1192 工程科学学报，第42卷，第9期 有较大的固溶度，因此C元素主要存在Fe相中 表1图1(d)中1,2,3点的EDS结果 Cu-(Fe-C)合金铸态组织照片如图I(a)、(b)、 Table 1 EDS results of Points 1,2,3 in Fig.1(d) (d)所示，在Cu基体上弥散分布着微米级和纳米 Point Element Atomic fraction/% Mass fraction/% 级的Fe-C相，由于Fe-C相熔点较高，所以在 73.67 36.13 Cu基体凝固前金属液中就存在Fe-C相颗粒，当 2 14.43 32.90 温度降至金属液熔点以下，基体凝固，这些颗粒在 Cu 11.84 30.72 基体中形成了微米级的Fe-C相.随着温度的进一 17.59 4.17 步降低，Fe元素在Cu基体中的溶解度降低，Fe原 2 名 53.56 59.31 子从基体中析出形成纳米级析出相.为了更清楚 Cu 28.86 36.52 地分析Fe-C相结构，对铸态合金进行了EDS能 10.59 2.45 谱分析（如图1(d)及表1所示）.Fe-C相有一个黑 Fe 80.65 86.82 色圆形核心，直径约2m,通过能谱分析为石墨， Cu 8.76 10.73 在石墨核心周围是片层状结构，直径约6~10m, 通过能谱分析该区域由Fe-C-Cu构成，由于基体 的α相和弥散ε-碳化物组成的回火马氏体，在显微 是铜，能谱中Cu的信号来源于基体，点2处Fe、 镜下呈黑色针状.马氏体在400℃回火时淬火马 C原子比接近3：1.所以该区域中含有类似于渗 氏体完全分解同时发生碳化物的转变，ε碳化物转 碳体（即Fe,C)的合金相，推断该区域可能为珠光 变为0-碳化物（即渗碳体FeC),a相仍然保持针状 体.经过热轧和冷轧后的组织如图I(©)所示，采用 外形，0-碳化物为细粒状分布于α相附近，这种由 截线法统计了铸态组织和冷轧后的晶粒度，铸态 针状α相和细粒状渗碳体组成的机械混合物叫做 组织平均晶粒尺寸为92m,冷轧后组织平均晶粒 回火屈氏体.马氏体在650℃回火时发生渗碳体 尺寸为44m,基本达到了细化晶粒的目的 的聚集长大和α相的回复、再结晶，由等轴的铁素 对合金进行淬火和不同温度的回火处理，其 体颗粒和颗粒状渗碳体组成的机械混合物叫做回 显微组织如图2所示.合金中的Fe-C相经淬火处 火索氏体.图2(b)、(c)、(d)中析出相的形貌特征 理后产生了相变（图2(a)),其内部产生大量取向 与高碳钢中的马氏体回火转变的特征基本一致，为 随机的针状结构，这种相变与高碳钢中的马氏体 了确定合金中的Fe-C相是否发生了相变，对淬火 相变很类似.对淬火态合金分别进行200、400和 态合金进行了DSC分析，测试结果如图3所示.结 650℃回火1h处理，回火后的组织如图2(b)、 果显示，淬火态合金在81.69、232.89和490.23℃ (c)、(d)所示.由文献[14纠可知，高碳钢中的马氏 有明显的吸热和放热峰，而高碳钢的回火转变温 体在200℃回火时发生马氏体分解，形成由低碳 度为80~170℃，250~300℃和450~600℃，因 (b) 200μm 20m (d) 50 um 2 um 图1C-Fe-C合金的铸态组织.(a)低倍光学显微镜照片：(b)高倍光学显微镜照片：(c)品粒细化后的组织：(d)SEM图像 Fig.I As-cast structure of Cu-Fe-C alloy:(a)low power optical microscope photos;(b)high power optical microscope photos;(c)grain refined structure;(d)SEM image有较大的固溶度，因此 C 元素主要存在 Fe 相中. Cu –(Fe –C) 合金铸态组织照片如图 1（ a） 、 （ b） 、 （d）所示，在 Cu 基体上弥散分布着微米级和纳米 级 的 Fe – C 相 ，由 于 Fe – C 相熔点较高 ，所以 在 Cu 基体凝固前金属液中就存在 Fe–C 相颗粒，当 温度降至金属液熔点以下，基体凝固，这些颗粒在 基体中形成了微米级的 Fe–C 相. 