金相組織

【001】金屬平均晶粒度測定…GB 6394-2002

【010】鑄造鋁銅合金晶粒度測定…GB 10852-89 【019】珠光體平均晶粒度測定…GB 6394-2002

【062】金屬的平均晶粒度評級…ASTM E112

【074】黑白相面積及晶粒度評級…BW 2003-01

【149】彩色試樣圖像平均晶粒度測定…GB 6394-2002

金相組織，用金相方法觀察到的金屬及合金的內部組織。可以分為：1.宏觀組織，2.顯微組織。

金相即金相學，就是研究金屬或合金內部結構的科學。不僅如此，它還研究當外界條件或內在因素改變時，對金屬或合金內部結構的影響。

所謂外部條件就是指溫度、加工變形、澆注情況等。所謂內在因素主要指金屬或合金的化學成分。金相組織是反映金屬金相的具體形態，如馬氏體，奧氏體，鐵素體，珠光體等等。

1.奧氏體－碳與合金元素溶解在γ-fe中的固溶體，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比較直，呈規則多邊形；淬火鋼中殘餘奧氏體分佈在馬氏體間的空隙處

2.鐵素體－碳與合金元素溶解在α-fe中的固溶體。亞共析鋼中的慢冷鐵素體呈塊狀，晶界比較圓滑，當碳含量接近共析成分時，鐵素體沿晶粒邊界析出。

3.滲碳體－碳與鐵形成的一種化合物。在液態鐵碳合金中，首先單獨結晶的滲碳體（一次滲碳體）為塊狀，角不尖銳，共晶滲碳體呈骨骼狀。過共析鋼冷卻時沿acm線析出的碳化物（二次滲碳體）呈網結狀，共析滲碳體呈片狀。鐵碳合金冷卻到ar1以下時，由鐵素體中析出滲碳體（三次滲碳體），在二次滲碳體上或晶界處呈不連續薄片狀。

4.珠光體－鐵碳合金中共析反應所形成的鐵素體與滲碳體的機械混合物。

珠光體的片間距離取決於奧氏體分解時的過冷度。過冷度越大，所形成的珠光體片間距離越小。在a1~650℃形成的珠光體片層較厚，在金相顯微鏡下放大400倍以上可分辨出平行的寬條鐵素體和細條滲碳體，稱為粗珠光體、片狀珠光體，簡稱珠光體。在650~600℃形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍，從珠光體的滲碳體上僅看到一條黑線，只有放大1000倍才能分辨的片層，稱為索氏體。在600~550℃形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍，不能分辨珠光體片層，僅看到黑色的球團狀組織，只有用電子顯微鏡放大10000倍才能分辨的片層稱為屈氏體。

5.上貝氏體－過飽和針狀鐵素體和滲碳體的混合物，滲碳體在鐵素體針間。過冷奧氏體在中溫（約350~550℃）的相變產物，其典型形態是一束大致平行位向差為6~8od鐵素體板條，並在各板條間分佈著沿板條長軸方向排列的碳化物短棒或小片；典型上貝氏體呈羽毛狀，晶界為對稱軸，由於方位不同，羽毛可對稱或不對稱，鐵素體羽毛可呈針狀、點狀、塊狀。若是高碳高合金鋼，看不清針狀羽毛；中碳中合金鋼，針狀羽毛較清楚；低碳低合金鋼，羽毛很清楚，針粗。轉變時先在晶界處形成上貝氏體，往晶內長大，不穿晶。

6.下貝氏體－同上，但滲碳體在鐵素體針內。過冷奧氏體在350℃~ms的轉變產物。其典型形態是雙凸透鏡狀含過飽和碳的鐵素體，並在其內分佈著單方向排列的碳化物小薄片；在晶內呈針狀，針葉不交叉，但可交接。與回火馬氏體不同，馬氏體有層次之分，下貝氏體則顏色一致，下貝氏體的碳化物質點比回火馬氏體粗，易受侵蝕變黑，回火馬氏體顏色較淺，不易受侵蝕。高碳高合金鋼的碳化物分散度比低碳低合金鋼高，針葉比低碳低合金鋼細。

7.粒狀貝氏體－大塊狀或條狀的鐵素體內分佈著眾多小島的復相組織。過冷奧氏體在貝氏體轉變溫度區的最上部的轉變產物。剛形成時是由條狀鐵素體合併而成的塊狀鐵素體和小島狀富碳奧氏體組成，富碳奧氏體在隨後的冷卻過程中，可能全部保留成為殘餘奧氏體；也可能部分或全部分解為鐵素體和滲碳體的混合物（珠光體或貝氏體）；最可能部分轉變為馬氏體，部分保留下來而形成兩相混合物，稱為m-a組織。

8.無碳化物貝氏體－板條狀鐵素體單相組成的組織，也稱為鐵素體貝氏體。形成溫度在貝氏體轉變溫度區的最上部。板條鐵素體之間為富碳奧氏體，富碳奧氏體在隨後的冷卻過程中也有類似上面的轉變。無碳化物貝氏體一般出現在低碳鋼中，在硅、鋁含量高的鋼中也容易形成。

