铁碳合金在钢结构设计原理中的作用

钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料，其基本组元是铁和碳两种元素，故统称为铁碳合金。普通碳钢和铸铁均属铁碳合金范畴。当加入某些元素（称为合金元素）后，更加扩大了钢铁材料的品种。目前在我国普遍使用的钢铁材料品种不下百余种，这与铁碳合金在结构上的多样性和易改变性有密切关系。

铁碳合金的基本组织有下述两种。

1．铁素体

铁素体是碳溶解在 α-Fe 中的固溶体，用符号 F 表示。铁素体具有体心立方晶格，属间隙式固溶体，溶碳量很有限。室温时仅可溶解 0.006% 的碳，727 °C 时溶碳量可达0.021 8%，随着温度下降溶碳量逐渐减少，在 600 °C 时溶碳量约为 0.005 7%。因此，其室温时的性能几乎与纯铁相同，各项力学指标如下：

抗拉强度 fu＝180～280 MPa；

屈服点 fy＝100～170 MPa；

伸长率 δ＝30%～50%；

断面收缩率ψ＝70%～80%；(www.xing528.com)

冲击韧度值 αk＝160～20 J/cm2；

硬度 50～80 HB。

由此可见，铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。

2．渗碳体

渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，用 Fe3C 表示。其含碳量为 6.69%，具有复杂的晶格结构；其熔点为 1 227 °C；硬度很高（950～1 050 HV），而塑性和韧性几乎为 0，脆性极大。渗碳体中碳原子可被氮等小尺寸原子置换，而铁原子则可被其他金属原子（如Cr、Mn等）置换。这种以渗碳体为溶剂的固溶体称为合金渗碳体。

渗碳体在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、球状、网状或板状。渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形态与分布对钢的性能有很大影响。同时，Fe3C 在一定条件下会发生分解，形成石墨状的自由碳。