如何控制鐵碳合金的組織和性能

『壹』 簡述鐵碳合金成分、組織和性能三者之間的關系

鐵碳合金成分和組織和之間的關系如圖示：

『貳』 含碳量對鐵碳合金的組織和性能影響的大致規律

規律是：在退火或熱軋狀態下，隨含碳量的增加，鋼的強度和硬度升高，而塑性和沖擊韌性下降。焊接性和冷彎性變差。

碳素鋼的性能主要取決於鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態下﹐隨含碳量與鋼的強度和硬度成正比，而與塑性和沖擊韌性成反比。焊接性和冷彎性變差。所以工程結構用鋼，常限制含碳量。

鋼中含碳量、脫氧程度和含氮量對淬火時效都有很大影響，低碳鋼、脫氧不充分的沸騰鋼和含氮量較高的鋼發生淬火時效最顯著，含碳約0.3%的中碳鋼，由淬火時效所引起的性能變化已大為減弱。含碳約0.6%的高碳鋼，實際上不起時效硬化作用。

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其它相關化學成分影響：

碳素鋼中的殘余元素和雜質元素如錳、硅、鎳、磷、硫、氧、氮等，對碳素鋼的性能也有影響。這和影響有時互相加強，有時互相抵銷。例如：硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性，而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。

殘余元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性，增加冷脆性。除硫和氧降低強度外，其它雜質元素均在不同程度上提高鋼的強度。幾乎所有的雜質元素都能降低鋼的塑性和焊接性。

『叄』 鐵碳合金的基本組織是什麼

鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體五種。

『肆』 鐵碳合金中的基本結構、基本相、組織是什麼 金屬材料與熱處理中的鐵碳合金的基本組織與性能

鐵碳合金(iron—carbon alloy)
以鐵和碳為組元的二元合金.鐵基材料中應用最多的一類——碳鋼和鑄鐵,就是一種工業鐵碳合金材料.鋼鐵材料適用范圍廣闊的原因,首先在於可用的成分跨度大,從近於無碳的工業純鐵到含碳4％左右的鑄鐵,在此范圍內合金的相結構和微觀組織都發生很大的變化；另外,還在於可採用各種熱加工工藝,尤其金屬熱處理技術,大幅度地改變某一成分合金的組織和性能.
鐵碳合金中合金相的形成,與純鐵的晶體結構及碳在合金中的存在形式有關.純鐵有三種同素異構狀態：912℃以下為體心立方晶體結構：稱α-Fe；912～1394℃為面心立方晶體結構,稱γ-Fe；1394～1538℃(熔點),又呈體心立方,稱δ-Fe.在液態,在低於7％碳范圍,碳和鐵可完全互溶；在固態,碳在鐵中的溶解是有限的,並且溶解度取決於鐵(溶劑)的晶體結構.與鐵的三種同素異構物相對應,碳在鐵中形成的固溶體有三種：α固溶體(鐵素體)、γ固溶體(奧氏體)和δ固溶體(8鐵素體).這些固溶體中,鐵原子的空間分布與α-Fe、γ-Fe和δ-Fe一致,碳原子的尺寸遠比鐵原子為小,在固溶體中它處於點陣的間隙位置,造成點陣畸變.碳在γ-Fe中的溶解度最大,但不超過2．11％；碳在α-Fe中的溶解度不超過0.0218％；而在δ6-Fe中不超過0.09％.當鐵碳合金的碳含量超過在鐵中的溶解度時,多餘的碳可以以鐵的碳化物形式或以單質狀態(石墨)存在於合金中,可形成一系列碳化物,其中Fe3C(滲碳體,6．69％C)是亞穩相,它是具有復雜結構的間隙化合物.石墨是鐵碳合金的穩定平衡相,具有簡單六方結構.Fe3C有可能分解成鐵和石墨穩定相,但該過程在室溫下是極其緩慢的.
工業上獲得廣泛應用的碳鋼和鑄鐵就是鐵碳合金,含碳低於2．11％的鐵碳合金稱為鋼,含碳高於2．11％的合金稱為鑄鐵.在碳鋼和鑄鐵中除碳之外,還含有硅、錳、硫、磷、氮、氫、氧等一些雜質,這些雜質是在冶煉過程中由生鐵、脫氧劑和燃料等帶入的.這些雜質對鋼鐵性能產生影響.
碳鋼一般按含碳量、用途、質量和冶煉方法分類.按含碳量可分為：低碳鋼(C

『伍』 鐵碳合金中五種滲碳體組織形態特徵及對合金性能的影響

鐵碳合金中五種滲碳體為：一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析滲碳體。

一次滲碳體：是直接從液相結晶出的，形態是大而長的粗大片狀，可以提高過共晶白口鑄鐵的硬度，但降低強度和塑韌性，增加脆性。

2、二次滲碳體：是超過奧氏體中的碳的溶解度而從奧氏體中析出的，形態為沿著原奧氏體晶界呈現網狀，可以降低鋼的強度，增加脆性，應該消除。

3、三次滲碳體：是超過鐵素體中的碳的溶解度而從鐵素體中析出的，形態為沿著原鐵素體晶界呈現不連續條狀分布，由於含量很低，才0.33%，因此，對鐵碳合金性能沒有什麼影響。

4、共晶滲碳體：是發生共晶轉變生產的滲碳體。形態為魚骨狀，可以降低鑄鐵的強度，增加硬度和耐磨性，有時有不利的影響，比如增加脆性，這個時候應該通過石墨化退火來消除。

