金相分析的工作原理是利用放大镜和显微镜观察和研究金属材料的宏观和微组织，在生产实践中一般称为金相检查。宏观组织是金属材料的直观形状，具有不到10倍的放大镜或人眼可以直接看到的金属材料。微组织主要是指光学显微镜下观察到的金属材料的直观形状。
金相检查的基础
第一步是清楚地知道金属和合金是固态的，通常是晶体。
晶体是原子在三维空间中重复排列的物质。简单地说，在金属和合金中，原子的排列都是规则的，而不是混乱的。
晶体一般具有以下特点：
01
均匀度;
02
各种各样
03
能够独立形成多面体形状
04
有一定的溶点
05
晶体的理想形状和内部结构具有特定的对称性
06
对X射线产生衍射效应
晶格的分类
体心立方晶格
体心立方晶晶晶细胞的三个边缘长度相同，三个轴之间的交角为90度，形成正方体。晶细胞的八个角上有一个原子，在正方体的核心上有一个原子。
面心立方晶格
面心立方晶格晶胞的八个角上各有一个原子，从而形成正方体。在正方体六个面的中心也有一个原子。
六方晶格密排
密排六方晶格晶细胞在晶细胞的12个顶角有一个原子，形成六方柱，上下核心有一个原子，晶细胞有六个原子。
Fe-C相图
特征符号和相图中的含义
特点点
温度(℃)
含碳(%)
特征的含义
A
1538
0
纯铁的熔点
B
1495
0.53
包晶转化的液相成分
C
1148
4.30
共晶点
D
1227
6.69
渗碳体溶点
E
1148
2.11
碳在马氏体中最大的溶解性
F
1148
6.69
共晶渗碳体成分点
G
912
0
a-Fe←→r-Fe同素异构转变点
H
1495
0.09
a-Fe中最大的溶解性碳
J
1495
0.17
包晶成份点
K
727
6.69
分析渗碳体成分点
N
1394
0
r-Fe←→σ-Fe同素异构转变点
P
722
0.00218
碳在铁素体中最大的溶解性
S
727
0.77
共析点
Q
600
0.008
碳在铁素体中溶解
相图的主要特征线
编号
线名及含义
1
液态向马氏体转变的AC线，即：L→A
2
液态向渗碳体转化的CD线，即：L→Fe3CI
ACD线统称为液相线，其中所有合金均处于液相状态，用符号L表示。
3
AE线，液体向马氏体转换的终止线。
4
ECF线，水平线，共晶线。
AECF线统称为固相线，液态合金冷却至此线，全部结晶为固态，线下为固相区
5
ES线，又称Acm线，是碳在马氏体中的溶解度曲线，即：L→Fe3CII
6
GS线，又称A3线。
7
GP线是马氏体向铁素体转化的终止线。
8
PSK线，共析线，又称A1线。
9
碳在铁素体中的溶解度曲线PQ线。
相图的相区
01
简化的Fe-Fe3C相图包含Fe-Fe3C相图、A、L和Fe3C四个单相区。
02
二相区，简化的Fe-Fe3C相图含有LA、LFe3C、AF、AFeC和F五个二相区Fe3C
03
两个三相并存线相邻于每个二相区和相应的两个单相区，即：
共晶线：ECF、L、A与Fe3C三相并存。
共析线：PSK、A、F与Fe3C三相并存。
铁碳合金的基本阶段
基本相
定义
力学性能
容碳量
铁素体F
A-Fe中碳的间隙固溶体
强度低，硬度低，塑性好，韧性好
最大0.0218%
马氏体A
R-Fe中碳的间隙固溶体
硬度低，塑性好
最大2.11%
Fe3C渗碳体
Fe和C的金属化合物
硬而脆
最大6.69%
钢在加热和冷却过程中临界压力的概念
AC1–加热时，珠光体向马氏体转化的开始温度。
Ar1–冷却时，马氏体转化为珠光体的开始温度。
AC3–加热时，首先分析铁素体完全转化为马氏体的停止温度。
Ar3–冷却时，马氏体开始分析铁素体的温度。
Accm–加热时，二次渗碳体全部融入马氏体的停止温度。
Arcm–冷却时，马氏体开始沉淀二次渗碳体温度。
这里需要注意的是，加热过程中的临界压力一般会下标“C冷却过程中的临界压力被标记为“r”
七种铁碳合金
01
工业纯铁：w(C)﹤0.0218%
02
共析钢：w(C)=0.77%
03
亚共析钢：w(C)=0.021%～0.77%
04
过共析钢：w(C)=0.77%～2.11%
05
共晶白口铁：w(C)=4.30%
06
亚共晶白口铁：w(C)=2.11%～4.30%
07
过共晶白口铁：过共晶白口铁：w(C)=4.30%～6.69%
铁碳合金的基本组织
铁素体
碳溶于a-Fe的间隙固溶体是铁素体，通常用字母F表示。由于体心立方晶格a-Fe的总间隙相对较大，但间隙半径非常小，因此a-Fe中碳的溶解度也非常小，在室温下不超过0.005%。随着温度的升高，溶解度也会增加，达到727度的最高值，只有0.0218%。
铁素体含碳量很低，其性能接近纯铁，属于塑性、韧性高、强度高、硬度低的组织。
马氏体
碳溶于r-fe的间隙固溶体是马氏体，通常用字母A表示。虽然面心立方晶格的r-fe的总间隙小于a-fe，但由于间隙半径大，可以溶解更多的碳。随着温度的升高，碳在r-fe中的溶解度增加，727度为0.77%，最高值为1148度的2.11%。
马氏体的塑性很好，强度和硬度也高于铁素体。
渗碳体
碳化合物是铁和碳的化合物，通常用Fe3C表示。
碳含量为6.69%，溶点约为1227度，晶体结构复杂，硬度高，脆性大，基本无塑性。
一般来说，铁碳合金中渗碳体越多，合金越硬越脆。
珠光体
由铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，通常用字母P表示。珠光体的平均碳含量为0.77%。其性能介于铁素体和渗碳体之间。一般来说，珠光体中的铁素体和渗碳体会呈块状变化分布，也可称为块状珠光体。热处理可使渗碳体呈颗粒状分布在铁素体基体上，称为球状珠光体或颗粒状珠光体。
莱氏体
由马氏体和渗碳体组成的机械混合物(共晶体)称为莱氏体，通常用字母LD表示。
由于以渗碳体为基材，莱氏体的平均碳含量为4.3%，其性能硬而脆。当冷却到727度时，莱氏体中的马氏体就会转化为珠光体。
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