金相分析的工作原理是利用放大鏡和顯微鏡，根據(jù)觀察和研究金屬材料的宏觀和微觀組織，在生產(chǎn)實(shí)踐中一般稱為金相檢驗(yàn)。宏觀組織是金屬材料中每種成分的直觀形狀，可以直接觀察到10倍以內(nèi)的放大鏡或人眼。微觀組織主要是指在光學(xué)顯微鏡下觀察到的金屬材料中每種成分的直觀形狀。

　　金相試驗(yàn)的前提

　　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(fù)排列。簡(jiǎn)單來說，在金屬和合金中，原子的所有排列都是有規(guī)律的，不是雜亂無章的。

　　晶體通常具有以下特點(diǎn)：

　　01

　　均勻性;

　　02

　　各種各樣

　　03

　　能獨(dú)立形成多面體形狀

　　04

　　有一定的溶點(diǎn)

　　05

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

　　06

　　對(duì)于X射線產(chǎn)生透射效應(yīng)

　　晶格的分類

　　身心立方晶格

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

　　面立方晶格

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

　　六方晶格密排

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

　　相圖中的特征符號(hào)和含義

　　特點(diǎn)點(diǎn)

　　溫度(℃)

　　含碳量(%)

　　特征的含義

　　A

　　1538

　　0

　　純鐵的熔點(diǎn)

　　B

　　1495

　　0.53

　　液相成分的包晶轉(zhuǎn)換

　　C

　　1148

　　4.30

　　共晶點(diǎn)

　　D

　　1227

　　6.69

　　滲碳體溶點(diǎn)

　　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(diǎn)

　　G

　　912

　　0

　　a-Fe←→r-異構(gòu)Fe同素轉(zhuǎn)換點(diǎn)

　　H

　　1495

　　0.09

　　A-Fe中碳的最大溶解性

　　J

　　1495

　　0.17

　　包晶成份點(diǎn)

　　K

　　727

　　6.69

　　滲碳體成分分析點(diǎn)

　　N

　　1394

　　0

　　r-Fe←→σ-異構(gòu)Fe同素轉(zhuǎn)換點(diǎn)

　　P

　　722

　　0.00218

　　碳是鐵素體中最大的溶解性

　　S

　　727

　　0.77

　　共析點(diǎn)

　　Q

　　600

　　0.008

　　碳在鐵素體中溶解

　　圖片的主要特征線

　　編號(hào)

　　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(hào)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(jiǎn)化Fe-Fe3C相圖的單相區(qū)、A、四個(gè)單相區(qū)，L和Fe3C。

　　02

　　兩個(gè)相區(qū)，F(xiàn)e-Fe3C簡(jiǎn)化圖包含Le-Fe3C。A、LFe3C、AF、AFeC和F五個(gè)兩相區(qū)的Fe3C

　　03

　　每一個(gè)兩相區(qū)都與相應(yīng)的兩個(gè)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(xué)性能

　　容碳量

　　鐵素體F

　　A-Fe中碳的間隙固溶體

　　強(qiáng)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%

　　鋼材加熱冷卻時(shí)臨界溫度的概念

　　AC1–加熱時(shí)，珠光體向馬氏體轉(zhuǎn)換的開始溫度。

　　Ar1–冷卻時(shí)，馬氏體向珠光體轉(zhuǎn)換的初始溫度。

　　AC3–加熱時(shí)，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(shí)，馬氏體開始析出先分析鐵素體的溫度。

　　Accm–加熱時(shí)，二次滲碳體完全融入馬氏體的停止溫度。

　　Arcm–在冷卻過程中，馬氏體開始析出二次滲碳體的溫度。

　　這里需要注意的是：一般在加熱過程中會(huì)加上臨界溫度下標(biāo)“C”，在冷卻過程中，臨界溫度標(biāo)注為“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(huì)逐漸增加，在727度時(shí)達(dá)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(qiáng)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(shí)，碳在r-Fe中的溶解度增加了0.77%，在1148度時(shí)達(dá)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(qiáng)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(diǎn)約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)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(shí)也越脆。

　　珠光體

　　由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)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(huì)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。