自由铁素体

更新时间:2022-08-26 11:45

自由铁素体,即α-Fe和以它为基础的固溶体,具有体心立方点阵。亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体。具有体心立方晶格,其溶碳能力很低,常温下仅能溶解为0.0008%的碳,在727℃时最大的溶碳能力为0.02%。称为铁素体或α固溶体,用α或F表示,α常用在相图标注中,F在行文中常用。亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体。

形态成分

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。钢中铁素体以片状、块状、针状和网状存在。

这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。随形成条件不同,先共析铁素体具有不同形态,如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。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;铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响,在某些场合下对钢的使用性能也有影响。

碳溶入δ-Fe中形成间隙固溶体,呈体心立方晶格结构,因存在的温度较高,故称高温铁素体或δ固溶体,用δ表示,在1394℃以上存在,

在1495℃时溶碳量最大。碳的质量分数为0.09%。

主要性能

纯铁素体组织具有良好的塑性和韧性,但强度和硬度都很低;冷加工硬化缓慢,可以承受较大减面率拉拔,但成品钢丝抗拉强度很难超过1200MPa。由于铁素体含碳量很低,其性能与纯铁相似,塑性、韧性很好,伸长率δ=45%~50%。强度、硬度较低,σb≈250MPa,而HBS=80。

纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格。碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体,以符号F表示。由于α-Fe是体心立方晶格结构,它的晶格间隙很小,因而溶碳能力极差,在727℃时溶碳量最大,可达0.0218%,随着温度的下降溶碳量逐渐减小,在600℃时溶碳量约为0.0057%,在室温时溶碳量约为0.0008%。因此其性能几乎和纯铁相同,其机械性能如下:

抗拉强度:180—280MN/平方米

屈服强度:100—170MN/平方米

延伸率:30--50%

断面收缩率:70--80%

冲击韧性:160—200J/平方厘米

硬度:HB 50—80

由此可见,铁素体的强度、硬度不高,但具有良好的塑性与韧性

铁素体的显微组织与纯铁相同,呈明亮的多边形晶粒组织,有时由于各晶粒位向不同,受腐蚀程度略有差异,因而稍显明暗不同。

铁素体在770℃以下具有铁磁性,在770℃以上则失去铁磁性

(铁素体的居里点为770℃)

应用研究

从组织形貌及织构强弱上分析压缩样品中心与边缘应变量的差异,并探讨这种形变不均匀性对铁素体超细化过程及再结晶过程的影响。研究表明,低碳钢在A3~Ar3之间大应变可实现铁素体的超细化。观察到A3以上大应变后的淬水组织中心区也存在一些等轴铁素体。根据铁素体的等轴状,以及从形变可提高奥氏体自由能的角度考虑,因此认为A3以上可形变诱导出铁素体

铁素体不锈钢

在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%,具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍,有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等元素,这类钢具导热系数大,膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点,多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。 这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,因而限制了它的应用。炉外精炼技术(AOD或VOD)的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低,因此使这类钢获得广泛应用。

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