如何控制铁碳合金的组织和性能

『壹』 简述铁碳合金成分、组织和性能三者之间的关系

铁碳合金成分和组织和之间的关系如图示：

『贰』 含碳量对铁碳合金的组织和性能影响的大致规律

规律是：在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降。焊接性和冷弯性变差。

碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状态下﹐随含碳量与钢的强度和硬度成正比，而与塑性和冲击韧性成反比。焊接性和冷弯性变差。所以工程结构用钢，常限制含碳量。

钢中含碳量、脱氧程度和含氮量对淬火时效都有很大影响，低碳钢、脱氧不充分的沸腾钢和含氮量较高的钢发生淬火时效最显著，含碳约0.3%的中碳钢，由淬火时效所引起的性能变化已大为减弱。含碳约0.6%的高碳钢，实际上不起时效硬化作用。

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其它相关化学成分影响：

碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等，对碳素钢的性能也有影响。这和影响有时互相加强，有时互相抵销。例如：硫、氧、氮都能增加钢的热脆性，而适量的锰可减少或部分抵销其热脆性。

残余元素除锰、镍外都降低钢的冲击韧性，增加冷脆性。除硫和氧降低强度外，其它杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。

『叁』 铁碳合金的基本组织是什么

铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体五种。

『肆』 铁碳合金中的基本结构、基本相、组织是什么 金属材料与热处理中的铁碳合金的基本组织与性能

铁碳合金(iron—carbon alloy)
以铁和碳为组元的二元合金.铁基材料中应用最多的一类——碳钢和铸铁,就是一种工业铁碳合金材料.钢铁材料适用范围广阔的原因,首先在于可用的成分跨度大,从近于无碳的工业纯铁到含碳4％左右的铸铁,在此范围内合金的相结构和微观组织都发生很大的变化；另外,还在于可采用各种热加工工艺,尤其金属热处理技术,大幅度地改变某一成分合金的组织和性能.
铁碳合金中合金相的形成,与纯铁的晶体结构及碳在合金中的存在形式有关.纯铁有三种同素异构状态：912℃以下为体心立方晶体结构：称α-Fe；912～1394℃为面心立方晶体结构,称γ-Fe；1394～1538℃(熔点),又呈体心立方,称δ-Fe.在液态,在低于7％碳范围,碳和铁可完全互溶；在固态,碳在铁中的溶解是有限的,并且溶解度取决于铁(溶剂)的晶体结构.与铁的三种同素异构物相对应,碳在铁中形成的固溶体有三种：α固溶体(铁素体)、γ固溶体(奥氏体)和δ固溶体(8铁素体).这些固溶体中,铁原子的空间分布与α-Fe、γ-Fe和δ-Fe一致,碳原子的尺寸远比铁原子为小,在固溶体中它处于点阵的间隙位置,造成点阵畸变.碳在γ-Fe中的溶解度最大,但不超过2．11％；碳在α-Fe中的溶解度不超过0.0218％；而在δ6-Fe中不超过0.09％.当铁碳合金的碳含量超过在铁中的溶解度时,多余的碳可以以铁的碳化物形式或以单质状态(石墨)存在于合金中,可形成一系列碳化物,其中Fe3C(渗碳体,6．69％C)是亚稳相,它是具有复杂结构的间隙化合物.石墨是铁碳合金的稳定平衡相,具有简单六方结构.Fe3C有可能分解成铁和石墨稳定相,但该过程在室温下是极其缓慢的.
工业上获得广泛应用的碳钢和铸铁就是铁碳合金,含碳低于2．11％的铁碳合金称为钢,含碳高于2．11％的合金称为铸铁.在碳钢和铸铁中除碳之外,还含有硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等一些杂质,这些杂质是在冶炼过程中由生铁、脱氧剂和燃料等带入的.这些杂质对钢铁性能产生影响.
碳钢一般按含碳量、用途、质量和冶炼方法分类.按含碳量可分为：低碳钢(C

