金相分析的工作原理是利用放大鏡和顯微鏡，按照觀察和研究金屬材料的宏觀和微觀組織的方法，在生產(chǎn)實踐中一般稱為金相檢驗。宏觀組織是金屬材料中每種成分的直觀形狀，其中放大鏡不到10倍，或者人眼可以直接看到。微觀組織主要是指在光學顯微鏡下觀察到的金屬材料中每種成分的直觀形狀。

　　金相學檢查的基礎(chǔ)

　　首先要清楚地了解金屬和合金在固態(tài)下，通常是晶體。

　　晶體是一種物質(zhì)，原子在三維空間中包含規(guī)則，在周期中反復排列。簡單來說，在金屬和合金中，原子的所有排列都是有規(guī)律的，而不是雜亂無章的。

　　晶體通常具有以下特點：

　　01

　　均勻度;

　　02

　　各種各樣

　　03

　　能獨立形成多面體形狀

　　04

　　有一定的溶點

　　05

　　晶體的理想形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都有特定的對稱性。

　　06

　　衍射效應對X射線產(chǎn)生影響

　　晶格的分類

　　身心立方晶格

　　體心立方晶格晶胞的三個棱角長度相同，三個軸之間的交角為90度，從而形成立方體。晶體的八個角各有一個原子，立方體的核心也有一個原子。

　　面立方晶格

　　面部立方晶格晶胞的八個角各有一個原子，從而形成一個正方體。它還有一個原子在正方體的六個面的中心。

　　六方晶格密排

　　密排六方晶格晶胞在晶胞的12個頂角上各有一個原子，從而形成一個六方柱體，上下兩側(cè)的核心也有一個原子，其中有六個原子。

　　Fe-C相圖

　　照片

　　照片

　　相圖中的特征符號和含義

　　特點點

　　溫度(℃)

　　含碳(%)

　　特征的含義

　　A

　　1538

　　0

　　純鐵的熔點

　　B

　　1495

　　0.53

　　液相成分的包晶轉(zhuǎn)換

　　C

　　1148

　　4.30

　　共晶點

　　D

　　1227

　　6.69

　　滲碳體溶點

　　E

　　1148

　　2.11

　　碳是馬氏體中最大的溶解性

　　F

　　1148

　　6.69

　　共晶滲碳體成分點

　　G

　　912

　　0

　　a-Fe←→r-異構(gòu)Fe同素轉(zhuǎn)換點

　　H

　　1495

　　0.09

　　A-Fe中碳的最大溶解性

　　J

　　1495

　　0.17

　　包晶成份點

　　K

　　727

　　6.69

　　滲碳體成分分析點

　　N

　　1394

　　0

　　r-Fe←→σ-異構(gòu)Fe同素轉(zhuǎn)換點

　　P

　　722

　　0.00218

　　碳是鐵素體中最大的溶解性

　　S

　　727

　　0.77

　　共析點

　　Q

　　600

　　0.008

　　碳在鐵素體中溶解

　　編號

　　線名及含義

　　1

　　AC線，液體向馬氏體轉(zhuǎn)換的開始線，即：L→A

　　2

　　液態(tài)向滲碳體轉(zhuǎn)化的CD線，即：L→Fe3CI

　　ACD線統(tǒng)稱為液相線，其中所有合金均處于液相狀態(tài)，用符號L表示。

　　3

　　AE線，液體向馬氏體轉(zhuǎn)換的終止線。

　　4

　　水平線、共晶線ECF線。

　　AECF線統(tǒng)稱為固相線，液態(tài)合金冷卻至此線，全部結(jié)晶為固態(tài)，此線下為固相區(qū)。

　　5

　　ES線，又稱Acm線，是馬氏體中碳的溶解度曲線，即：L→Fe3CII

　　6

　　GS線，也叫A3線。

　　7

　　GP線，是馬氏體向鐵素體轉(zhuǎn)換的終止線。

　　8

　　PSK線，共析線，又稱A1線。

　　9

　　鐵素體中碳的溶解度曲線PQ線。

　　相圖的相區(qū)

