金相的基础知识金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。

不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。

所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。

所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。

金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。

奥氏体1.奥氏体－碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。

晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。

亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。

3.渗碳体－碳与铁形成的一种化合物。

在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。

过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。

铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。

珠光体4.珠光体－铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。

珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。

过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。

在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。

在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。

在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。

上贝氏体5.上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。

过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。

若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。

转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。

下贝氏体6.下贝氏体－同上，但渗碳体在铁素体针内。

过冷奥氏体在350℃~ms的转变产物。

其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。

与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。

高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细。

粒状贝氏体7.粒状贝氏体－大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。

过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。

刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，可能全部保留成为残余奥氏体；也可能部分或全部分解为铁素体和渗碳体的混合物（珠光体或贝氏体）；最可能部分转变为马氏体，部分保留下来而形成两相混合物，称为m-a组织。

无碳化物贝氏体8.无碳化物贝氏体－板条状铁素体单相组成的组织，也称为铁素体贝氏体。

形成温度在贝氏体转变温度区的最上部。

板条铁素体之间为富碳奥氏体，富碳奥氏体在随后的冷却过程中也有类似上面的转变。

无碳化物贝氏体一般出现在低碳钢中，在硅、铝含量高的钢中也容易形成。

马氏体9.马氏体－碳在a-fe中的过饱和固溶体。

板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组成一个板条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）。

片状马氏体（针状马氏体）：常见于高、中碳钢及高Ni的Fe-Ni合金中，针叶中有一条缝线将马氏体分为两半，由于方位不同可呈针状或块状，针与针呈120°角排列，高碳马氏体的针叶晶界清楚，细针状马氏体呈布纹状，称为隐晶马氏体。

二次马氏体-secondary-martensite--工件回火冷却过程中残留的奥氏体发生转变形成的马氏体。

回火马氏体10.回火马氏体－马氏体分解得到极细的过渡型碳化物与过饱和（含碳较低）的a-相混合组织它由马氏体在150~250℃时回火形成。

这种组织极易受腐蚀，光学显微镜下呈暗黑色针状组织（保持淬火马氏体位向），与下贝氏体很相似，只有在高倍电子显微镜下才能看到极细小的碳化物质点。

回火屈氏体11.回火屈氏体－碳化物和a-相的混合物。

它由马氏体在350~500℃时中温回火形成。

其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物，针状形态已逐渐消失，但仍隐约可见，碳化物在光学显微镜下不能分辨，仅观察到暗黑的组织，在电镜下才能清晰分辨两相，可看出碳化物颗粒已明显长大。

回火索氏体12.回火索氏体－以铁素体为基体，基体上分布着均匀碳化物颗粒。

它由马氏体在500~650℃时高温回火形成。

其组织特征是由等轴状铁素体和细粒状碳化物构成的复相组织，马氏体片的痕迹已消失，渗碳体的外形已较清晰，但在光镜下也难分辨，在电镜下可看到的渗碳体颗粒较大，可看出碳化物颗粒已明显长大。

莱氏体13.莱氏体－奥氏体与渗碳体的共晶混合物。

呈树枝状的奥氏体分布在渗碳体的基体上。

粒状珠光体14.粒状珠光体－由铁素体和粒状碳化物组成。

它是经球化退火或马氏体在650℃~a1温度范围内回火形成。

其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。

魏氏组织15.魏氏组织－如果奥氏体晶粒比较粗大，冷却速度又比较适宜，先共析相有可能呈针状（片状）形态与片状珠光体混合存在，称为魏氏组织。

亚共析钢中魏氏组织的铁素体的形态有片状、羽毛状或三角形，粗大铁素体呈平行或三角形分布。

它出现在奥氏体晶界，同时向晶内生长。

过共析钢中魏氏组织渗碳体的形态有针状或杆状，它出现在奥氏体晶粒的内部。

编辑本段金相组织---铁碳合金一、基本概念1、铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金2、碳钢：含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金工业纯铁：含碳量小于0.0218%，共析钢：含碳量0.77% 亚共析钢：含碳量0.0218%～0.77% 过共析钢：含碳量0.77%～2.11% 3、铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金共晶白口铁含碳量4.3% 亚共晶白口铁含碳量2.11%～4.3% 过共晶白口铁含碳量4.3%～6.69% 4、铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。

注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69%）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C 二、组元1、纯铁：纯铁指的是室温下的α-Fe，强度、硬度低，塑性、韧性好。

2、碳：碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和石墨，它们是同素异构体。

3、碳在铁碳合金中的存在形式有三种：●C与Fe形成金属化合物，即渗碳体；●C以游离态的石墨存在于合金中。

●C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体；A. 铁素体：C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号“F”或“α”表示，铁素体是一种强度和硬度低，而塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可稳定存在。

B. 奥氏体：C溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号“A”或“γ”表示，奥氏体强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。

C. C与Fe形成金属化合物：即渗碳体Fe3C，Fe与C组成的金属化合物，Fe与C组成的金属化合物，含碳量为6.69％。

以“Fe3C”或“Cm”符号表示，渗碳体的熔点为1227℃，硬度很高(HB＝800)而脆，塑性几乎等于零。

渗碳体在钢和铸铁中，一般呈片状、网状或球状存在。

它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相。

碳在a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。

金相与热处理一、概述金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。

其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。

钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。

另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。

早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。

白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。

中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。

随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。

三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。

这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。

中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。

但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。

1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。

法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。

与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。

1850～1880年，对于应用各种气体(如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。

1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。

二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。

一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。