項目二金屬材料組織結(jié)構(gòu)的認知任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知常溫下，固態(tài)的金屬大多數(shù)是晶體結(jié)構(gòu)，不同的金屬材料具有不同的力學性能，不同的力學性能取決于金屬材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，而內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是由金屬材料的化學成分組成和加工工藝所決定。因此，研究金屬材料首先就應從晶體結(jié)構(gòu)開始，了解金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)對金屬性能的影響，做到合理選擇和加工金屬材料。一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶（一）晶體的基本概念１.晶體與非晶體自然界固態(tài)物質(zhì)按組成質(zhì)點（原子、分子和離子）的空間排列位置，可分為晶體和非晶體兩大類。下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知在物質(zhì)內(nèi)部，凡是原子（分子或離子）按一定秩序有規(guī)則排列的物質(zhì)稱為晶體，如固態(tài)的金屬、金剛石、合金等。晶體具有固定的熔點和各向異性的特征。原子（分子或離子）呈無序堆積狀況排列的物質(zhì)稱為非晶體，如玻璃、松香、石蠟等。非晶體沒有固定的熔點，且各向同性。自然界中絕大多數(shù)的固體是晶體，由于各原子間的相互吸引力與排斥力相平衡，使晶體具有規(guī)則的、規(guī)律性原子排列形式。有時能見到某些物質(zhì)的外形也具有規(guī)則的輪廓，如水晶、食鹽及黃鐵礦等，而金屬晶體一般看不到這樣規(guī)則的外形。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知２.晶格、晶胞、晶格常數(shù)不同的晶體，其內(nèi)部的原子可按不同方式規(guī)則地排列。通常把晶體中原子規(guī)則排列的方式稱為晶體結(jié)構(gòu)。圖２.２所示為簡單的金屬晶體的結(jié)構(gòu)示意。為形象地描述各種晶體中的原子排列規(guī)律，可將晶體中的原子看成一個個小圓球，如圖２.２（ａ）所示。通過原子中心用一些假想直線把它們連接起來，并將每個原子視為一個質(zhì)點，這樣就構(gòu)成了有明顯規(guī)律性的空間格子，如圖２.２（ｂ）所示。這種構(gòu)成有明顯規(guī)律性的空間格架，稱為晶格。空間格架中各連線的交點稱為“結(jié)點”，結(jié)點上的小圓圈（或質(zhì)點）表示原子的中心。如圖２.２（ｃ）所示，在晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元進行分析，便能確定原子排列的規(guī)律，這個最小幾何單元稱為晶胞。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知晶胞的幾何特征可用晶格常數(shù)來表示，即晶胞的三條棱邊長度ａ、ｂ、ｃ和三條棱邊之間的夾α、β、γ六個參數(shù)來表示。當晶格常數(shù)ａ＝ｂ＝ｃ，晶軸間夾角α＝β＝γ＝９０°時，稱這種晶胞為立方體晶胞。具有立方體晶胞的晶格稱為立方晶格。立方晶格只需要用一個晶格常數(shù)（ａ）就可以表示晶胞的大小和形狀。（二）三種常見的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶格類型很多，但絕大多數(shù)金屬屬于體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三種典型的晶體結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知（三）金屬晶體結(jié)構(gòu)缺陷工程上實際使用的金屬材料一般是多晶體結(jié)構(gòu)。絕大部分并非是理想的單晶體材料，而是由大量外形不規(guī)則的小晶體即晶粒組成的。