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奧氏體、鐵素體、滲碳體與馬氏體鋼的晶體結構!

自然界存在的固態物質可分為晶體與非晶體兩大類。晶體是經過結晶過程而形成的具有規則的幾何外形的固體;晶體中原子或分子在空間按一定規律周期性重復的排列。與晶體對應的,原子或分子無規則排列,無周期性無對稱性的固體叫非晶體。玻璃是著名的非晶體。

     固態的金屬與合金大都是晶體。金屬及合金的晶體結構是決定其物理、化學和力學性能的基本因素之一。


     鋼鐵是一類以鐵碳為基本元素的合金體系。在Fe-C體系中,當碳含量小于0.02%叫純鐵,大于2.0%叫生鐵,介于中間的稱為鋼。
      純鐵亦稱為熟鐵,有 α、β、γ和δ四種晶體結構,其中α、β、δ為立方體心結構,γ為立方面心結構。

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     純單質鐵在1538℃結晶后形成立方體心結構,稱為δ鐵;當冷卻到1394℃時,轉變為立方面心結構,稱為γ鐵;繼續冷卻至912℃時,又變成了立方體心結構,稱α鐵。
     鋼鐵有四種主要物相:奧氏體、鐵素體、滲碳體與馬氏體。

 · ( a ) 奧氏體 Austenite · 

     奧氏體是碳在γ-Fe中的間隙化合物,Fe原子與C原子數目比為27:1,即6~7個立方面心晶胞中才含1個C原子。γ-Fe中的溶碳量,1148℃時為2.11%,727℃時為0.77%。

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    奧氏體的特點:強度和硬度比鐵素體高,塑性和韌性較好。其晶粒呈多邊形,晶界較鐵素體平直。

 · ( b ) 鐵素體 Ferrite · 

     鐵素體是碳在α-Fe中的固溶體,含碳量接近純鐵,約0.02%。

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     鐵素體的特點:其性能與純鐵相似,即強度和硬度很低,塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶粒。

 · ( c ) 滲碳體 Cementite · 

     滲碳體是鐵與碳以3:1組成形成的化合物Fe3C,屬正交晶系,每個晶胞中含12個Fe原子和4個C原子,具有復雜的晶體結構。

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     滲碳體的特點:硬度很高,塑性和韌性很差,δ、Ak接近于零,脆性很大。

 · ( d ) 馬氏體 Martensite · 

      奧氏體鋼驟冷至150°C以下,變為質地很硬的馬氏體。馬氏體可看作α-Fe中含C達1.6%的過飽和固溶體,為四方晶系。馬氏體分為高碳馬氏體(板條狀馬氏體)和低碳馬氏體(片狀馬氏體)。

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     馬氏體的特點:硬而脆,韌性很差,內應力較大,容易產生裂紋。

      四種物相的穩定性有所不同。室溫下鐵素體和滲碳體是穩定的晶型,奧氏體在高溫時穩定,碳鋼淬火主要獲得馬氏體,馬氏體是不穩定晶型。在鋼中滲入Mn、Ni、Cr等不同成分,可制成不同用途的合金鋼。

     非研究人員主要在不銹鋼流通領域較為經常接觸到奧氏體、鐵素體和馬氏體,滲碳體則較少接觸。不銹鋼是在基本物相中添加合金成分而獲得特殊性能的典型合金。

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