機械工程材料及應(yīng)用任務(wù)2

工程材料的基本理論2023/1/14課題1工程材料的力學(xué)性能之強度與硬度有一些材料，常常用來制作一些結(jié)構(gòu)件，如：橋梁、汽車車軸和飛機機翼等。對于這類結(jié)構(gòu)材料，人們會問：這種材料能承受多大載荷；在承載時會產(chǎn)生多大的變形。這就涉及材料的強度問題。人們還發(fā)現(xiàn)，象汽車彈簧這樣受到反復(fù)載荷的零件，會在長期使用后失效或斷裂。這是材料的疲勞現(xiàn)象。近年來分析了1912年發(fā)生的泰坦尼克號冰海沉船事件后證實，是鋼材的脆性斷裂導(dǎo)致她的迅速沉沒。因此，選材時我們十分關(guān)注材料的各種力學(xué)性能，如：強度、塑性、沖擊韌性和疲勞強度等。2023/1/142.工藝性能材料的性能1.使用性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能——加工時要求的性能鑄造性能鍛壓性能焊接性能切削性能——服役時要求的性能選用材料時，我們首先必須考慮材料的有關(guān)性能，使之與構(gòu)件的使用要求相匹配。材料的性能分為使用性能和工藝性能。2023/1/141.1應(yīng)明白的概念1.載荷工程上把作用于材料（物體）上的外力稱為載荷。根據(jù)載荷的性質(zhì)，分為：靜載荷動載荷沖擊載荷交變載荷2.材料的力學(xué)行為材料在載荷作用下或在載荷與環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)、加載速率）聯(lián)合作用下所表現(xiàn)出的行為。宏觀上一般表現(xiàn)為材料的變形（幾何形狀和尺寸的變化）與斷裂。變形彈性變形塑性變形斷裂力學(xué)行為2023/1/143.工程應(yīng)力材料發(fā)生形變時，其內(nèi)部粒子的相對位置也會發(fā)生變化，從而產(chǎn)生附加內(nèi)力抵抗載荷的作用，試圖恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。當達到平衡時，附加內(nèi)力與外加載荷大小相等，方向相反。材料單位面積上所受的附加內(nèi)力稱為應(yīng)力FFF=F’（MPa）F’Fσ=F’

/S2023/1/144.工程應(yīng)變表征材料受力時內(nèi)部各質(zhì)點的相對位移。對于各向同性材料，有三種基本的應(yīng)變類型，即：拉伸應(yīng)變ε剪切應(yīng)變τ壓縮應(yīng)變Δ5.材料的力學(xué)性能材料在外加載荷作用下或載荷與環(huán)境因素聯(lián)合作用下抵抗變形和斷裂的能力。工程上，機器零件（機件）的承載條件一般用各種力學(xué)參數(shù)（如應(yīng)力、斷裂韌度等）表示，所以把表征材料力學(xué)參數(shù)的臨界值或規(guī)定值稱為材料的力學(xué)性能指標或判據(jù)。材料力學(xué)性能指標具體數(shù)值的高低表示材料抵抗變形和斷裂能力的大小，是評定材料質(zhì)量的主要依據(jù)。2023/1/141.2強度指標1.彈性模量E在彈性變形范圍內(nèi)，材料在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。其應(yīng)力與應(yīng)變之間保持線性關(guān)系，即服從虎克(Hooke)定律。在彈性范圍2.剛度工程上，構(gòu)件（材料）抵抗彈性變形的能力即稱為剛度。即：材料在載荷作用下抵抗破壞的能力稱為強度。由拉伸試驗測得的強度指標有：2023/1/143.屈服極限（強度）σsσs=Fs/Ao（MPa），產(chǎn)生微量塑性變形（屈服）所承受的應(yīng)力。它是機械零件設(shè)計及選材的主要依據(jù)。屈服現(xiàn)象是材料產(chǎn)生宏觀塑性變形的標志4.條件屈服極σ0.2σ0.2=F0.2/Ao（MPa），（許用應(yīng)力）。當應(yīng)力在σe<σ<σs時，只產(chǎn)生微量的塑性變形；當應(yīng)力σ>σs時，材料將產(chǎn)生明顯的塑性變形。2023/1/145.比強度σb/ρ衡量材料輕質(zhì)高強性能的重要指標。6.屈強比σs/σb用以表征構(gòu)件服役時的安全可靠性，其比值越大，則構(gòu)件越安全可靠。4.抗拉強度（強度極限）σbσb=Fb/Ao(MPa)，材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。