5、共析滲碳體：是發生共析轉變生產的滲碳體。形態為層片狀，可以提高鋼的強度、硬度，降低塑性韌性。

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加工工藝：

鋼中滲碳體以各種形態存在，外形和成分有很大差異。一次滲碳體多在樹枝晶間處析出，呈塊狀，角部不尖銳；共晶滲碳體呈骨骼狀，破碎後呈多角形塊狀；二次滲碳體多在晶界處或晶內，可能是帶狀、網狀或針狀；共析滲碳體呈片狀，退火、回火後呈球狀或粒狀。

在金相圖譜中滲碳體白亮，退火狀態呈珠光色。一次滲碳體和破碎的共晶滲碳體只有在萊氏體鋼絲，如9Cr18、Cr12、Cr12MoV和W18Cr4V中才能見到。

只要熱加工工藝得當，冷拉用盤條中的一次滲碳體塊度應較小、無尖角，共晶碳化物應破碎成小塊、角部要圓滑，否則根本無法拉拔，滲碳體帶輕度稜角的盤條，可以通過正火後球化退火+輕度（Q020%）拉拔+高溫再結晶退火的方法加以挽救。

帶狀和網狀滲碳體也是拉絲用盤條中不應出現的組織，這兩種組織提高鋼的脆性，不利於鋼絲加工成形，顯著降低成品鋼絲的切削性能和淬火均勻性，對網狀2.5級的盤條可用正火的方法改善網狀，一般來說鋼絲經冷拉-退火兩次以上循環，網狀可降低0.5-1級。

『陸』 鐵碳合金平衡組織

實驗四 鐵碳合金平衡組織觀察
一 實驗目的
1、了解金相顯微鏡的基本原理、金相試樣的制備原理，掌握常用顯微鏡的使用方法。
2、研究和了解鐵碳合金（碳鋼及白口鑄鐵）在平衡狀態下的顯微組織。
3、分析成分（含碳量）對鐵碳合金顯微組織的影響，從而加深理解成分、組織與性能之間的相互關系。
二 概 述

鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鋼鐵材料性能的基礎，所謂平衡狀態的顯微組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下（如退火狀態，即接近平衡狀態）所得到的組織。我們可根據Fe-Fe3C相圖來分析鐵碳合金在平衡狀態下的顯微組織（如下圖所示）。
按組織分區的Fe-Fe3C相圖
鐵碳合金的平衡組織主要是指碳鋼和白口鑄鐵組織，其中碳鋼是工業上應用最廣的金屬材料，它們的性能與其顯微組織密切有關。此外，對碳鋼和白口鑄鐵顯微組織的觀察和分析，有助於加深對Fe-Fe3C相圖的理解。
從Fe-Fe3C相圖上可以看出，所有碳鋼和白口鑄鐵的室溫組織均由鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）這兩個基本相所組成。但是由於含碳量不同，鐵素體和滲碳體的相對數量、析出條件以及分布情況均有所不同，因而呈現各種不同的組織形態。
用浸蝕劑顯露的碳鋼和白口鑄鐵，在金相顯微鏡下具有下面幾種基本組織組成物。
（1）鐵素體（F）——是碳在α-Fe中的固溶體。鐵素體為體心立方晶體，具有磁性及良好塑性，硬度較低。用3~4%硝酸酒精溶液浸蝕後，在顯微鏡下呈現明亮的等軸晶粒；亞共析鋼中鐵素體呈塊狀分布；當含碳量接近於共析成分，鐵素體呈斷的網狀分布於珠光體周圍。
(2) 滲碳體（Fe3C）——是鐵與碳形成的一種化合物，其碳含量為6.69%，質硬而脆，耐腐蝕性強，經3~4%硝酸酒精溶液浸蝕後，滲碳體呈亮白色，若用苦酸鈉溶液浸蝕，則滲碳體能被染成暗黑色或棕紅色，而鐵素體乃為白色，由此可區別鐵素體與滲碳體。按照成分和形成條件的不同，滲碳體可以呈現不同的形態：一次滲碳體（初生相）是直接由液體中析出的，故在白口鑄鐵中呈粗大的條片狀；二次滲碳體（次生相）是從奧氏體中析出的，往往呈網路狀沿奧氏體晶界分布；三次滲碳體是由鐵素體中析出的，通常呈不連續薄片狀存在於鐵素體晶界處，數量極微，可忽略不計。

『柒』 根據所觀察的組織,說明碳含量對鐵碳合金的組織和性能的影響的大致規律。

碳的含量越大，鐵碳合金中的金相組織滲碳體的含量幾乎成正比例增加，鐵素體的含量正比例減少。所以鋼的硬度和強度越來越大。而韌性則越來越小。具體要看含碳量在哪一個區域，還有要看熱處理的情況。當含碳量小於2%的時候為鋼，而大於2%，則成為鐵。兩者的變化規律是不一樣的。

『捌』 簡述含碳量對鐵碳合金組織及性能的影響。

隨含碳量的增加，工業純鐵中的三次滲碳體的量增加；亞共析鋼中的鐵素體量減少；過共析鋼中的二次滲碳體量增加；亞共晶白口鑄鐵的珠光體和二次滲碳量也減少，共晶滲碳體量增加；過共晶白口鐵中的一次滲碳體和共晶滲碳體量增加。