這些金屬材料在相同條件下具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，但晶體晶格的位向是不同的。只有通過專門的加工，才能獲得晶格的位向完全一致的晶體，即單晶體。由于受到各種因素的影響，使得實際金屬原有規(guī)律的原子排列方式受到干擾，這種原子排列不規(guī)則的部位和區(qū)域稱為金屬的晶體缺陷。晶體缺陷根據(jù)幾何特征，分為點缺陷、線缺陷和面缺陷三類。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知二、合金的基本概念和基本結(jié)構(gòu)（一）合金的基本概念由于純金屬的力學性能較低而成本較高，為此應用受到限制。而合金可以按不同需要配制成力學性能和物理、化學性能不同的材料，因而得到廣泛的應用。常用的合金材料有碳素鋼、鑄鐵、合金鋼、青銅等１.合金合金是由兩種或兩種以上的金屬元素（或金屬元素與非金屬元素），通過熔煉或其他方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。如普通黃銅是由銅和鋅（均為金屬元素）兩種元素組成的合金；碳鋼和鑄鐵則是由鐵和碳（金屬元素與非金屬元素）兩種元素組成的合金。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知２.組元組成合金最基本的、能獨立存在的物質(zhì)稱為組元，簡稱“元”。在大多數(shù)情況下，組元是合金的組成元素或是某些穩(wěn)定的化合物。由二個組元組成的合金稱為二元合金，三個組元組成的合金稱為三元合金，依次類推。如黃銅是由二個組元即銅和鋅元素組成的二元合金。３.合金系由兩個或兩個以上給定的組元，按不同比例配制出一系列成分不同、性能不同的系列合金，這一系列合金構(gòu)成了一個合金系統(tǒng)，簡稱為合金系，如鑄造鋁合金中的鋁硅系、鋁鎂系等。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知４.相在金屬或合金中，凡化學成分、晶體結(jié)構(gòu)相同并與其他部分有明顯界面分開的均勻組成部分稱為相。例如，均勻的液態(tài)合金是一個相，稱之為液相；結(jié)晶后的純金屬也是一個相，稱之為固相；而正在結(jié)晶的純金屬，則是液相和固相同時存在，稱為兩相共存。固態(tài)下的合金，其結(jié)構(gòu)要比純金屬復雜得多，它們可以是單相的，也可以是多相的。若合金是由化學成分、晶體結(jié)構(gòu)都相同的同一種晶粒構(gòu)成，則屬于單相組成的合金；若合金是由化學成分、晶體結(jié)構(gòu)互不相同的幾種晶粒構(gòu)成，則它們屬于不同的幾種相組成的合金。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知５.組織金屬及其合金的內(nèi)部微觀形貌特征稱為“顯微組織”。通常借助金相顯微鏡、電子顯微鏡觀測金屬及其合金的內(nèi)部微觀形貌并進行觀察和分析，以了解其內(nèi)部組成相的大小、方向、形態(tài)、分布和相對數(shù)量等組成關系的構(gòu)造情況，從而進一步了解材料的性能及其變化規(guī)律。（二）固態(tài)合金的基本結(jié)構(gòu)當合金由液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)時，由于組成合金的各組元之間相互作用（溶解、化合或混合）不同，在固態(tài)合金中可能出現(xiàn)固溶體、金屬化合物和機械混合物三種基本結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知三、純金屬的結(jié)晶大多數(shù)金屬制品都是經(jīng)過熔化、澆注、凝固而成。金屬材料由液態(tài)變成固態(tài)的凝固（結(jié)晶）過程，是原子由不規(guī)則排列的液態(tài)逐步過渡到原子規(guī)則排列的固態(tài)的過程。由于金屬材料的各種性能取決于結(jié)晶所形成的組織，因此了解金屬結(jié)晶的過程及規(guī)律，有利于控制晶體材料內(nèi)部組織和性能。