抗拉強度的實際意義：對于塑性材料標志材料的實際承載能力，對于脆性材料則可作選材的依據(jù)。2023/1/141.3硬度指標

材料在載荷作用下抵抗局部塑性變形和破壞的能力稱為硬度。

一般金屬材料的硬度反映材料抵抗局部塑性形變的能力；而陶瓷、礦物等材料的硬度則主要反映材料抵抗破壞的能力。

最常用的硬度試驗是靜壓硬度試驗。它是在壓應(yīng)力作用下將一個硬的物體（壓頭）壓入被測材料的表面，根據(jù)壓痕的大小或深度來表征材料硬度的高低，如布氏硬度、洛氏硬度、表面洛氏硬度、維氏硬度等。2023/1/141.布氏硬度HB布氏硬度主要用于測定中等硬度的金屬材料。

布氏硬度是以單位壓痕面積上承受的平均應(yīng)力表示硬度值。根據(jù)壓頭材質(zhì)不同，布氏硬度分別用符號HBS（淬火鋼球）、HBW（硬質(zhì)合金球）表示。布氏硬度值的表示方法：數(shù)字1+硬度符號+數(shù)字2/數(shù)字3/數(shù)字4其中：數(shù)字1：硬度值硬度符號：HBS或HBW數(shù)字2：壓頭直徑，㎜數(shù)字3：載荷大小，kgf數(shù)字4：載荷保持時間，s

生產(chǎn)中布氏硬度常用于測定退火、正火或調(diào)質(zhì)后的鋼件，以及鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼的毛坯或半成品的硬度。2023/1/142.洛氏硬度HR

洛氏硬度是以壓痕深度來表示材料的硬度值，以0.002㎜作為一個洛氏硬度單位。洛氏硬度分為三個標尺，即A標（HRA）、B標（HRB）和C標（HRC），其測量范圍和應(yīng)用范圍各不相同。一般生產(chǎn)中以HRC應(yīng)用最多。

HRC是采用錐頂角為120°的金剛石圓錐作壓頭，主要用于測試淬硬鋼等硬度較高的材料。生產(chǎn)上由于洛氏硬度壓痕較小，因此可以用于較薄件和成品件的硬度測試。2023/1/14

根據(jù)壓頭形狀、材料及載荷大小的不同，布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度各適用于不同材料的硬度測試。見下表。2023/1/14課題2工程材料的力學(xué)性能之疲勞強度機件在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生宏觀裂紋或斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞斷裂(疲勞)。1.特征——“潛藏”的破壞形式。斷裂時無明顯的宏觀塑性變形，即斷裂前沒有明顯的預(yù)兆，而是突然地破壞。

——交變應(yīng)力作用。斷裂時，交變應(yīng)力的幅值遠低于材料的屈服強度?！獢嗫谇宄@示裂紋萌生、裂紋擴展、最后斷裂三個組成部分。應(yīng)力集中處，常常是疲勞破壞的起源。只有交變應(yīng)力作用下，疲勞才會發(fā)生2023/1/14工程上，各種機件、結(jié)構(gòu)發(fā)生的疲勞斷裂破壞，占全部力學(xué)破壞的50%～90%，是最常見的失效形式。2.交變應(yīng)力(cyclicstress)的描述常用導(dǎo)出量：平均應(yīng)力Sm=(Smax+Smin)/2應(yīng)力幅Sa=(Smax-Smin)/2

