铁素体：珠光体组织的基础

1.1　铁的同素异构转变

将铁金属加热至912℃以上时，铁就会发生由一种晶格向另一种晶格的转变，即α铁→γ铁的转变，这种转变称为同素异构转变。α铁是体心立方结构，γ铁是面心立方结构，由于面心立方结构比体心立方结构排列更紧密，二者在相互转化时，体积要发生变化。铁的这一特性是钢铁材料能够通过热处理方法来改变其内部组织，从而改善性能的内在重要因素。

1.2　α固溶体和γ固溶体

由两种或两种以上的化学成分组成的单一均匀固体晶相称为固溶体。碳和合金元素溶解于α铁中形成的固溶体叫α固溶体，或叫铁素体。铁素体晶界圆滑，晶内很少见到孪晶或滑移线，以片状、块状、针状存在于钢中。铁素体是珠光体组织的基础，具有良好的塑性和韧性。碳和合金元素溶解于γ铁中形成的固溶体叫γ固溶体，或叫奥氏体。奥氏体一般由等轴的多边形晶粒组成，晶内有孪晶。在铁-碳相图中，奥氏体以高温相存在于临界点A1温度以上，只有在钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，如Ni、Mn等，才可以使奥氏体稳定在室温。奥氏体的致密度高，体积质量比铁素体、马氏体小。因此，钢被加热到奥氏体相区时，体积收缩。冷却时，奥氏体转变成铁素体-珠光体，体积膨胀。奥氏体的点阵滑移系多，易于热加工成型。

1.3　钢的临界温度(www.xing528.com)

钢在加热或冷却过程中，其内部组织发生转变的温度叫临界温度，或称临界点。钢管热处理时，经常用到的临界点主要包括：A1、A3（A cm）、A c1、A c3（A ccm）、A r3（A rcm）、A r1等。

A1是指钢加热时，在加热速度非常缓慢的情况下，即所谓平衡状态下，珠光体向奥氏体转变的开始温度；也是钢冷却时，在冷却速度非常缓慢的情况下，即所谓平衡状态下，奥氏体向珠光体转变的终了温度。

A3（A cm）是指亚共析钢（过共析钢）加热时，在加热速度非常缓慢的情况下，即所谓平衡状态下，亚共析钢的铁素体（过共析钢的渗碳体）向奥氏体转变的终了温度。也是冷却时，在冷却速度非常缓慢的情况下，即所谓平衡状态下，奥氏体向亚共析钢的铁素体（过共析钢的渗碳体）转变的开始温度。

但在实际生产中，不可能出现平衡状态下的加热和冷却情况。无论是加热时的珠光体向奥氏体转变的开始温度和终了温度，还是冷却时的奥氏体向珠光体转变的开始温度和终了温度，都与平衡状态下的转变温度有滞后现象，即钢中各相的转变温度在加热时要稍高于平衡状态下相图所对应的相变温度，在冷却时要稍低于平衡状态下相图所对应的相变温度。因此，用A c1和A c3（A ccm）来分别表示实际生产时，在不平衡的加热状态下，珠光体向奥氏体转变的开始温度和终了温度；用A r3（A rcm）和A r1分别表示实际生产时，在不平衡的冷却状态下，奥氏体向珠光体转变的开始温度和终了温度。A c1略高于A1，A c3（A ccm）略高于A3（A cm），二者之差与加热速度成正比；A r1略低于A1，A r3（A rcm）略低于A3（A cm），二者的温度差与冷却速度成正比。