碳的质量分数对铁碳合金力学性能的影响

1.硬度

硬度是一个与碳的质量分数有关的性能指标，与组织组成物或组成相的形态不十分敏感的性能指标，它的大小主要决定于组成相的硬度和相对数量。所以随着碳的质量分数的增加，硬度高的渗碳体增多，硬度低的铁素体减少，因此合金的硬度呈直线增高，由完全为铁素体组织的80HBS增大到完全为渗碳体的约800HBW。

2.强度

强度是一种对组织组成物的形态很敏感的性能。

在工业纯铁中，随着碳的质量分数的增加，固溶强化或微量Fe3CⅢ的强化作用使强度提高。

在亚共析钢中，组织为F＋P的混合物，F的强度低，P的强度较高，随P的增加，强度提高。且强度与组织的细密度有关，组织越细密，则强度越高，所以在亚共析钢中，随着碳的质量分数的增加，强度提高，组织越细，强度越高。

过共析钢中，铁素体消失，而硬脆的二次渗碳体出现，合金强度增加变缓。在碳的质量分数到约0.90%时，由于沿晶界形成的二次渗碳体网趋于完整，强度开始迅速下降，碳的质量分数到2.11%组织中出现莱氏体时，强度降低到很低的值，如果继续增加碳的质量分数，由于基体变为连片的渗碳体，强度将变化不大，但值很低，接近渗碳体的强度(20～30MPa)。

3.塑性(www.xing528.com)

铁碳合金中的渗碳体是极脆的组成相或组织组成物，没有塑性，不能为合金的塑性做出贡献，合金的塑性完全由铁素体来提供。所以，碳的质量分数增加，铁素体减少时，合金的塑性不断降低，当基体变为渗碳体后，塑性就降低到接近于零值。

4.韧性

铁碳合金的冲击韧性对组织及其形态最敏感。碳的质量分数增加时，脆性的渗碳体增多，不利的形态愈严重，韧性下降很快，下降的趋势比塑性更急剧。

在铁碳合金中，渗碳体一般可认为是一种强化相。当它与铁素体构成层状珠光体时，可提高合金的硬度，故合金中珠光体的量越多时，其强度、硬度越高，而塑性、韧性却相应降低。但在过共析钢中，渗碳体明显地以网状分布在晶界上，特别在白口铸铁中渗碳体作为基体时，将使铁碳合金的塑性和韧性大大下降，这就是高碳钢和白口铸铁脆性高的主要原因。

图3－17　碳的质量分数对碳钢力学性能的影响

图3－17为碳的质量分数对碳钢力学性能的影响。由图可见，当钢中碳的质量分数小于0.9%时，随着钢中碳的质量分数的增加，钢的强度、硬度呈直线上升，而塑性、韧性不断下降；钢中碳的质量分数大于0.9%时，因渗碳体以完整的网状存在，不仅使钢的塑性、韧性进一步降低，而且强度也明显下降。为了保证工业上使用的钢具有足够的强度，并具有一定的塑性和韧性，钢中的碳的质量分数一般不超过1.3%～1.4%。

碳的质量分数大于2.11%的白口铸铁，由于组织中存在大量的渗碳体，则特别硬而脆，难以切削加工，因此在一般机械制造工业中很少使用。