描述交變應(yīng)力水平的基本量Smax，SminSSmax0SminN應(yīng)力比（循環(huán)特性參數(shù)）R=Smin/Smax2023/1/140SNR=-1對稱循環(huán)Smax=-Smin0SNR=1靜載Smax=Smin0SNR=0脈沖循環(huán)Smin=0其中，應(yīng)力比R反映了載荷的循環(huán)特性。如主要控制參量：Sa，重要影響參量：R2023/1/143.疲勞壽命的估算應(yīng)力-壽命法即S-N法應(yīng)用于零件受很低的應(yīng)力幅或應(yīng)變幅，而發(fā)生疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)周次很高（大于105），即要求零件有無限壽命或壽命很長，因而零件主要發(fā)生的是彈性變形。一般的機械零件如傳動軸、汽車彈簧、齒輪等都屬于此種類型。2023/1/144.S-N曲線與疲勞極限應(yīng)力水平（S）用R和Sa描述。壽命（N）為至斷裂的循環(huán)次數(shù)。試驗時，選擇一組標準試件，施加不同的Sa，即可得S-N曲線。如圖。疲勞極限Sf當循環(huán)次數(shù)N

趨于無窮大時所對應(yīng)的應(yīng)力的極限值即稱疲勞極限Sf。特別地，對稱循環(huán)條件下的疲勞極限Sf(R=-1)，簡記為S-1.S103104105106107Nf“無窮大”被定義為：鋼材，107次循環(huán)焊接件，2×106次循環(huán)有色金屬，108次循環(huán)。當R=-1，Sa=Smax的對稱循環(huán)條件下得到的S-N曲線為基本S-N曲線滿足S＜Sf的設(shè)計，即為無限壽命設(shè)計2023/1/14幾種材料的S-N曲線2023/1/145.條件疲勞極限SN

某些材料如尼龍、鋁、銅以及其它面心立方結(jié)構(gòu)的材料，不存在明顯的疲勞極限，它們的S-N曲線持續(xù)向下傾斜，因此將對應(yīng)于循環(huán)次數(shù)N為107時的應(yīng)力幅值定義為這種材料的條件疲勞極限SN（疲勞強度）。疲勞極限與其它力學(xué)性能（強度）的關(guān)系S103104105106107NfSNN2023/1/146.疲勞缺口敏感性機械零件常常帶有臺階、圓角、鍵槽等，不可避免地存在應(yīng)力集中，從而降低零件的疲勞壽命。為此，必須考慮缺口對材料疲勞強度的影響，這種影響通常用疲勞缺口敏感性（q）來表示。Kt——理論應(yīng)力集中系數(shù)Kf——有效應(yīng)力集中系數(shù)2023/1/14通常，0<q<1當q→0時，Kf→1，即σ-1N

→

σ-1，表示缺口不降低疲勞極限，即對缺口不敏感。當q→1時，Kt=

Kf，表示缺口嚴重降低疲勞極限，即對缺口很敏感。顯然，工程中總是希望材料的q值越小越好2023/1/14課題3工程材料的力學(xué)性能之塑性與韌性材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。評定材料塑性的指標是斷后伸長率δ和斷面收縮率ψ。1.斷后伸長率（延伸率）δ

δ=(l1-l0)/l0×100%2.斷面收縮率ψ

ψ=(A0-A1)/A0×100%斷面收縮率不受尺寸的影響，能確切反映材料的塑性。3.1塑性指標

塑性直接影響到零件的成型及使用。塑性好的材料，不僅能順利地進行軋制、鍛壓等成型加工；并能避免服役時產(chǎn)生突然斷裂。所以機械零件除了要求較高的強度，還必須具有一定的塑性。