9.馬氏體－碳在a-fe中的過飽和固溶體。

板條馬氏體：在低、中碳鋼及不鏽鋼中形成，由許多相互平行的板條組成一個板條束，一個奧氏體晶粒可轉變成幾個板條束（通常3到5個）。

片狀馬氏體（針狀馬氏體）：常見於高、中碳鋼及高Ni的Fe-Ni合金中，針葉中有一條縫線將馬氏體分為兩半，由於方位不同可呈針狀或塊狀，針與針呈120°角排列，高碳馬氏體的針葉晶界清楚，細針狀馬氏體呈布紋狀，稱為隱晶馬氏體。

-secondary-martensite--工件回火冷卻過程中殘留的奧氏體發生轉變形成的馬氏體。

10.回火馬氏體－馬氏體分解得到極細的過渡型碳化物與過飽和（含碳較低）的a-相混合組織它由馬氏體在150~250℃時回火形成。

這種組織極易受腐蝕，光學顯微鏡下呈暗黑色針狀組織（保持淬火馬氏體位向），與下貝氏體很相似，只有在高倍電子顯微鏡下才能看到極細小的碳化物質點。

11.回火屈氏體－碳化物和a-相的混合物。

它由馬氏體在350~500℃時中溫回火形成。其組織特徵是鐵素體基體內分佈著極細小的粒狀碳化物，針狀形態已逐漸消失，但仍隱約可見，碳化物在光學顯微鏡下不能分辨，僅觀察到暗黑的組織，在電鏡下才能清晰分辨兩相，可看出碳化物顆粒已明顯長大。

12.回火索氏體－以鐵素體為基體，基體上分佈著均勻碳化物顆粒。

它由馬氏體在500~650℃時高溫回火形成。其組織特徵是由等軸狀鐵素體和細粒狀碳化物構成的復相組織，馬氏體片的痕迹已消失，滲碳體的外形已較清晰，但在光鏡下也難分辨，在電鏡下可看到的滲碳體顆粒較大，可看出碳化物顆粒已明顯長大。

13.萊氏體－奧氏體與滲碳體的共晶混合物。呈樹枝狀的奧氏體分佈在滲碳體的基體上。

14.粒狀珠光體－由鐵素體和粒狀碳化物組成。

它是經球化退火或馬氏體在650℃~a1溫度範圍內回火形成。其特徵是碳化物呈顆粒狀分佈在鐵素體上。

15.魏氏組織－如果奧氏體晶粒比較粗大，冷卻速度又比較適宜，先共析相有可能呈針狀（片狀）形態與片狀珠光體混合存在，稱為魏氏組織。亞共析鋼中魏氏組織的鐵素體的形態有片狀、羽毛狀或三角形，粗大鐵素體呈平行或三角形分佈。它出現在奧氏體晶界，同時向晶內生長。過共析鋼中魏氏組織滲碳體的形態有針狀或桿狀，它出現在奧氏體晶粒的內部。

1、鐵碳合金：碳鋼和鑄鐵的統稱，都是以鐵和碳為基本組元的合金

2、碳鋼：含碳量為0.0218%～2.11%的鐵碳合金

工業純鐵：含碳量小於0.0218%

共析鋼：含碳量0.77%

亞共析鋼：含碳量0.0218%～0.77%

過共析鋼：含碳量0.77%～2.11%

3、鑄鐵：含碳量大於2.11%的鐵碳合金

共晶白口鐵含碳量4.3%

亞共晶白口鐵含碳量2.11%～4.3%

過共晶白口鐵含碳量4.3%～6.69%

4、鐵碳合金相圖：研究鐵碳合金的工具，是研究碳鋼和鑄鐵成分、溫度、組織和性能之間關係的理論基礎，也是制定各種熱加工工藝的依據。

註：由於含碳量大於Fe3C的含碳量（6.69%）時，合金太脆，無實用價值，因此所討論的鐵碳合金相圖實際上是Fe-Fe3C

1、純鐵：純鐵指的是室溫下的α-Fe，強度、硬度低，塑性、韌性好。

2、碳：碳是非金屬元素，自然界存在的遊離的碳有金剛石和石墨，它們是同素異構體。

3、碳在鐵碳合金中的存在形式有三種：

●C與Fe形成金屬化合物，即滲碳體；

●C以遊離態的石墨存在於合金中。

●C溶於Fe的不同晶格中形成固溶體；

A.鐵素體：C溶於α-Fe中所形成的間隙固溶體，體心立方晶格，用符號“F”或“α”表示，鐵素體是一種強度和硬度低，而塑性和韌性好的相，鐵素體在室溫下可穩定存在。

B.奧氏體：C溶於γ-Fe中所形成的間隙固溶體，面心立方晶格，用符號“A”或“γ”表示，奧氏體強度低、塑性好，鋼材的熱加工都在奧氏體相區進行，奧氏體在高溫下可穩定存在。

C.C與Fe形成金屬化合物：即滲碳體Fe3C，Fe與C組成的金屬化合物，Fe與C組成的金屬化合物，含碳量為6.69%。以“Fe3C”或“Cm”符號表示，滲碳體的熔點為1227℃，硬度很高(HB=800)而言，塑性幾乎等於零。滲碳體在鋼和鑄鐵中，一般呈片狀、網狀或球狀存在。它的形狀和分佈對鋼的性能影響很大，是鐵碳合金的重要強化相。碳在a-Fe中溶解度很低，所以常溫下碳以滲碳體或石墨的形式存在。