　　01

　　簡化Fe-Fe3C相圖的單相區(qū)、A、四個單相區(qū)，L和Fe3C。

　　02

　　二相區(qū)，F(xiàn)e-Fe3C簡化圖包含Le-Fe3C。A、LFe3C、AF、AFeC和F五個Fe3C二相區(qū)

　　03

　　每一個二相區(qū)都與相應的兩個單相區(qū)相鄰，即：

　　共晶線：ECF、L、A與Fe3C三相并存。

　　共析線：PSK、A、F和Fe3C三相并存。

　　鐵碳合金的基本相

　　基本相

　　定義

　　力學性能

　　容碳量

　　鐵素體F

　　A-Fe中碳的間隙固溶體

　　強度，硬度低，塑性，韌性好。

　　最大0.0218%

　　馬氏體A

　　R-Fe中碳的間隙固溶體

　　低硬度，良好的塑性

　　最大2.11%

　　Fe3C滲碳體

　　金屬化合物Fe和C

　　硬而脆

　　最大6.69%

　　臨界壓力在加熱和冷卻過程中的定義

　　AC1–加熱時，珠光體向馬氏體轉(zhuǎn)換的開始溫度。

　　Ar1–冷卻時，馬氏體向珠光體轉(zhuǎn)換的初始溫度。

　　AC3–加熱時，首先分析鐵素體完全轉(zhuǎn)化為馬氏體的停止溫度。

　　Ar3–冷卻時，馬氏體開始析出先分析鐵素體溫度。

　　Accm–加熱時，二次滲碳體完全融入馬氏體的停止溫度。

　　Arcm–馬氏體在冷卻過程中開始析出二次滲碳體溫度。

　　這里需要注意的是：加熱時一般會加上臨界壓力下標“C”，在冷卻過程中，臨界壓力加注標記為“r”

　　七種類型的鐵碳合金

　　01

　　工業(yè)純鐵：w(C)﹤0.0218%

　　02

　　共析鋼：w(C)=0.77%

　　03

　　亞共析鋼：w(C)=0.021%～0.77%

　　04

　　過共析鋼：w(C)=0.77%～2.11%

　　05

　　共晶白口鐵：w(C)=4.30%

　　06

　　亞共晶白口鐵：w(C)=2.11%～4.30%

　　07

　　通過共晶白口鐵：w(C)=4.30%～6.69%

　　鐵碳合金的基本組織

　　鐵素體

　　碳溶于a-Fe中的間隙固溶體是鐵素體，通常用字母F來表示。由于體心立方晶格的a-Fe總間隙量雖然比較大，但是間隙半徑卻很小，所以a-Fe中碳的溶解度也很小，常溫下不超過0.005%，隨著溫度的升高，溶解度也會增加一些，在727度時達到最高值，也只有0.0218%。

　　鐵素含碳量很低，其性能接近純鐵，屬于塑性、韌性高、強度高、硬度低的組織。

　　馬氏體

　　在r-Fe中溶解碳的間隙固溶體是馬氏體，通常用字母A來表示。由于面心立方晶格的r-Fe總間隙量與a-Fe相比較小，但由于間隙半徑較大，因此可溶解更多的碳。隨著溫度的升高，在727度時，碳在r-Fe中的溶解度增加了0.77%，在1148度時達到最高值2.11%。

　　馬氏體具有很好的塑性，比鐵素體具有更高的強度和硬度。

　　滲碳體

　　通常用Fe3C來表示滲碳體是鐵和碳的化合物。

　　滲碳體含碳量為6.69%，溶點約為1227度，相對晶體結(jié)構(gòu)復雜，硬度高，脆性大，基本無塑性。

　　一般而言，在鐵碳合金中，滲碳體越多，合金就越硬，同時也越脆。

　　珠光體

　　由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物稱為珠光體，通常用字母P表示。珠光體的平均碳含量為0.77%。它的性能介于鐵素體和滲碳體之間。一般情況下，珠光體中的鐵素體和滲碳體會呈塊狀更替分布，也可稱為塊狀珠光體。通過熱處理，滲碳體可以分布在鐵素體基體上，稱為球狀珠光體或粒狀珠光體。