自由鐵素體

自由鐵素體

自由鐵素體,即α-Fe和以它為基礎的固溶體,具有體心立方點陣。亞共析成分的奧氏體通過先共析析出形成鐵素體。具有體心立方晶格,其溶碳能力很低,常溫下僅能溶解為0.0008%的碳,在727℃時最大的溶碳能力為0.02%。稱為鐵素體或α固溶體,用α或F表示,α常用在相圖示注中,F在行文中常用。亞共析成分的奧氏體通過先共析析出形成鐵素體。

基本介紹

  • 中文名:自由鐵素體
  • 外文名:ferrite
  • 符號:F
  • 特點:具有體心立方晶格
  • 含義:碳溶解在α-Fe中的間隙固溶體
  • 學科:冶金
形態成分,主要性能,套用研究,鐵素體不鏽鋼,
簡介
自由鐵素體,即α-Fe和以它為基礎的固溶體,具有體心立方點陣。亞共析成分的奧氏體通過先共析析出形成鐵素體。具有體心立方晶格,其溶碳能力很低,常溫下僅能溶解為0.0008%的碳,在727℃時最大的溶碳能力為0.02%。稱為鐵素體或α固溶體,用α或F表示,α常用在相圖示注中,F在行文中常用。亞共析成分的奧氏體通過先共析析出形成鐵素體。

形態成分

鐵素體晶界圓滑,晶內很少見孿晶或滑移線,顏色淺綠、發亮,深腐蝕後發暗。鋼中鐵素體以片狀、塊狀、針狀和網狀存在。
這部分鐵素體稱為先共析鐵素體或組織上自由的鐵素體。隨形成條件不同,先共析鐵素體具有不同形態,如等軸形、沿晶形、紡錘形、鋸齒形和針狀等。鐵素體還是珠光體組織的基體。在碳鋼和低合金鋼的熱軋(正火)和退火組織中,鐵素體是主要組成相;鐵素體的成分和組織對鋼的工藝性能有重要影響,在某些場合下對鋼的使用性能也有影響。
碳溶入δ-Fe中形成間隙固溶體,呈體心立方晶格結構,因存在的溫度較高,故稱高溫鐵素體或δ固溶體,用δ表示,在1394℃以上存在,
在1495℃時溶碳量最大。碳的質量分數為0.09%。

主要性能

純鐵素體組織具有良好的塑性和韌性,但強度和硬度都很低;冷加工硬化緩慢,可以承受較大減面率拉拔,但成品鋼絲抗拉強度很難超過1200MPa。由於鐵素體含碳量很低,其性能與純鐵相似,塑性、韌性很好,伸長率δ=45%~50%。強度、硬度較低,σb≈250MPa,而HBS=80。
純鐵在912℃以下為具有體心立方晶格。碳溶於α-Fe中的間隙固溶體稱為鐵素體,以符號F表示。由於α-Fe是體心立方晶格結構,它的晶格間隙很小,因而溶碳能力極差,在727℃時溶碳量最大,可達0.0218%,隨著溫度的下降溶碳量逐漸減小,在600℃時溶碳量約為0.0057%,在室溫時溶碳量約為0.0008%。因此其性能幾乎和純鐵相同,其機械性能如下:
抗拉強度:180—280MN/平方米
屈服強度:100—170MN/平方米
延伸率:30--50%
斷面收縮率:70--80%
衝擊韌性:160—200J/平方厘米
硬度:HB 50—80
由此可見,鐵素體的強度、硬度不高,但具有良好的塑性與韌性
鐵素體的顯微組織與純鐵相同,呈明亮的多邊形晶粒組織,有時由於各晶粒位向不同,受腐蝕程度略有差異,因而稍顯明暗不同。
鐵素體在770℃以下具有鐵磁性,在770℃以上則失去鐵磁性
(鐵素體的居里點為770℃)

套用研究

從組織形貌及織構強弱上分析壓縮樣品中心與邊緣應變數的差異,並探討這種形變不均勻性對鐵素體超細化過程及再結晶過程的影響。研究表明,低碳鋼在A3~Ar3之間大應變可實現鐵素體的超細化。觀察到A3以上大應變後的淬水組織中心區也存在一些等軸鐵素體。根據鐵素體的等軸狀,以及從形變可提高奧氏體自由能的角度考慮,因此認為A3以上可形變誘導出鐵素體

鐵素體不鏽鋼

在使用狀態下以鐵素體組織為主的不鏽鋼。含鉻量在11%~30%,具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳,有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等元素,這類鋼具導熱係數大,膨脹係數小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優良等特點,多用於製造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。 這類鋼存在塑性差、焊後塑性和耐蝕性明顯降低等缺點,因而限制了它的套用。爐外精煉技術(AOD或VOD)的套用可使碳、氮等間隙元素大大降低,因此使這類鋼獲得廣泛套用。

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