一般情況，伸長率達5％或斷面收縮率達10％的材料，即可滿足大多數(shù)零件的使用要求2023/1/143.1韌性指標

材料的韌性是材料在載荷作用下變形至斷裂所吸收的能量，韌性越好，發(fā)生脆性斷裂的可能性越小。根據(jù)載荷不同有沖擊韌性和斷裂韌性。1.沖擊韌性Ak（沖擊吸收功）反映金屬材料對外來沖擊載荷的抵抗能力。2.斷裂韌性KIC

材料阻止宏觀裂紋失穩(wěn)擴展能力的度量，也是材料抵抗脆性破壞的參數(shù)。3.韌脆轉(zhuǎn)化溫度缺口沖擊韌性試驗可以用來評定材料的冷脆傾向。

材料因溫度降低導(dǎo)致沖擊韌性急劇下降并引起脆性破壞的現(xiàn)象稱為冷脆。

工程上總是希望能確定材料的冷脆轉(zhuǎn)化溫度，在此溫度以上只要名義應(yīng)力還處于彈性范圍，材料就不會發(fā)生脆性破壞。2023/1/14課題4材料的組織與結(jié)構(gòu)本課題重點（1）三種結(jié)合鍵（2）三種典型的晶體結(jié)構(gòu)及其基本特性（3）晶體缺陷及其對性能的影響（4）合金的結(jié)構(gòu)及性能本課題難點晶向指數(shù)和晶面指數(shù)2023/1/14在外界條件確定的情況下，材料的性能取決于材料內(nèi)部的構(gòu)造（結(jié)構(gòu)）。這種構(gòu)造（結(jié)構(gòu)）便是組成材料的原子種類和所占分量（成分）以及它們的排列方式和空間分布。了解材料的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶規(guī)律，對控制材料的性能、正確選用材料、開發(fā)新材料有重要指導(dǎo)意義。

材料的結(jié)構(gòu)是指組成材料的粒子（分子、原子或離子）的空間組合、分布與排列情況。4.1晶體基礎(chǔ)知識2023/1/14我們可以從三個方面來描述材料的結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)原子排列空間結(jié)構(gòu)顯微組織4.1.1原子的結(jié)合方式知識回顧——原子間的結(jié)合鍵（鍵合方式）結(jié)合鍵的四種類型離子鍵共價鍵金屬鍵分子鍵2023/1/14不同結(jié)合鍵的比較

材料的鍵合類型不同，則其性能不同。結(jié)合鍵的特性見下表。2023/1/14

以四種鍵為頂點作一個四面體，把材料的結(jié)合鍵范圍示意地表示在這個四面體上，圖示為具體材料的結(jié)合鍵類型。工程材料的鍵性2023/1/144.1.2晶體基本概念固體金屬、非金屬晶體、非晶體晶體和非晶體的相互轉(zhuǎn)化（加熱和冷卻）晶體的抽象(晶格、晶胞、晶向、晶格常數(shù))晶面與晶向2023/1/14原子（離子）的剛球模型原子中心位置晶體結(jié)構(gòu)原子堆垛為便于表述晶體內(nèi)原子的排列規(guī)律，我們把原子看成剛性小球，金屬晶體就由這些剛性小球堆垛而成。晶格把原子看成一個點，然后用假想的線連結(jié)這些點，這樣便構(gòu)成了一個有規(guī)律的空間格架即為晶格2023/1/14晶胞晶格中能完全反映晶格特征的最小幾何單元。晶胞描述晶胞的參數(shù)晶格常數(shù)a、b、c，α、β、γ——晶胞各邊的尺寸和夾角原子半徑——晶胞中原子密度最大方向上，相鄰原子間距的一半表示晶胞原子數(shù)——一個晶胞內(nèi)所包含的原子個數(shù)配位數(shù)——晶格中與某一原子最緊鄰的、等距的原子個數(shù)致密度——晶胞中原子所占的體積XYZabc2023/1/144.2三種典型的晶體結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu)2023/1/14

