渗碳法显示奥氏体晶粒

二、铁碳合金的基本相

铁和碳是铁碳合金的两个基本组元。在固态下，铁和碳有两种结合方式:一是碳溶于铁的晶格间隙中形成固溶体;二是铁与碳形成具有复杂结构的金属化合物Fe₃C，即渗碳体。它们构成了铁碳合金的基本相，从而对铁碳合金的组织和性能产生影响。

(1)铁素体

用符号F表示，是碳溶解于α-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格。铁素体中碳的溶解度极小，在727℃时溶解度最大，其值为0．0218%，随温度下降溶解度减小，室温时约为0．0008%。因此，铁素体的力学性能几乎和纯铁相同，强度和硬度很低，塑性和韧性良好。其抗拉强度σ_b=180～280MPa，屈服强度σ_s=100～170MPa，硬度约为80HBW，伸长率δ=30%～50%，冲击韧性好，冲击功值A_K为128～160J。

铁素体的金相显微组织呈明亮的多边形晶粒形态，有时由于晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差异，因而稍显明暗不同。工业纯铁中因含有微量(＜0．02%)的碳，因此在室温时其组织约为100%的铁素体。工业纯铁的显微组织如图4-2所示。

图4-2　工业纯铁的显微组织(500×)

(2)奥氏体

用符号A表示，是碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，呈面心立方晶格。奥氏体的溶碳能力较大，在1148℃时溶解度最大，其值为2．11%，随着温度的下降，溶解度减少，727℃时为0．77%。

奥氏体一般存在于727℃以上的高温范围，高温下奥氏体的显微组织也为多边形状晶粒，但晶界比较平直。奥氏体无铁磁性。

奥氏体的强度较低，硬度不高，为170～220HBW，塑性良好，δ=40%～50%。因此，在钢材轧制或锻造时，为使其易于变形，常加热至高温奥氏体状态。

(3)渗碳体

渗碳体是Fe与C形成的具有复杂结构的间隙化合物，碳含量为6．69%，用Fe₃C(或C_m)表示。渗碳体的熔点为1227℃，硬度高达950～1050HV，可以割划玻璃，但塑性和韧性极低，伸长率和冲击韧度近于零，脆性极大。

渗碳体是钢中重要的强化相，根据其生成条件不同可呈条状、网状、片状、粒状等形态。渗碳体的数量、形态和分布方式都会对铁碳合金的力学性能产生重要的影响。