钢平衡状态下的组织和性能探究

钢是铁和碳的合金。当钢液以极其缓慢的速度冷却时，在室温下生成的组织，称为平衡组织。热处理正是通过改变这些平衡组织而改变其性能的。因此，要了解钢在热处理过程中的组织变化以及对性能的影响，还必须研究钢在热处理以前的内部的组织、构造和性能。

1.钢的基本组织和性能

钢在平衡状态下的基本组织，主要有铁素体、奥氏体、渗碳体和珠光体等。

（1）铁素体 碳溶解在α-Fe中形成的固溶体叫铁素体，通常用F表示。它溶解碳的能力很小，所以它的性能接近于纯铁。铁素体的强度和硬度均较低，而塑性、韧性很好，能承受冷变形加工。

（2）奥氏体 碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体叫奥氏体，通常用A表示。当奥氏体在1148℃时，能够溶解的碳最多，可达w（C）=2.11%，但随着温度降低，溶解碳的能力也减小。奥氏体的硬度、强度较低，而塑性较高，具有良好的塑性变形能力。

（3）渗碳体 碳与铁相互作用形成的化合物Fe₃C叫渗碳体。渗碳体中w（C）=6.69%，且不随温度的变化而变化。渗碳体的硬度很高，脆性很大，塑性和韧性几乎等于零。(www.xing528.com)

（4）珠光体 由铁素体和渗碳体组成的机械混合物叫珠光体，通常用P表示。珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，它强度较好，硬度适中，并且有一定的塑性。

2.钢的组织对性能的影响

随着碳的质量分数的变化，钢的内部组织是变化的，其中铁素体、渗碳体和珠光体的相对数量也是变化的，组织相对数量的变化会影响钢的性能。例如：碳的质量分数小于0.77%的碳钢，随着碳的质量分数的增加，由原来全部是铁素体的组织，转变为铁素体加珠光体的组织，并随着碳的质量分数的不断增加，珠光体数量增多，铁素体数量减少，其强度、硬度不断升高，而塑性、韧性不断降低。当碳的质量分数达到0.77%时，钢全部由珠光体组成，强度、硬度较高，有一定的塑性、韧性。当碳的质量分数大于0.77%时，在珠光体晶粒的晶界上，出现了硬而脆的渗碳体，随着碳的质量分数的增加，渗碳体的数量将增多，而珠光体的数量将减少，并且随着碳的质量分数的继续增加，渗碳体将形成网状。钢中的网状渗碳体，削弱了晶粒间的结合力，使钢的硬度有所提高，而强度、韧性明显降低。所以，钢中碳的质量分数不同，就有不同的组织，也就有不同的力学性能，而不同性能的钢，就有不同的用途。

例如：对于强度要求不高的普通零件，如螺钉、螺栓、普通小轴、销等，可用低碳钢来制造，因为低碳钢强度和硬度低，切削加工容易。对于要求有一定综合力学性能的零件，如机床主轴、传动轴、齿轮等，则可用中碳钢来制造，因为碳的质量分数适中，不仅有一定的强度和硬度，又有较好的塑性和韧性，加工性能也较好。对于各种刃具、量具、模具等工具，如锉刀、钻头、板牙等，则需要用高碳钢来制造，以便获得高的硬度和耐磨性。