三種常見金屬晶格的常用數(shù)據(jù)2023/1/14晶面與晶向晶面金屬晶體中，由一系列原子構(gòu)成的平面。晶面族2023/1/14晶向通過兩個或兩個以上原子中心的直線，代表晶格空間的一定方向。在同一晶格中的不同晶面晶向上，原子排列的緊密程度不同，原子間結(jié)合力不同，從而在不同的晶面和晶向上顯示出不同的性能，這是晶體各向異性的原因。立方晶格中的幾個晶向2023/1/14晶向族2023/1/14單晶體的各向異性鐵的單晶體及其各方向上彈性模量（E）示意圖即同一晶體中不同方位的晶面和晶向其性能不同2023/1/144.3晶體缺陷晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型點缺陷線缺陷面缺陷三維方向上的尺寸都很小，相當于原子大小的級別，又稱零維缺陷。僅一維方向上的尺寸較大，而另外二維方向上的尺寸都很小，故也稱一維缺陷。僅二維方向上的尺寸較大，而另外一維方向上的尺寸很小，故也稱二維缺陷。2023/1/14點缺陷置換原子間隙原子一般情形下，點缺陷主要影響晶體的物理性質(zhì)，如比容、比熱容、電阻率、擴散系數(shù)、介電常數(shù)等。晶格空位晶格畸變由于空位或間隙原子（置換原子）使其周圍的原子偏離了平衡位置，造成晶格局部出現(xiàn)歪扭。小間隙原子小置換原子大置換原子原子尺寸接近的置換原子2023/1/14線缺陷——位錯

晶體中某一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排。當晶體受載荷作用時，位錯能沿某些晶面移動——導(dǎo)致金屬變形；位錯間的相互作用，會使位錯運動阻力增大，金屬強度提高2023/1/14面缺陷——界面表面

材料的表面是最顯而易見的面缺陷。在垂直于表面方向上，平衡對稱性被破壞。由于材料都是通過表面與環(huán)境及其它材料發(fā)生相互作用，所以表面對材料的物理化學(xué)性能有重要的影響。常見的氧化、腐蝕、磨損等都與表面狀態(tài)有關(guān)。

晶界屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界，晶粒之間的位向差為30o～40o亞晶界每個晶粒有時又由若干個位向稍有差異的亞晶粒所組成，相鄰亞晶粒間的界面稱為亞晶界，晶粒內(nèi)的位向差為1o～2o。晶粒的平均直徑通常在0.015～0.25mm范圍內(nèi)，而亞晶粒的平均直徑則通常為0.001mm的范圍內(nèi)。2023/1/14體缺陷原子偏離周期排列的三維缺陷，一般指材料中的空洞、夾雜物等。體缺陷對材料性能的影響，一方面與它的幾何尺寸大小有關(guān)；另一方面與其數(shù)量、分布有關(guān)，它們的存在常常是有害的。

2023/1/144.4合金的晶體結(jié)構(gòu)合金合金系組元相組織兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)冶煉、燒結(jié)或其他方法熔合成具有金屬特性的材料。組成合金的基本單元。組元可以是純元素（金屬和非金屬），也可以是化合物。由相同組元構(gòu)成一系列成分不同的合金。二元系，三元系，多元系。金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同、與其它部分有界面分開的均勻組成部分，稱為相。合金中可以只有一個相（單相合金），或多相合金。借助放大鏡或顯微鏡看到的某種圖像。這種圖像由相的種類、數(shù)量、形態(tài)、大小、分布綜合構(gòu)成。當其中之一改變時，則圖像不同，即形成了不同的組織。組織不同，合金的力學(xué)性能不同。2023/1/14不同冷卻條件下鋁鑄錠的宏觀組織1×2023/1/14純鐵的金相組織100×透射電鏡下的馬氏體組織10000×2023/1/14

