定。铸铁在高温下的液体状态时可固溶很多碳,一旦被冷却下来,不能固溶的碳就以石墨的形态被折出来。

⒍马氏体:把钢从能够固溶大量碳的奥氏体温度急剧冷却时,只有晶格由而心立方晶格的γ-Fe变成体心立方晶格的α-Fe,而碳因没有时间被折出,处于过饱和的固液状态,这就是马氏体。马氏体在钢的组织里是最硬的(HB720),而且脆。钢的淬火,就是进行这个操作。而13Cr不锈钢在自然状态下就是马氏体组织。

⒎托氏体:这是铁素体和细小的渗碳体夹杂的组织。就如采用油淬火钢,以比较慢的速度进行冷却或把马氏体在300-400℃温度下进行回火时产生托氏体和回火托氏体。托氏体比马氏体软且韧性也好。

⒏索氏体:这也是铁素体和细小渗碳体夹杂的组织。按一定的时间,从而形成了渗碳体的集合。或在500-600℃的温度下对马氏体进行回火后也可以得到它。它比托氏体还软还有韧性,因此弹簧就用这种组织的钢制造。

⒐贝氏体:这是把钢从奥氏体的状态急冷到150~550℃,并保持在这个温度时形成的组织。在高温侧形成的称为上贝氏体,在低温侧形成的称为下贝氏体。这是细小渗碳体分散在铁素体内的组织,与淬火马氏体相似,硬度也与马氏体相近。

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