钢铁中各类碳化物详细介绍及形成条件.docx

一、初晶碳化物

1.定义与形成

铸铁初晶碳化物是在铸铁凝固初期形成的碳化物。当液态铸铁开始凝固时，在一定的成分和冷却条件下，首先析出的碳化物就是初晶碳化物。例如，在高铬铸铁中，由于铬含量较高，在凝固初期就会形成以铬为主要合金元素的初晶碳化物，如Cr?C?。

2.形态与分布

初晶碳化物的形态多样，常见的有块状、树枝状等。块状初晶碳化物颗粒相对较大，在基体中分布比较均匀；树枝状初晶碳化物则呈现出类似树枝的形状，它的存在会对铸铁的性能产生较大影响。其分布情况也因铸铁的成分和凝固条件而异，在某些情况下，初晶碳化物可能会在晶界处富集，这种分布可能会降低铸铁的韧性。

3.对性能的影响

耐磨性：初晶碳化物硬度很高，能显著提高铸铁的耐磨性。例如，在耐磨铸铁中，初晶碳化物就像一个个坚硬的“骨架”，可以抵抗磨粒的磨损，当磨粒与铸铁表面接触时，初晶碳化物能够有效地阻止磨粒的切入，从而延长铸铁的使用寿命。

韧性和强度：如果初晶碳化物的形态和分布不合理，比如呈连续网状分布在晶界，会降低铸铁的韧性和强度。因为这种分布会成为裂纹扩展的通道，当铸铁受到外力作用时，裂纹容易沿着碳化物与基体的界面或者碳化物本身扩展，导致铸铁发生脆性断裂。但是，如果初晶碳化物是细小且均匀分布的块状，在一定程度上可以提高强度，并且对韧性的降低作用相对较小。

热稳定性：初晶碳化物的存在还可以提高铸铁的热稳定性。在高温环境下，初晶碳化物能够保持其结构和硬度，使得铸铁在高温工作条件下仍然具有较好的耐磨性能和力学性能。

二、共晶碳化物

共晶碳化物是冶金学中的一个名词。它指的是碳元素与一种不同化学物质或元素，在特定比例混合后，于比各自熔点还要低的温度下进行加热熔合，所形成的均匀混合物。

在白口铸铁的共晶结晶过程中，当熔液温度过冷到Fe–C相图?ecf?共晶线以下时，会发生共晶反应，即碳化物（或渗碳体）+奥氏体共晶团的成核与生长，共晶团中的碳化物就被称为共晶碳化物。

共晶碳化物的存在形式和分布情况会对白口铸铁的性能产生重要影响。例如，在一些高铬铸铁中，共晶碳化物的形态和分布会影响铸铁的耐磨性、韧性和强度等性能。如果共晶碳化物呈连续网状分布，可能会削弱基体的连续性，导致铸铁脆性过大；而通过一定的处理工艺使共晶碳化物团球化，则有利于提高白口铸铁的韧性和耐磨性。

各种具有莱氏体组织成分的钢种中也存在共晶碳化物，其在钢中的分布通常极不均匀。经过锻轧等压力加工后，莱氏体组织受到破坏，共晶碳化物会呈明显堆集的带状或鱼骨状分布。“共晶碳化物不均匀度”一直是考核莱氏体钢的冶金质量的重要指标，因为这种不均匀分布对莱氏体钢的工艺性能和使用性能有极大影响。

在检验莱氏体钢共晶碳化物不均匀度时，通常是在淬回火状态下进行，但这样会消耗大量电力和时间，且试样易脱碳、氧化，制备也较困难。研究发现，采用特定的浸蚀剂（如5%-硝酸酒精溶液），在退火状态下也可对其直接加以浸蚀进行检验，且检验结果与淬回火状态下基本一致。这种方法工艺简单、节约高效且检验结果准确可靠，可以在生产检验中推行。

共晶碳化物的具体性质和影响因素会因铸铁或钢的成分、热处理工艺等不同而有所差异。对共晶碳化物的深入研究和有效控制，有助于优化材料的性能，满足不同的使用需求。

1.莱氏体碳化物

1.定义与形成

莱氏体碳化物主要存在于莱氏体钢和白口铸铁中。莱氏体是由奥氏体（或珠光体）和渗碳体组成的共晶组织。在凝固过程中，当液态合金冷却到共晶温度时，发生共晶反应，形成莱氏体，其中的碳化物成分即为莱氏体碳化物。例如，在高碳高合金钢中，由于碳和合金元素含量较高，容易形成莱氏体组织，其中的碳化物形态和分布受合金成分和冷却速度等因素影响。

2.形态与分布

莱氏体碳化物的形态多样，常见的有鱼骨状、带状和网状等。鱼骨状莱氏体碳化物呈现出类似鱼骨的形状，这种形态的碳化物在组织中比较粗大，会对材料的韧性产生较大影响。带状分布的碳化物是由于钢材在锻造或轧制过程中，组织沿加工方向变形而形成的，会导致材料在不同方向上性能差异较大。网状莱氏体碳化物通常分布在晶界周围，可能会使材料的脆性增加。

3.对性能的影响

耐磨性：莱氏体碳化物硬度很高，能有效提高材料的耐磨性。在磨料磨损环境下，这些碳化物可以像坚硬的屏障一样，抵抗磨粒的切削和摩擦，延长材料的使用寿命。

韧性和强度：其形态和分布对韧性和强度影响显著。如网状和鱼骨状碳化物会降低材料的韧性，因为它们容易成为裂纹扩展的通道。当材料受到外力时，裂纹会沿着碳化物与基体的界面或者碳化物本身蔓延，导致材料脆性断裂。不过，如果能改善碳化物的形态，如使其球化或细化，在一定程度上可以提高材料的韧性和强度。

热加工性能：莱氏体碳化物的存在会给材料的热加工带来困难。在锻造或轧制过程中，由于碳化物硬度高且形态复杂，容易导致加工时应力集中，出现裂纹等缺