『伍』 铁碳合金中五种渗碳体组织形态特征及对合金性能的影响

铁碳合金中五种渗碳体为：一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体。

一次渗碳体：是直接从液相结晶出的，形态是大而长的粗大片状，可以提高过共晶白口铸铁的硬度，但降低强度和塑韧性，增加脆性。

2、二次渗碳体：是超过奥氏体中的碳的溶解度而从奥氏体中析出的，形态为沿着原奥氏体晶界呈现网状，可以降低钢的强度，增加脆性，应该消除。

3、三次渗碳体：是超过铁素体中的碳的溶解度而从铁素体中析出的，形态为沿着原铁素体晶界呈现不连续条状分布，由于含量很低，才0.33%，因此，对铁碳合金性能没有什么影响。

4、共晶渗碳体：是发生共晶转变生产的渗碳体。形态为鱼骨状，可以降低铸铁的强度，增加硬度和耐磨性，有时有不利的影响，比如增加脆性，这个时候应该通过石墨化退火来消除。

5、共析渗碳体：是发生共析转变生产的渗碳体。形态为层片状，可以提高钢的强度、硬度，降低塑性韧性。

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加工工艺：

钢中渗碳体以各种形态存在，外形和成分有很大差异。一次渗碳体多在树枝晶间处析出，呈块状，角部不尖锐；共晶渗碳体呈骨骼状，破碎后呈多角形块状；二次渗碳体多在晶界处或晶内，可能是带状、网状或针状；共析渗碳体呈片状，退火、回火后呈球状或粒状。

在金相图谱中渗碳体白亮，退火状态呈珠光色。一次渗碳体和破碎的共晶渗碳体只有在莱氏体钢丝，如9Cr18、Cr12、Cr12MoV和W18Cr4V中才能见到。

只要热加工工艺得当，冷拉用盘条中的一次渗碳体块度应较小、无尖角，共晶碳化物应破碎成小块、角部要圆滑，否则根本无法拉拔，渗碳体带轻度棱角的盘条，可以通过正火后球化退火+轻度（Q020%）拉拔+高温再结晶退火的方法加以挽救。

带状和网状渗碳体也是拉丝用盘条中不应出现的组织，这两种组织提高钢的脆性，不利于钢丝加工成形，显著降低成品钢丝的切削性能和淬火均匀性，对网状2.5级的盘条可用正火的方法改善网状，一般来说钢丝经冷拉-退火两次以上循环，网状可降低0.5-1级。

『陆』 铁碳合金平衡组织

实验四 铁碳合金平衡组织观察
一 实验目的
1、了解金相显微镜的基本原理、金相试样的制备原理，掌握常用显微镜的使用方法。
2、研究和了解铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。
3、分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。
二 概 述

铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。我们可根据Fe-Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（如下图所示）。
按组织分区的Fe-Fe3C相图
铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与其显微组织密切有关。此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe-Fe3C相图的理解。
从Fe-Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组成。但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。
用浸蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织组成物。
（1）铁素体（F）——是碳在α-Fe中的固溶体。铁素体为体心立方晶体，具有磁性及良好塑性，硬度较低。用3~4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近于共析成分，铁素体呈断的网状分布于珠光体周围。
(2) 渗碳体（Fe3C）——是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经3~4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦酸钠溶液浸蚀，则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体乃为白色，由此可区别铁素体与渗碳体。按照成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体（初生相）是直接由液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。

『柒』 根据所观察的组织,说明碳含量对铁碳合金的组织和性能的影响的大致规律。

碳的含量越大，铁碳合金中的金相组织渗碳体的含量几乎成正比例增加，铁素体的含量正比例减少。所以钢的硬度和强度越来越大。而韧性则越来越小。具体要看含碳量在哪一个区域，还有要看热处理的情况。当含碳量小于2%的时候为钢，而大于2%，则成为铁。两者的变化规律是不一样的。

『捌』 简述含碳量对铁碳合金组织及性能的影响。

随含碳量的增加，工业纯铁中的三次渗碳体的量增加；亚共析钢中的铁素体量减少；过共析钢中的二次渗碳体量增加；亚共晶白口铸铁的珠光体和二次渗碳量也减少，共晶渗碳体量增加；过共晶白口铁中的一次渗碳体和共晶渗碳体量增加。