钢铁常见的金相组织

钢铁又称为铁碳合金，是铁（Fe）与碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）以及其他少量元素（Cr、V等）所组成的合金。通过调节钢铁中各种元素的含量和热处理工艺（四把火：淬火、退火、回火、正火），可以获得各种各样的金相组织，从而使钢铁具有不同的物理性能。

将钢材取样，经过打磨、抛光，最后用特定的腐蚀剂腐蚀显示后，在金相显微镜下观察到的组织称为钢铁的金相组织。钢铁材料的秘密便隐藏在这些组织结构中。

在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成，这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。常见的金相组织有下列几种：

铁素体

铁素体（ferrite，缩写FN，用F表示），是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，铁素体晶界圆滑，晶内很少见孪晶或滑移线，颜色浅绿、发亮，深腐蚀后发暗，其组织和性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，但强度与硬度较低。铁素体还是珠光体组织的基体。在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；

铁素体Ferrite

奥氏体

碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关。

TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。

奥氏体Austenite

渗碳体

渗碳体是碳和铁以一定比例化合成的金属化合物，用分子式Fe3C表示，其含碳量为6.69%，在合金中形成(Fe,M)3C。它是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。分为一次渗碳体（从液体相中析出）、二次渗碳体（从奥氏体中析出）和三次渗碳体（从铁素体中析出）。渗碳体硬而脆，塑性和冲击韧度几乎为零，脆性很大，硬度为800HB。在钢铁中常呈网络状、半网状、片状、针片状和粒状分布。

渗碳体Cementite

4. 珠光体

由铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用符号P表示。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。珠光体是钢的共析转变产物，其形态是铁素体和渗碳体彼此相间形如指纹，呈层状排列。按碳化物分布形态又可分为片状珠光体和球状珠光体二种。


片状珠光体Lamellar pearlite	粒状珠光体Granular pearlite

5.贝氏体

当奥氏体过冷到低于珠光体转变温度，高于马氏体转变温度之间的温区时，将发生由切变相变与短程扩散相配合的转变，其转变产物叫贝氏体。贝氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物，介于珠光体与马氏体之间的一种组织，用符号B表示。根据形成温度不同，分为粒状、上和下贝氏体。粒状贝氏体强度较低，但具有较好的韧性；下贝氏体既具有较高的强度，又具有良好的韧性；粒状贝氏体的韧性最差。

上贝氏体：上贝氏体特征是：条状铁素体大体平行排列，其间分布有与铁素体针轴平行的细条状（或细短杆状）渗碳体，呈羽毛状。
下贝氏体：呈细针片状，有一定取向，较淬火马氏体易受侵蚀，极似回火马氏体，在光镜下极难区别，在电镜下极易区分；在针状铁素体内沉淀有碳化物，且其排列取向与铁素体片的长轴成55~60度，下贝氏体内不含孪晶，有较多的位错。
粒状贝氏体：外形相当于多边形的铁素体，内有许多不规则小岛状的组织。


上贝氏体Upper bainite	下贝氏体Lower bainite	粒状贝氏体Granular bainite

6.马氏体

碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT），有很高的强度和硬度，但塑性很差，几乎为零，用符号M表示，不能承受冲击载荷。马氏体是过冷奥氏体快速冷却，在Ms（马氏体转变起始温度，Martensite Start Temperature）与Mf（马氏体转变终了温度，Martensite Finish Temperature）点之间的切变方式发生转变的产物。这时碳（和合金元素）来不及扩散只是由γ-Fe的晶格（面心）转变为α-Fe的晶格（体心），即碳在γ-Fe中的固溶体（奥氏体）转变为碳在α-Fe中的固溶体，故马氏体转变是“无扩散”的。根据马氏体金相形态特征，可分为板条状马氏体和针状马氏体。