随着温度的进一 步降低，Fe 元素在 Cu 基体中的溶解度降低，Fe 原 子从基体中析出形成纳米级析出相. 为了更清楚 地分析 Fe–C 相结构，对铸态合金进行了 EDS 能 谱分析（如图 1（d）及表 1 所示）. Fe–C 相有一个黑 色圆形核心，直径约 2 μm，通过能谱分析为石墨， 在石墨核心周围是片层状结构，直径约 6～10 μm， 通过能谱分析该区域由 Fe–C–Cu 构成，由于基体 是铜，能谱中 Cu 的信号来源于基体，点 2 处 Fe、 C 原子比接近 3∶1，所以该区域中含有类似于渗 碳体（即 Fe3C）的合金相，推断该区域可能为珠光 体. 经过热轧和冷轧后的组织如图 1（c）所示，采用 截线法统计了铸态组织和冷轧后的晶粒度，铸态 组织平均晶粒尺寸为 92 μm，冷轧后组织平均晶粒 尺寸为 44 μm，基本达到了细化晶粒的目的. 对合金进行淬火和不同温度的回火处理，其 显微组织如图 2 所示. 合金中的 Fe–C 相经淬火处 理后产生了相变（图 2（a）），其内部产生大量取向 随机的针状结构，这种相变与高碳钢中的马氏体 相变很类似. 对淬火态合金分别进行 200、400 和 650 ℃ 回火 1 h 处理 ，回火后的组织如图 2（ b） 、 （c）、（d）所示. 由文献 [14] 可知，高碳钢中的马氏 体在 200 ℃ 回火时发生马氏体分解，形成由低碳 的 α 相和弥散 ε-碳化物组成的回火马氏体，在显微 镜下呈黑色针状. 马氏体在 400 ℃ 回火时淬火马 氏体完全分解同时发生碳化物的转变，ε-碳化物转 变为 θ-碳化物（即渗碳体 Fe3C），α 相仍然保持针状 外形，θ-碳化物为细粒状分布于 α 相附近，这种由 针状 α 相和细粒状渗碳体组成的机械混合物叫做 回火屈氏体. 马氏体在 650 ℃ 回火时发生渗碳体 的聚集长大和 α 相的回复、再结晶，由等轴的铁素 体颗粒和颗粒状渗碳体组成的机械混合物叫做回 火索氏体. 图 2（b）、（c）、（d）中析出相的形貌特征 与高碳钢中的马氏体回火转变的特征基本一致，为 了确定合金中的 Fe–C 相是否发生了相变，对淬火 态合金进行了 DSC 分析，测试结果如图 3 所示. 结 果显示，淬火态合金在 81.69、232.89 和 490.23 ℃ 有明显的吸热和放热峰，而高碳钢的回火转变温 度为 80～170 ℃ ， 250～300 ℃ 和 450～600 ℃，因 表 1    图 1（d）中 1,2,3 点的 EDS 结果 Table 1    EDS results of Points 1,2,3 in Fig. 1(d) Point Element Atomic fraction/% Mass fraction/% 1 C 73.67 36.13 Fe 14.43 32.90 Cu 11.84 30.72 2 C 17.59 4.17 Fe 53.56 59.31 Cu 28.86 36.52 3 C 10.59 2.45 Fe 80.65 86.82 Cu 8.76 10.73 3 2 1 (a) (b) (c) (d) 200 μm 50 μm 2 μm 20 μm 图 1    Cu–Fe–C 合金的铸态组织. （a）低倍光学显微镜照片；（b）高倍光学显微镜照片；（c）晶粒细化后的组织；（d）SEM 图像 Fig.1     As-cast  structure  of  Cu –Fe –C  alloy:  (a)  low  power  optical  microscope  photos;  (b)  high  power  optical  microscope  photos;  (c)  grain  refined structure; (d) SEM image · 1192 · 工程科学学报，第 42 卷，第 9 期