碳质量分数对合金性能的影响

按照碳的质量分数不同，室温时的合金组织可分为7种类型。

当碳的质量分数小于0.0218%时为工业纯铁，由相图可以得知，在金属液冷却到室温时，合金为铁素体和三次渗碳体。

当碳的质量分数为0.77%时为共析钢，在金属液冷却到室温时，合金的组织是珠光体，珠光体是铁素体和Fe₃C的机械混合物。工业纯铁的组织是铁素体和三次渗碳体，三次渗碳体是由于碳在α-Fe中的浓度饱和，从铁素体中析出的Fe₃C，而珠光体则是铁素体和Fe₃C的机械混合物，是通过奥氏体的共析转变得到的，机械混合物的浓度比例是一定的。

当碳的质量分数在0.0218%～0.77%之间时，为亚共析钢，在金属液冷却到室温时，合金的组织是珠光体+铁素体，并且亚共析钢中的碳质量分数越高，室温组织中的珠光体越多。

过共析钢的碳质量分数在0.77%～2.11%，在金属液冷却到室温时，合金的组织为珠光体+二次渗碳体，并且碳的质量分数越高，得到的二次渗碳体量越大。(www.xing528.com)

当碳的质量分数为4.30%时，为共晶白口铸铁，合金的室温组织比较复杂一点，因为在冷却到1148℃时，发生共晶转变得到莱氏体（铁素体和Fe₃C的机械混合物），在这个温度以下后，由于浓度饱和铁素体中析出二次渗碳体，在冷却到727℃时，奥氏体发生共析转变得到珠光体，那么实际上得到的就是珠光体+二次渗碳体+莱氏体中剩下的Fe₃C，这种室温组织保留了高温共晶转变产物莱氏体的形态特征，但是组成相的奥氏体已经发生了转变，故称为变态莱氏体。

亚共晶白口铸铁的碳质量分数为2.11%～4.30%，当金属液冷却到室温时，合金的室温组织为变态莱氏体+珠光体+二次渗碳体。

过共晶白口铸铁的碳质量分数在4.30%～6.69%，当金属液冷却到室温时，合金的室温组织为变态莱氏体+一次渗碳体。

我们可以看到，随着碳质量分数的升高，Fe₃C的含量在升高，存在形态也在发生变化，最开始存在于铁素体基体内，然后存在于奥氏体晶界上，最后作为基体存在，可见不同碳的质量分数，合金的组织是不一样的，这也是造成性能不同的根本原因。铁素体是软韧相而Fe₃C是硬脆相，当铁素体为基体时，Fe₃C越多，分布越均匀，那么材质的硬度越高，但是如果Fe₃C分部在晶界上甚至作为基体出现时，材质的塑性和韧性会大大降低。