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铸铁金属基体组织检测

日期:2021-12-20    浏览次数:    

  铸铁金属基体组织包括:铁素体、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体和奥氏体。

       1.铁素体  (Ferrite)(见图 1)

       纯铁在 912℃ 以下呈具有体心立方晶格的 α-Fe。碳溶于 α-Fe 中的间隙固溶体称为铁素体(F)。由于 α-Fe 体心立方晶格间隙很小,溶碳能力极差,在 727℃ 时溶碳量最大,可达 0.0218%。随着温度的下降溶碳量逐渐减小,在室温时溶碳量几乎等于零。因此其性能几乎和纯铁相同,其数值如下:

抗拉强度  180~280MPa

屈服强度  100~170MPa

伸长率   30%~50%

冲击吸收能 160~200J

硬度    50~80HBW  

                                                                                                                                              图1  铁元素


  铁素体铁素体的强度、硬度不高,但具有良好的塑性与韧性。铁素体的显微组织与纯铁相同,呈明亮的多边形晶粒组织,有时由于各晶粒位向不同及腐蚀程度差异,而稍显明暗不同。纯铁碳合金铸态或经退火热处理均可得到纯铁素体。在普通铸铁中,大多数铁素体为含硅铁素体,其硬度比纯铁素体高。硅在铁素体中偏析分布,通常在石墨周围偏高,硅的质量分数可达 3%~5%。固溶于铁素体中的硅强化了铁素体,使其硬度增高。


       2.珠光体  (Pearlite)(见图 2)

       珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在 γ-Fe 中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体,是由渗碳体和铁素体两相组成的机械混合物,按其中的渗碳体的形态可分为片状珠光体和粒状珠光体。珠光体得名自其珍珠般的光泽。珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间,强韧性较好。力学性能介于铁素体与渗碳体之间,强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好:

抗拉强度     750~900MPa

硬度       180~280HBW

伸长率    20%~25%

冲击吸收能     24~32J


                                                                                                                                                图2珠光体

       3.索氏体  (Sorbite)(见图3)

       索氏体属于珠光体型组织,因其片间距很小,在 500 倍光学显微镜的条件下难以分辨片层,需用透射电镜分析。其实质是一种珠光体,是片层的铁素体与渗碳体的双相混合组织,其层片间距较小(30~80nm),碳在铁素体中已无过饱和度,是一种平衡组织。

索氏体具有良好的综合力学性能,它既有较高的强度,又有良好的冲击韧度。其抗拉强度为 685~1370MPa,硬度为 245~314HBW,伸长率为 10%~20%。


        图3索氏体


        4.屈氏体  (Troostite)(见图 4)

       屈氏体实际上是铁素体基体内分布着极其细小的渗碳体团状颗粒,是一种不稳定组织,在铁碳合金状态图上找不到它,与索氏体一样可由奥氏体等温转变获得,是奥氏体在 550~600℃ 等温分解的产物。片层间距平均小于 0.1μm,即使在高倍光学显微镜下也无法分辨出片层,只有在电子显微镜下才能分辨,与珠光体、索氏体只有粗细之分,并无本质之分。由于屈氏体的组织比索氏体更细,因而它比索氏体具有更高的抗拉强度(1370~1670MPa)和硬度(400~500HBW),伸长率为 5%~10%。 

图 4 屈氏体




       5.贝氏体  (Bainite)(见图 5)


       贝氏体是铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳态组织,性能与珠光体组织有明显的不同,该组织具有较高的强韧性配合,在硬度相同的情况下,贝氏体组织的耐磨性明显优于马氏体。依据贝氏体生成的温度和组织形态的特征,贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体组织为羽毛状铁素体,冲击韧度较差;下贝氏体组织为针状或杆状,其冲击韧度较好。

图5贝氏体

      6.马氏体  (Martensite)(见图 6)

      马氏体是碳和合金元素在 α 铁中的过饱和固溶体,是过冷奥氏体发生无扩散的相变所形成的产物。

图6马氏体

 7.奥氏体  (Austenite)(见图 7)

      奥氏体是碳溶解在 γ-Fe 中的间隙固溶体,铸铁中常见的奥氏体有两种类型:

    (1)奥氏体基体 当铸铁中含有稳定奥氏体的合金元素(Ni、Cr 等)含量足够高时,凝固之后可获得奥氏体基体。

    (2)残留奥氏体 铸铁经过淬火或等温淬火等热处理后,在组织中常保留部分未发生相变的奥氏体。奥氏体具有较高的塑性及较低的屈服强度,容易塑性变形加工成型。

图7奥氏体

      8铁基固溶体

      金属铁具有两种同素异形晶体结构,即 α(δ)铁和 γ 铁。α(δ)铁具有体心立方点阵,存在于 910℃ 以下(成为 α 铁)和 1400℃ 以上(成为 δ 铁)的温度范围。γ 铁存在于 910℃ 至 1400℃ 之间,具有面心立方点阵。各种合金元素在 α(δ)铁和 γ 铁中具有不同的溶解度,因而影响到 δ-γ 或 γ-α 转变的温度和 α(δ)铁和 γ 铁基固溶体的稳定温度和浓度范围。那些在 γ 铁中有较大溶解度,并稳定 γ 固溶体的合金元素称为奥氏体形成元素;在 α 铁中有较大的溶解度,并形成 α 固溶体,使 γ 铁不稳定的合金元素称为铁素体形成元素。

       9.铸铁金属基体检测 

       根据国家标准 GB/T 7216—2009《灰铸铁金相检测》规定,灰铸铁中的珠光体数量的确定应采用如下方式:抛光金相试样经 2%~5% 硝酸酒精溶液侵蚀后检验珠光体数量百分比(珠光体 + 铁素体 =100%),以大多数视场对照相应的 A(薄壁铸件)、B(厚壁铸件)评定图评定,用 100 倍光学显微镜观察。

       根据国家标准 GB/T 9411—2009《球墨铸铁金相检验》规定,球墨铸铁中的珠光数量的确定应采用如下方式:抛光金相试样经 2%~5% 硝酸酒精溶液侵蚀后检验珠光体数量百分比(珠光体 + 铁素体=100%),选择有代表性的视场对照相应的评定图评定,用 100 倍光学显微镜观察;球墨铸铁分散分布的铁素体数量的测定:抛光金相试样经 2%~5% 硝酸酒精溶液侵蚀后,检验分散分布的铁素体数量,放大倍数为 100 倍,选择有代表性视场对照相应的评定图评定。


摘自现代钢铁技术

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