波來鐵

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的顯微組織

肥粒鐵(α-Fe, δ-Fe)
奥氏体(γ-Fe)
马氏体
波來鐵(88%肥粒鐵,12%碳化三鐵)
變韌鐵
粒滴斑铁( 肥粒鐵及碳化三鐵的共晶混合物,含碳量4.3%)
碳化三铁(Fe3C)
β铁英语Beta ferrite(β-Fe)
ε铁英语Hexaferrum(ε-Fe)

坩埚钢
碳鋼(含量≤2.1%)
彈簧鋼(低或無合金
合金鋼(含有碳以外的元素)

马氏体时效钢(含鎳)
不鏽鋼(含鉻量≥10.5%)
耐候钢
工具鋼(工具用的合金鋼)
其他含鐵材料

鑄鐵(含碳量>2.1%)
球墨鑄鐵

灰鑄鐵
可鍛鑄鐵
白鑄鐵
锻铁(含有熔渣)

珠光体,或稱波來鐵英语Pearlite),是鋼鐵的一種由铁素体雪明碳鐵構成的層狀組織。波來鐵中通常含有88%的肥粒鐵和12%的雪明碳鐵,整體的含碳量約為0.8%。波來鐵組織在鋼的顯微組織中是最常見的。

波來鐵的生成,是由含碳量約0.8%的沃斯田鐵,在極慢速的冷卻中,冷卻到攝氏723度時開始產生相變化,而同時析出肥粒鐵和雪明碳鐵,成為波來鐵組織,由於是由單相的固體同時析出兩種相,因此這種變態反應稱為共析反應共析變態,而含碳量0.8%的鋼,就稱為共析鋼。若是含碳量較低的情況,會在較高溫時先開始析出肥粒鐵,而使剩餘未發生變態的沃斯田鐵含碳量逐漸提高,到了共析點時開始生成波來鐵,這種含碳量低於波來鐵的鋼,就稱為亞共析鋼。而若含碳量較高,則會先析出雪明碳鐵,使沃斯田鐵的含碳量逐漸降低,到了共析點時開始生成波來鐵,這種鋼就稱為過共析鋼

波來鐵之所以會形成層狀組織,依據R. F. Mehl的理論,發生共析反應時,會有雪明碳鐵的核從沃斯田鐵的晶界生成,以薄片狀向沃斯田鐵晶粒內生長,由於雪明碳鐵的含碳量較高,在生成時會從周圍的沃斯田鐵吸收碳,因此逐漸生成肥粒鐵,而肥粒鐵只能固溶很少的碳,因此產生將碳向外推擠的效應,使側面的沃斯田鐵再析出雪明碳鐵的核,而生成雪明碳鐵薄片,如此反覆進行,往縱向持續生長,而往橫向一層一層地增加,最後就完全取代整個沃斯田鐵晶粒,而成為雪明碳鐵和肥粒鐵一層夾一層的層狀組織。而M. Hillert則認為,波來鐵的橫向生長,是因為在縱向生長中產生分枝,而得到的橫向生長效果。目前學界對於波來鐵的核仍有所爭論,一般認為過共析鋼的波來鐵核是雪明碳鐵,亞共析鋼則是肥粒鐵,不過也有人認為不會形成肥粒鐵的核。

依據冷卻速率的不同,波來鐵組織的層間距離也會有所不同。當冷卻速率較慢,例如放置在爐中冷卻時,生成的肥粒鐵和雪明碳鐵組織較粗,因此稱為粗波來鐵;放置於空氣中冷卻時,由於冷卻速率較爐冷快,生成的波來鐵組織較細,稱為中等波來鐵糙斑鐵(sorbite);而在油中冷卻時,冷卻速率更快,生成的波來鐵組織更細,就稱為細波來鐵吐粒散鐵(troostite)。細波來鐵的機械性質較粗波來鐵好,而中波來鐵則介於兩者之間。根據Zener的研究,波來鐵的最小層間距離為:

S_{\text{min}}\,=\,\frac{2\sigma}{\rho}\frac{T_e}{\Delta\!H(T_e-T)}

其中,Te為平衡共析溫度,T為變態溫度,ΔH為波來鐵的生成熱,σ為肥粒鐵與雪明碳鐵界面單位面積的界面能,ρ為波來鐵的密度。會產生變動的基本上就是變態溫度,故由式中可知,變態溫度愈低,則波來鐵愈細,因此將冷速加快,使其在較低溫時生成細波來鐵時,獲得的機械性質也會比較好。

參考資料[编辑]

  1. 黃振賢,《機械材料》修訂二版,新文京開發出版股份有限公司,2003年。
  2. 黃振賢,《金屬熱處理》十八版,新文京開發出版股份有限公司,2000年。