铁碳合金基本组织解析

常见金属的晶体结构有体心立方晶格和面心立方晶格，如图2-5所示。具有体心立方晶格的金属有铬（Cr）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）和α-Fe（912℃以下存在的铁称为α-Fe）。具有面心立方晶格的金属有铝（Al）、镍（Ni）、铜（Cu）和γ-Fe（912～1394℃之间的铁称为γ_- Fe）。α-Fe经过加热可转变为γ-Fe，反之，高温下的γ-Fe冷却可转变为α-Fe。固态金属在不同温度时具有不同晶体结构的现象称为同素异构现象。纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下完成的。

图2-5 金属的晶体结构

a）体心立方晶格 b）面心立方晶格

碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中加入少量碳，强度显著增加。碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物和混合物。溶质原子溶入溶剂晶格中，形成的均匀的、保持溶剂晶体结构的物质称为固溶体。铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。

1.铁素体

碳溶解在α-Fe中形成的固溶体称为铁素体，用F表示。由于α-Fe原子间隙小，因而溶碳能力很差，在727℃时达到最大溶解度，碳的质量分数仅为0.0218%。室温时α-Fe的铁素体的含碳量（质量分数）为0.0008%，所以铁素体的强度和硬度低，R_m（σ_b）≈250MPa，硬度为80HBW，但塑性和韧性很好。

2.奥氏体

碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体称为奥氏体，用符号A表示。γ-Fe的原子间隙较大，故碳在γ-Fe中的溶解度比在α-Fe中大得多，如在727℃时可溶解0.77%（质量分数），1148℃时达到最大值2.11%（质量分数）。奥氏体的硬度低，塑性好，是对钢进行压力加工的理想组织。稳定的奥氏体存在的最低温度为727℃，所以大多数钢的压力加工在高温下进行。(www.xing528.com)

3.渗碳体

铁和碳形成的化合物Fe₃C称为渗碳体。渗碳体的含碳量（质量分数）为6.69%，硬度很高，约800HBW，极脆，塑性几乎为零。因而渗碳体本身无法应用，但在塑性很好的铁素体基体上散布着这些硬度很高的微粒时，将大大提高钢的强度。

4.珠光体

铁素体和渗碳体构成的共析混合物称为珠光体，用符号P表示。珠光体的力学性能介于铁素体和珠光体之间，具有良好的综合力学性能，R_m（σ_b）=800MPa，δ=12%，硬度为230HBW。

5.莱氏体

奥氏体和渗碳体构成的共晶混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。由于莱氏体中含有大量的渗碳体，所以硬度高，但很脆。

在铁碳合金中，由于含碳量不同以及加入其他合金元素的不同和加入量的变化，形成了不同的铁碳合金。压力容器常用的铁碳合金可分为碳素钢、低合金钢、高合金钢以及铸铁等。