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鑄鐵金屬基體組織檢測

日期:2022-02-22    瀏覽次數:    

  鑄鐵金屬基體組織包括:鐵素體、珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體和奧氏體。

       1.鐵素體  (Ferrite)(見圖 1)

       純鐵在 912℃ 以下呈具有體心立方晶格的 α-Fe。碳溶于 α-Fe 中的間隙固溶體稱為鐵素體(F)。由于 α-Fe 體心立方晶格間隙很小,溶碳能力極差,在 727℃ 時溶碳量最大,可達 0.0218%。隨著溫度的下降溶碳量逐漸減小,在室溫時溶碳量幾乎等于零。因此其性能幾乎和純鐵相同,其數值如下:

抗拉強度  180~280MPa

屈服強度  100~170MPa

伸長率   30%~50%

沖擊吸收能 160~200J

硬度    50~80HBW  

                                                                                                                                              圖1  鐵元素


  鐵素體鐵素體的強度、硬度不高,但具有良好的塑性與韌性。鐵素體的顯微組織與純鐵相同,呈明亮的多邊形晶粒組織,有時由于各晶粒位向不同及腐蝕程度差異,而稍顯明暗不同。純鐵碳合金鑄態或經退火熱處理均可得到純鐵素體。在普通鑄鐵中,大多數鐵素體為含硅鐵素體,其硬度比純鐵素體高。硅在鐵素體中偏析分布,通常在石墨周圍偏高,硅的質量分數可達 3%~5%。固溶于鐵素體中的硅強化了鐵素體,使其硬度增高。


       2.珠光體  (Pearlite)(見圖 2)

       珠光體是奧氏體(奧氏體是碳溶解在 γ-Fe 中的間隙固溶體)發生共析轉變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體,是由滲碳體和鐵素體兩相組成的機械混合物,按其中的滲碳體的形態可分為片狀珠光體和粒狀珠光體。珠光體得名自其珍珠般的光澤。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間,強韌性較好。力學性能介于鐵素體與滲碳體之間,強度較高,硬度適中,塑性和韌性較好:

抗拉強度     750~900MPa

硬度       180~280HBW

伸長率    20%~25%

沖擊吸收能     24~32J


                                                                                                                                                圖2珠光體

       3.索氏體  (Sorbite)(見圖3)

       索氏體屬于珠光體型組織,因其片間距很小,在 500 倍光學顯微鏡的條件下難以分辨片層,需用透射電鏡分析。其實質是一種珠光體,是片層的鐵素體與滲碳體的雙相混合組織,其層片間距較?。?0~80nm),碳在鐵素體中已無過飽和度,是一種平衡組織。

索氏體具有良好的綜合力學性能,它既有較高的強度,又有良好的沖擊韌度。其抗拉強度為 685~1370MPa,硬度為 245~314HBW,伸長率為 10%~20%。


        圖3索氏體


        4.屈氏體  (Troostite)(見圖 4)

       屈氏體實際上是鐵素體基體內分布著極其細小的滲碳體團狀顆粒,是一種不穩定組織,在鐵碳合金狀態圖上找不到它,與索氏體一樣可由奧氏體等溫轉變獲得,是奧氏體在 550~600℃ 等溫分解的產物。片層間距平均小于 0.1μm,即使在高倍光學顯微鏡下也無法分辨出片層,只有在電子顯微鏡下才能分辨,與珠光體、索氏體只有粗細之分,并無本質之分。由于屈氏體的組織比索氏體更細,因而它比索氏體具有更高的抗拉強度(1370~1670MPa)和硬度(400~500HBW),伸長率為 5%~10%。 

圖 4 屈氏體




       5.貝氏體  (Bainite)(見圖 5)


       貝氏體是鐵素體及其內分布著彌散的碳化物所形成的亞穩態組織,性能與珠光體組織有明顯的不同,該組織具有較高的強韌性配合,在硬度相同的情況下,貝氏體組織的耐磨性明顯優于馬氏體。依據貝氏體生成的溫度和組織形態的特征,貝氏體分為上貝氏體和下貝氏體。上貝氏體組織為羽毛狀鐵素體,沖擊韌度較差;下貝氏體組織為針狀或桿狀,其沖擊韌度較好。


圖5貝氏體

      6.馬氏體  (Martensite)(見圖 6)

      馬氏體是碳和合金元素在 α 鐵中的過飽和固溶體,是過冷奧氏體發生無擴散的相變所形成的產物。


圖6馬氏體


 7.奧氏體  (Austenite)(見圖 7)

      奧氏體是碳溶解在 γ-Fe 中的間隙固溶體,鑄鐵中常見的奧氏體有兩種類型:

    (1)奧氏體基體 當鑄鐵中含有穩定奧氏體的合金元素(Ni、Cr 等)含量足夠高時,凝固之后可獲得奧氏體基體。

    (2)殘留奧氏體 鑄鐵經過淬火或等溫淬火等熱處理后,在組織中常保留部分未發生相變的奧氏體。奧氏體具有較高的塑性及較低的屈服強度,容易塑性變形加工成型。



圖7奧氏體

      8鐵基固溶體

      金屬鐵具有兩種同素異形晶體結構,即 α(δ)鐵和 γ 鐵。α(δ)鐵具有體心立方點陣,存在于 910℃ 以下(成為 α 鐵)和 1400℃ 以上(成為 δ 鐵)的溫度范圍。γ 鐵存在于 910℃ 至 1400℃ 之間,具有面心立方點陣。各種合金元素在 α(δ)鐵和 γ 鐵中具有不同的溶解度,因而影響到 δ-γ 或 γ-α 轉變的溫度和 α(δ)鐵和 γ 鐵基固溶體的穩定溫度和濃度范圍。那些在 γ 鐵中有較大溶解度,并穩定 γ 固溶體的合金元素稱為奧氏體形成元素;在 α 鐵中有較大的溶解度,并形成 α 固溶體,使 γ 鐵不穩定的合金元素稱為鐵素體形成元素。

       9.鑄鐵金屬基體檢測 

       根據國家標準 GB/T 7216—2009《灰鑄鐵金相檢測》規定,灰鑄鐵中的珠光體數量的確定應采用如下方式:拋光金相試樣經 2%~5% 硝酸酒精溶液侵蝕后檢驗珠光體數量百分比(珠光體 + 鐵素體 =100%),以大多數視場對照相應的 A(薄壁鑄件)、B(厚壁鑄件)評定圖評定,用 100 倍光學顯微鏡觀察。

       根據國家標準 GB/T 9411—2009《球墨鑄鐵金相檢驗》規定,球墨鑄鐵中的珠光數量的確定應采用如下方式:拋光金相試樣經 2%~5% 硝酸酒精溶液侵蝕后檢驗珠光體數量百分比(珠光體 + 鐵素體=100%),選擇有代表性的視場對照相應的評定圖評定,用 100 倍光學顯微鏡觀察;球墨鑄鐵分散分布的鐵素體數量的測定:拋光金相試樣經 2%~5% 硝酸酒精溶液侵蝕后,檢驗分散分布的鐵素體數量,放大倍數為 100 倍,選擇有代表性視場對照相應的評定圖評定。


摘自現代鋼鐵技術


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