含碳量对铁碳合金组织和性能的影响

5.3.3　含碳量对铁碳合金组织和性能的影响

1．含碳量对铁碳合金室温平衡组织的影响

铁碳合金在室温下只有铁素体和渗碳体两个相，随含碳量增加，渗碳体的量呈线性增加。但是从组织角度看，随含碳量增加，组织中渗碳体不仅数量增加，而且形态也在变化，由分布在铁素体基体内的片状（共析渗碳体）变为分布在奥氏体晶界上的网状（过共析钢中的二次渗碳体），最后形成莱氏体时，渗碳体已作为基体出现。

2．含碳量对力学性能的影响

如前所述，铁素体强度、硬度低，塑性好，而渗碳体则是硬而脆的相。亚共析钢随含碳量增加，珠光体量增加，由于珠光体的强化作用，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，当成分为0.77%C时,组织为100%的珠光体，钢的性能即珠光体的性能。当含碳量大于0.9%时，过共析钢中的二次渗碳体在奥氏体晶界上形成连续网状，因而强度下降，但硬度仍呈直线上升。含碳量大于2.11%，由于组织中出现以渗碳体为基的莱氏体，此时因合金太脆而使白口铸铁在工业上很少应用。含碳量对平衡状态下碳钢力学性能的影响如图5-29所示。

图5-29　含碳量对平衡状态下碳钢力学性能的影响

3．含碳量对工艺性能的影响

（1）切削加工性能

中碳钢的切削加工性能比较好，含碳量过低，不易断削，同时难于得到良好的加工表面；含碳量太高，硬度太大，对刀具磨损严重，也不利于切削。一般说来，钢的硬度为HB170～250时，切削加工性能最好。

（2）可锻性能

钢的可锻性与含碳量有直接关系，低碳钢的可锻性良好，随含碳量增加，可锻性逐渐变差。由于奥氏体塑性好，易于变形，热压力加工都加热到奥氏体相区进行，但始轧或始锻温度不能过高，以免产生过烧，而终轧或终锻温度又不能过低，以免产生裂纹。

（3）铸造性能

共晶成分附近的合金结晶温度低，流动性好，铸造性能最好。越远离共晶成分，液、固相线的间距越大，凝固过程中越容易形成树枝晶，阻碍后续液体充填，铸造性能变差，容易形成分散缩孔和偏析。

（4）焊接性能

钢的塑性越好，焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢易于焊接。

（5）热处理性能

对热处理性能来说，碳的影响更为明显，这将在后续章节详细介绍。