铁碳合金的基本组织特征优化：全面了解铁碳合金组织特征

铁碳合金中的铁和碳在液态时可以互相溶解，在固态时碳能溶解于铁的晶格中，形成均匀的固相，称为间隙固溶体。当含碳量超过铁的溶解度时，多余的碳和铁会形成金属化合物Fe3C。另外，这些固溶体和化合物在一定条件下还可以形成混合物。因此，铁碳合金中一般有以下几种基本组织。

1.铁素体

碳溶解在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F 表示。它仍保持α-Fe 的体心立方晶格，其原子排列如图3-1 所示。碳在α-Fe 中的溶解度很小，在727 ℃时，为0.021 8%，随着温度的降低，α-Fe 中的溶碳量逐渐减小，在室温时，碳在α-Fe 中的溶解度为0.000 8%。由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的性能与纯铁相似 (Rm ≈180 ～280 MPa，A≈30%～50%，50～80 HBW)，具有良好的塑性，低的强度和硬度。在显微镜下观察铁素体为均匀明亮的多边形晶粒，其显微组织如图3-2 所示。

图3-1　铁素体原子排列示意图

图3-2　铁素体的显微组织

2.奥氏体

碳溶解在γ-Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A 表示。由于γ-Fe 是面心立方晶格，晶格的间隙较大，故奥氏体的溶碳能力比铁素体强。奥氏体原子排列如图3-3 所示。在1 148 ℃时奥氏体的溶碳量可达2.11%，随着温度的下降，溶解度逐渐减小，在727 ℃时溶碳量为0.77%。

奥氏体的强度和硬度不高，但具有良好的塑性(A≈40%～60%，120～220 HBW)，是绝大多数钢在高温进行锻造和轧制时所要求的组织。奥氏体是一种高温组织，冷却至一定温度时将发生组织转变； 奥氏体没有磁性。其显微组织如图3-4 所示。

图3-3　奥氏体原子排列示意图

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图3-4　奥氏体的显微组织

3.渗碳体

渗碳体是铁和碳相互作用而形成的一种具有复杂斜方晶体结构的金属化合物，常用分子式Fe3C 表示。渗碳体中碳的质量分数为6.69%，熔点为1 227 ℃，硬度很高(800 HBW)，塑性和韧性极低，硬而脆。渗碳体分布在钢中主要起强化作用，它以多种晶粒形态存在于钢中，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。

4.珠光体

珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P 表示。在缓慢冷却条件下，珠光体的含碳量为0.77%，组织形态为渗碳体与铁素体呈片层相间、交替排列的混合物，如图3-5 所示。其力学性能取决于铁素体和渗碳体的性能，大体上是两者性能的平均值(Rm ≈800 MPa，A≈20%～35%，180 HBW)。

5.莱氏体

莱氏体分高温莱氏体和低温莱氏体。高温莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，含碳量为4.3%的液态铁碳合金冷却到1 148 ℃时，从液相中同时结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物称为高温莱氏体，用符号Ld 来表示。由于奥氏体在727 ℃时还将转变为珠光体，所以在室温下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成，这种莱氏体叫低温莱氏体，用符号L′d 来表示，其显微组织如图3-6 所示。莱氏体的力学性能和渗碳体相似，硬度(＞700 HBW)很高，塑性很差。

图3-5　珠光体组织

图3-6　莱氏体的显微组织

上述五种基本组织中，铁素体、奥氏体和渗碳体都是单相组织，称为铁碳合金的基本相； 珠光体、莱氏体则是由基本相混合组成的多相组织。