相是構(gòu)成組織的基本組成部分

。同樣的組成相，當它們的形態(tài)、大小、分布等不同時，則出現(xiàn)了不同的組織。

圖為同一種鋼，經(jīng)不同的熱工藝處理后的組織。組織中的相組成相同，圖是白色的相是鐵素體，黑色的相是滲碳體。粒（球）狀珠光體片狀珠光體2023/1/14

相是組成材料、影響材料性能的微觀結(jié)構(gòu)單元，我們有必要了解合金中相的類型和結(jié)構(gòu)。相的種類很多，不同的相具有不同的結(jié)構(gòu)特征，因此，根據(jù)相的結(jié)構(gòu)特點（相結(jié)構(gòu)）將相為二類——固溶體、化合物。固溶體結(jié)構(gòu)特征固態(tài)下，組元間以溶解的方式形成成分和性能均勻、結(jié)構(gòu)與某一組元相同的固相——固溶體。與固溶體結(jié)構(gòu)相同的組元為溶劑，另一組元則為溶質(zhì)。

幾乎所有的金屬在固態(tài)都能或多或少地溶解其他元素而成為固溶體。分類性能特點2023/1/14固溶體的兩種類型（置換和間隙）2023/1/14短程有序有序固溶體長程有序偏聚2023/1/14金屬化合物（中間相）

組元間相互作用，當超過固溶體的固溶極限時，則可能形成新相，此新相的晶格結(jié)構(gòu)和特性與任一組元完全不同，即金屬化合物。由于金屬化合物總是位于兩組元或邊際固溶體之間，故又稱中間相。結(jié)構(gòu)特征新的晶體結(jié)構(gòu)類型可用化學(xué)式表示，原子的鍵合以金屬鍵為主，伴有離子鍵、共價鍵和分子鍵成分確定或在一定范圍變化硬而脆分類正常價化合物電子化合物尺寸因素化合物性能特點2023/1/1414一月2023

金屬間化合物由于原子鍵合和晶體結(jié)構(gòu)的多樣性，使其具有許多特殊的物理、化學(xué)性能，日益受到人們的重視，不少金屬間化合物作為新的功能材料和耐熱材料正在被開發(fā)應(yīng)用。如：1.超導(dǎo)材料。2.半導(dǎo)體材料。3.磁性材料。4.貯氫材料。5.特殊耐熱材料。6.特殊耐蝕材料。7.形狀記憶合金、超彈性和消震性的金屬間化合物等2023/1/14課題5鐵碳合金重點及難點鐵碳合金中的組元、基本相與組織鋼的成分與類別成分對鐵碳合金性能的影響2023/1/14

鐵碳合金是鋼和鐵的總稱，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的合金。

鐵碳合金是以鐵為基本元素，以碳為主加元素構(gòu)成的合金系。

液態(tài)時，鐵和碳可以無限互溶。

固態(tài)下，當碳溶于鐵中則形成固溶體。當碳的質(zhì)量分數(shù)超過其在鐵中的最大溶解度時，則出現(xiàn)金屬化合物。因此，鐵碳合金中的基本相結(jié)構(gòu)兩種——固溶體、金屬化合物。2023/1/145.1鐵碳合金中的組元組元之——純鐵純鐵的熔點1538℃，固態(tài)下具有同素異晶轉(zhuǎn)變（多晶性）。912℃以下為體心立方(BCC)晶體結(jié)構(gòu)，912℃到1394℃之間為面心立方(FCC)晶體結(jié)構(gòu),1394℃到熔點之間為體心立方晶體結(jié)構(gòu)。圖為工業(yè)純鐵的顯微組織。2023/1/14同素異晶轉(zhuǎn)變大部分金屬只有一種晶體結(jié)構(gòu)，但有些元素（如Fe、Mn、Ti、Sn、Co等金屬）在不同的溫度和壓力下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，當外界條件（主要是溫度和壓力）發(fā)生變化時，會由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)，稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。當晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變時，金屬的性能（如密度、強度、塑性、導(dǎo)電性、磁性等）也將發(fā)生突變。鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變在熱處理中有非常重大的意義2023/1/14體心立方

