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波來鐵

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铁碳合金中的与显微组织

肥粒鐵(α-Fe)
沃斯田鐵(γ-Fe)
高温铁素体(δ-Fe)
雪明碳鐵(Fe3C)
石墨(C)
β铁(β-Fe,实际上并非一种独立的物相)

铁碳合金中的显微组织
平衡态组织

波來鐵(88%肥粒鐵,12%雪明碳鐵)
粒滴斑鐵(波來鐵及渗碳体的共晶混合物,含碳量4.3%)

非平衡态组织

麻田散鐵
變韌鐵
針狀肥粒鐵(acicular α-Fe)

按成分分类

坩埚钢英语Crucible steel
碳鋼(含量≤2.11%)

高碳钢(含碳量0.6~2.11%)
中碳钢(含碳量0.25~0.6%)
低碳钢(含碳量≤0.25%)

合金鋼(含有碳以外的元素)

高合金钢(合金元素含量>10%)
中合金钢(合金元素含量5~10%)
低合金钢(合金元素含量≤5%)
按应用分类

结构钢

碳素结构钢
低合金高强度(HSLA)钢英语High-strength low-alloy steel
贝氏体结构钢
马氏体结构钢
双相(DP)钢英语Dual-phase steel

机械零件钢

表面强化钢
渗碳钢
渗氮钢
调质钢
易切削钢英语Free machining steel
彈簧鋼英语Spring steel
轴承钢

工模具钢

碳素工具钢
刃具钢日语刃物鋼
高速钢
模具钢

特殊环境用钢

不鏽鋼(含鉻量≥10.5%)
铁素体不锈钢英语Ferritic stainless steel
奥氏体不锈钢
马氏体不锈钢
双相不锈钢(由铁素体和奥氏体双相构成)英语Duplex stainless steel
耐候钢
耐热钢日语耐熱鋼
耐磨钢英语Abrasion resistant steel
其他含鐵材料

铸铁(含碳量>2.11%)

白口铸铁
灰口铸铁
可鍛鑄鐵
球墨鑄鐵
蠕墨铸铁
特种铸铁(合金铸铁)

锻铁(熟铁、工业纯铁,含量≤0.04%)

珠光体 (英語: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。

生成[编辑]

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727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

性质原理[编辑]

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:

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。