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【技術(shù)交流】-【金相】金相學(xué)基礎(chǔ)--滲碳體

滲碳體_副本.jpg

滲碳體（cementite）,是鐵與碳形成的金屬化合物，其化學(xué)式為Fe3C。滲碳體的含碳量為ωc=6.69%，熔點(diǎn)為1227℃。其晶格為復(fù)雜的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韌性幾乎為零，脆性很大。

在鐵碳合金中有不同形態(tài)的滲碳體，其數(shù)量、形態(tài)與分布對鐵碳合金的性能有直接影響。分為一次滲碳體（從液體相中析出）、二次滲碳體（從奧氏體中析出）和三次滲碳體（從鐵素體中析出）。

理化特性

滲碳體的分子式為 Fe3C ，它是一種具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。它的含碳量為6.69%；熔點(diǎn)為1227℃左右；不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變；但有磁性轉(zhuǎn)變，它在230℃以下具有弱鐵磁性，而在230℃以上則失去鐵磁性；其硬度很高（相當(dāng)于HB800），而塑性和沖擊韌性幾乎等于零，脆性極大。

滲碳體不易受硝酸酒精溶液的腐蝕，在顯微鏡下呈白亮色，但受堿性苦味酸鈉的腐蝕，在顯微鏡下呈黑色。滲碳體的顯微組織形態(tài)很多，在鋼和鑄鐵中與其他相共存時呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀或板狀。

滲碳體是碳鋼中主要的強(qiáng)化相，它的形狀與分布對鋼的性能有很大的影響。同時Fe3C又是一種介（亞）穩(wěn)定相，在一定條件下會發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C，所分解出的單質(zhì)碳為石墨。

滲碳體（Fe3C或Cm）：滲碳體是鐵和碳形成的金屬化合物，含碳量為6.67%（有些書上為6.69%），具有復(fù)雜的斜方晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)為1227℃。在鋼中，滲碳體以不同形態(tài)和大小的晶體出現(xiàn)在組織中，對鋼的力學(xué)性能影響很大。經(jīng)3%～5%硝酸酒精溶液侵蝕后呈白亮色,若用苦味酸鈉溶液熱侵蝕，則被染成黑褐色，而鐵素體仍為白色，由此可區(qū)別開鐵素體和滲碳體。滲碳體的硬度很高，達(dá)到HB800以上，脆性很大，強(qiáng)度和塑性很差。經(jīng)過不同的熱處理，滲碳體可以成片狀、粒狀或斷續(xù)網(wǎng)狀。在一定條件下（如高溫長期停留或緩慢冷卻），滲碳體可以分解而形成石墨狀的自由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。這一過程對于鑄鐵和石墨鋼具有重要意義。

形成過程

初生滲碳體 ：在鐵一碳合金平衡結(jié)晶過程中，具有過共晶成分的合金（過共晶白口鑄鐵）的液相合金冷卻到液相線以下時析出的滲碳體稱為初生滲碳體。

共晶滲碳體 ：在萊氏體組織中，點(diǎn)條狀奧氏體均勻分布在滲碳體基體上，這種滲碳體稱為共晶滲碳體。

先共析相及先共析滲碳體：具有亞共析和過共析成分的合金，在發(fā)生共析轉(zhuǎn)變前，總是隨著溫度的降低，先析出構(gòu)成共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的某一相，先析出的相叫先共析相，如亞共析鋼中的先共析鐵素體和過共析鋼中的先共析滲碳體。由于形成條件不同，先共析相的形態(tài)有塊狀、網(wǎng)狀和魏氏組織三大類。

共析滲碳體 ：珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體。

二次滲碳體 ：在鐵－碳合金平衡結(jié)晶過程中，具有共析成分（含碳量）以上的合金（過共析鋼、亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵）在緩冷到一定程度時，奧氏體中的含碳量達(dá)到飽和，繼續(xù)降溫就會沿奧氏體晶界析出滲碳體，在顯微組織上呈網(wǎng)狀分布。這種由奧氏體中析出的滲碳體叫二次滲碳體。

三次滲碳體 ：工業(yè)純鐵在平衡冷卻至碳在鐵中的固溶線（Fe-C平衡圖PQ線）以下時，碳在鐵素體中的溶解度達(dá)到飽和，溫度再下降，將從鐵素體中析出三次滲碳體。三次滲碳體是從鐵素體晶界上析出，由于數(shù)量很少，一般沿鐵素體晶界呈斷續(xù)片狀分布。

自由滲碳體 ：是指那些游離于珠光體（共析組織）或萊氏體（共晶組織）等機(jī)械混合物（組織）之外的而作為一種獨(dú)立的相存在的滲碳體，如先共析滲碳體、初生滲碳體等。

加工工藝

鋼中滲碳體以各種形態(tài)存在，外形和成分有很大差異。一次滲碳體多在樹枝晶間處析出，呈塊狀，角部不尖銳；共晶滲碳體呈骨骼狀，破碎后呈多角形塊狀；二次滲碳體多在晶界處或晶內(nèi)，可能是帶狀、網(wǎng)狀或針狀；共析滲碳體呈片狀，退火、回火后呈球狀或粒狀。在金相圖譜中滲碳體白亮，退火狀態(tài)呈珠光色。一次滲碳體和破碎的共晶滲碳體只有在萊氏體鋼絲，如9Cr18、Cr12、Cr12MoV和W18Cr4V中才能見到，只要熱加工工藝得當(dāng)，冷拉用盤條中的一次滲碳體塊度應(yīng)較小、無尖角，共晶碳化物應(yīng)破碎成小塊、角部要圓滑，否則根本無法拉拔，滲碳體帶輕度棱角的盤條，可以通過正火后球化退火+輕度（Q020%）拉拔+高溫再結(jié)晶退火的方法加以挽救。帶狀和網(wǎng)狀滲碳體也是拉絲用盤條中不應(yīng)出現(xiàn)的組織，這兩種組織提高鋼的脆性，不利于鋼絲加工成形，顯著降低成品鋼絲的切削性能和淬火均勻性，對網(wǎng)狀2.5級的盤條可用正火的方法改善網(wǎng)狀，一般來說鋼絲經(jīng)冷拉-退火兩次以上循環(huán)，網(wǎng)狀可降低0.5-1級。

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