面心立方

體心立方1394℃912℃純鐵固態(tài)下不同溫度范圍存在三種晶體結(jié)構(gòu)，即：室溫~912℃體心立方（b.c.c）稱α-Fe912℃~1394℃面心立方（f.c.c）稱γ-Fe1394℃~熔點體心立方（b.c.c）稱δ-Fe2023/1/14σb=176～274MPσ0.2=98～166MPδ=30～50%ψ=70～80%HB=50～80HBSAk=128～160J純鐵的力學(xué)性能2023/1/14鐵的固溶體鐵素體奧氏體碳溶解于α-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用F表示。鐵素體呈α-Fe的體心立方晶格結(jié)構(gòu)類型，其溶碳能力很小，常溫下僅能溶解0.0008％，727℃時最大，為0.0218％。

鐵素體的性能與純鐵相似，塑性、韌性很好，伸長率δ為45％～50％。強度、硬度較低，σb約250MPa，80HBS。碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號A表示。奧氏體呈γ-Fe的面心立方晶格結(jié)構(gòu)類型。其溶碳能力較大，在727℃時為0.77％，1148℃最大2.11％。

奧氏體高于727℃才能穩(wěn)定存在。奧氏體硬度較低，170~220HBS，塑性好，δ為40%~50%。2023/1/14組元之——滲碳體當碳的質(zhì)量分數(shù)超過了鐵的最大溶解度后，碳與鐵的相互作用即形成中間相——碳化物。鐵和碳可以形成的一系列化合物，即Fe3C、Fe2C、FeC等。FeFe3CFe2CFeCCC,%6.69%9.70%17.7%脆性大，無實用意義2023/1/14

滲碳體是鐵和碳形成的金屬化合物，其化學(xué)式Fe3C，碳的質(zhì)量分數(shù)6.69%，熔點1227℃，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。滲碳體硬度極高，800HV，塑性幾乎為0，強度σb30MPa，是鐵碳合金中的強化相。滲碳體加熱易分解，得到石墨。鐵碳合金中有幾種不同形態(tài)的滲碳體，其數(shù)量、形態(tài)與分布對鐵碳合金的性能有直接影響。2023/1/145.2鐵碳合金中的基本相

鐵素體、奧氏體、滲碳體就是鐵碳合金中的基本組成相。其中奧氏體相僅在727℃以上溫度范圍內(nèi)存在。室溫時，只有鐵素體與滲碳體兩個相。當鐵素體、滲碳體的數(shù)量、形態(tài)（特別是滲碳體的形態(tài)）、尺寸及分布變化時，鐵碳合金的組織則不同，即顯示不同的性能。2023/1/145.3鐵碳合金的基本組織珠光體（P）鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。碳的平均質(zhì)量分數(shù)0.77%，在727℃以下溫度范圍內(nèi)存在。性能：強度σb750MPa，硬度160～180HBS（較高），塑性δ20～25%，ψ=30～40%（適中）。隨著碳質(zhì)量分數(shù)的變化，珠光體中的鐵素體、滲碳體的相對量也隨之變化，鐵素體越多，則珠光體的強度、硬度越低而塑性、韌性越好；反之，滲碳體越多，則珠光體的強度、硬度越高而塑性、韌性越低。顯微鏡觀察。珠光體呈層片狀特征，表面具有珍珠光澤，因此得名。圖為T8鋼的退火組織。2023/1/14萊氏體（Ld）奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。由于奧氏體在727℃時轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室溫下萊氏體是由珠光體和滲碳體組成的機械混合物，稱低溫萊氏體（Ld′）。

萊氏體硬度很高，脆性大，塑性很差。

圖為共晶白口鑄鐵的鑄造組織。其中珠光體呈橢圓狀分布在滲碳體的基體上。因其含滲碳體較多，故性能與滲碳體相近。2023/1/14工業(yè)純鐵(Wc<0.0218%)鋼(Wc：0.0218%～2.11%)亞共析鋼(Wc：0.0218%～0.77%)共析鋼(W