[科普中國(guó)]-肥粒鐵

形態(tài)成分

肥粒鐵晶界圓滑，晶內(nèi)很少見(jiàn)孿晶或滑移線，顏色淺綠、發(fā)亮，深腐蝕后發(fā)暗。鋼中肥粒鐵以片狀、塊狀、針狀和網(wǎng)狀存在。1

這部分肥粒鐵稱(chēng)為先共析肥粒鐵或組織上自由的肥粒鐵。隨形成條件不同，先共析肥粒鐵具有不同形態(tài)，如等軸形、沿晶形、紡錘形、鋸齒形和針狀等。肥粒鐵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，肥粒鐵是主要組成相；肥粒鐵的成分和組織對(duì)鋼的工藝性能有重要影響，在某些場(chǎng)合下對(duì)鋼的使用性能也有影響。

肥粒鐵的結(jié)晶構(gòu)造是體心立方，也就是在正立方體晶格的八個(gè)角各有一個(gè)原子，在中心還有一個(gè)原子。由于原子晶格間距很小，很難溶進(jìn)碳原子，在727°C的共析點(diǎn)時(shí)只能溶進(jìn)約0.02%的碳，在常溫時(shí)只能溶進(jìn)0.006%，因此肥粒鐵的性質(zhì)和純鐵相似，強(qiáng)度與硬度都是鋼鐵組織中最軟的，勃氏硬度只有約HB80，但是富于延展性，實(shí)際上純鐵也可說(shuō)是由肥粒鐵構(gòu)成。

由于碳原子將近是結(jié)晶格子空隙的兩倍大，溶進(jìn)肥粒鐵中的碳原子會(huì)受到很大的應(yīng)力，因此肥粒鐵中溶有愈多的碳，其強(qiáng)度也就愈高，而延展性則下降。純鐵從高溫的沃斯田鐵狀態(tài)冷卻到911°C時(shí)，就會(huì)變態(tài)成肥粒鐵。鋼則會(huì)在冷卻到變態(tài)溫度時(shí)，因含碳量不同而先析出肥粒鐵或雪明碳鐵。由于沃斯田鐵的密度較肥粒鐵高，因此在發(fā)生變態(tài)時(shí)，鋼鐵材料會(huì)發(fā)生膨脹。

主要性能純肥粒鐵組織具有良好的塑性和韌性，但強(qiáng)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(qiáng)度很難超過(guò)1200MPa。由于肥粒鐵含碳量很低，其性能與純鐵相似，塑性、韌性很好，伸長(zhǎng)率δ=45%～50%。強(qiáng)度、硬度較低，σb≈250MPa，而HBS=80。2

純鐵在912℃以下為具有體心立方晶格。碳溶于α-Fe中的間隙固溶體稱(chēng)為肥粒鐵，以符號(hào)F表示。由于α-Fe是體心立方晶格結(jié)構(gòu)，它的晶格間隙很小，因而溶碳能力極差，在727℃時(shí)溶碳量最大，可達(dá)0.0218%,隨著溫度的下降溶碳量逐漸減小，在600℃時(shí)溶碳量約為0.0057%，在室溫時(shí)溶碳量約為0.0008%。因此其性能幾乎和純鐵相同，其機(jī)械性能如下：

抗拉強(qiáng)度 180—280MN/平方米

屈服強(qiáng)度100—170MN/平方米

延伸率 30--50%

斷面收縮率 70--80%

沖擊韌性 160—200J/平方厘米

硬度 HB 50—80

由此可見(jiàn)，肥粒鐵的強(qiáng)度、硬度不高，但具有良好的塑性與韌性。

肥粒鐵的顯微組織與純鐵相同，呈明亮的多邊形晶粒組織，有時(shí)由于各晶粒位向不同，受腐蝕程度略有差異，因而稍顯明暗不同。

肥粒鐵在770℃以下具有鐵磁性，在770℃以上則失去鐵磁性。

（肥粒鐵的居里點(diǎn)為770℃）

應(yīng)用研究從組織形貌及織構(gòu)強(qiáng)弱上分析壓縮樣品中心與邊緣應(yīng)變量的差異，并探討這種形變不均勻性對(duì)肥粒鐵超細(xì)化過(guò)程及再結(jié)晶過(guò)程的影響。

研究表明，低碳鋼在A3～Ar3之間大應(yīng)變可實(shí)現(xiàn)肥粒鐵的超細(xì)化。觀察到A3以上大應(yīng)變后的淬水組織中心區(qū)也存在一些等軸肥粒鐵。根據(jù)肥粒鐵的等軸狀，以及從形變可提高奧氏體自由能的角度考慮，因此認(rèn)為A3以上可形變誘導(dǎo)出肥粒鐵。3

相關(guān)拓展γ-Feγ-Fe是溫度在912℃～1394℃的純鐵，晶格類(lèi)型是面心立方晶格。而α-Fe是體心立方晶格，由于面心比體心排列緊密，所以由前者轉(zhuǎn)化為后者時(shí)，體積要膨脹。純鐵在室溫下是體心立方結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為α-Fe。將純鐵加熱，當(dāng)溫度到達(dá)912℃時(shí)，由α-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe，γ-Fe是面心立方結(jié)構(gòu)。繼續(xù)升高溫度，到達(dá)1390℃時(shí)，γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?δ-Fe，它的結(jié)構(gòu)與α-Fe一樣，是體心立方結(jié)構(gòu)。純鐵隨著溫度增加，由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

不存在β-Fe。自從Osmond在1885 年首次提出β-Fe 以來(lái)，直到1922 年Westgren 和Phragmén 用高溫X射線衍射證明β-Fe 與α-Fe 有相同的體心立方結(jié)構(gòu)為止，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),冶金學(xué)家一直為鋼為什么在淬火后變硬而爭(zhēng)論不休。同素異構(gòu)派（Allotropist）認(rèn)為是α-Fe →β-Fe 相變的結(jié)果，而碳派（Carbonist）認(rèn)為是碳的作用，各執(zhí)一詞。盡管β-Fe 的存在被否定了，同素異構(gòu)相變(γ-Fe →α′-Fe) 還是存在的，它與四方畸變的α′-Fe 中固溶碳都是鋼在淬火后變硬的必要條件。

δ-Feδ-Fe是高溫鐵素體，由液態(tài)鐵冷卻到1538攝氏度發(fā)生結(jié)晶，液態(tài)鐵轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe，C在δ-Fe中的最大溶解度為0.17%。

δ鐵素體作為高溫鐵素體，在常溫下相對(duì)少見(jiàn)，但在一些不銹鋼中，仍然由δ鐵素體保留到常溫下。但由于δ鐵素體較脆，在加工中易引發(fā)裂紋，并且容易引發(fā)點(diǎn)腐蝕，所以一般都是作為有害相加以控制的。