（一）純金屬的冷卻曲線及過冷度純金屬的結(jié)晶過程通常采用熱分析法進行研究。先將純金屬加熱并熔化成液體，然后緩慢地冷卻下來。在冷卻過程中，每隔一定的時間測量一次溫度，將記錄下來的數(shù)據(jù)描繪在溫度－時間坐標圖中，便可獲得純金屬的冷卻曲線，如圖２.７（ａ）所示。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知由冷卻曲線可見，液態(tài)金屬隨著時間的推移，由于熱量不斷向外散失，溫度隨之不斷下降。當冷卻至ａ點時，液態(tài)金屬開始形核。在核長大的過程中，由于不斷釋放出結(jié)晶的潛熱，以此補償散失在空氣中的熱量，使結(jié)晶過程中的溫度不會隨著時間的延長而下降，直至ｂ點結(jié)晶結(jié)束后，溫度才繼續(xù)下降。ａ—ｂ兩點間的水平線段稱為結(jié)晶階段，所對應的溫度是純金屬的結(jié)晶溫度。理論上金屬結(jié)晶溫度（凝固點）與熔化溫度二者應是同一溫度，即金屬的理論結(jié)晶溫度（Ｔ０）。實際上，液態(tài)金屬總是冷卻到理論結(jié)晶溫度（Ｔ０）以下才開始形核結(jié)晶，如圖２.６（ｂ）所示。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知實際結(jié)晶溫度（Ｔ１）低于理論結(jié)晶溫度（Ｔ０）的現(xiàn)象稱為“過冷現(xiàn)象”，理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度之差，稱為過冷度（ΔＴ＝Ｔ０－Ｔ１）。金屬結(jié)晶時過冷度并不是一個恒定值，過冷度的大小與冷卻速度、金屬的性質(zhì)及純度有關。冷卻速度越快，過冷度就越大，金屬的實際結(jié)晶溫度就越低，結(jié)晶過程越滯后。在實際生產(chǎn)中，金屬都是在過冷條件下結(jié)晶，以過冷是金屬結(jié)晶的必要條件。（二）純金屬的結(jié)晶過程在過冷的條件下，金屬液冷卻到結(jié)晶溫度時，首先從液體中形成一些微小而穩(wěn)定的固體質(zhì)點，這些固體質(zhì)點稱為晶核。隨著時間的推移，晶核不斷長大的同時陸續(xù)有很多新的晶核形成、長大直至它們互相接觸，金屬液全部凝固為止。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知最后形成了許多互相接觸、外形不規(guī)則而內(nèi)部原子排列規(guī)則的晶體，這些晶體稱為晶粒。因此，純金屬的結(jié)晶過程是形核及晶核長大的過程，如圖２.８所示。金屬結(jié)晶時晶核先后形成、在不同時間內(nèi)長大，所形成的晶粒大小、形狀和位向各不相同。晶粒之間最后形成過渡的界面，稱為晶界。晶粒的位向都相同的晶體稱為單晶體，單晶體的性能是“各向異性”的。若結(jié)晶后晶體由許多晶粒組成，則稱為多晶體。多晶體內(nèi)各晶粒的位向互不相同，自身的“各向異性”彼此抵消，顯示出“各向同性”。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知（三）晶粒大小對力學性能的影響金屬的力學性能與晶粒大小有關。在室溫下，金屬的晶粒越細小，強度和韌度越高。因此，有效地控制金屬結(jié)晶時晶粒的長大，就可以提高金屬的力學性能。由金屬結(jié)晶過程可知，金屬晶粒大小取決于結(jié)晶時的形核率Ｎ（單位時間、單位體積內(nèi)所形成的晶核數(shù)目）與晶核的長大速度Ｖ。形核率Ｎ越大，結(jié)晶后的晶粒越多，晶粒也越細小。因此，控制結(jié)晶時的形核率Ｎ是細化晶粒的根本途徑。常用的細化晶粒方法是以下幾點：①提高過冷度，加快金屬液的冷卻速度。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知因為形核率（Ｎ）和核長大速度（Ｖ）都隨過冷度（ΔＴ）增大而增大，但在很大的范圍內(nèi)形核率（Ｎ）比晶核長大速度（Ｖ）增長更快，因此，對于中、小型鑄件，可以通過增加過冷度使晶粒細化，如降低澆注溫度、采用水冷鑄型等。②變質(zhì)處理。液態(tài)金屬在結(jié)晶前，往金屬液中加入一定量的細小的形核劑（變質(zhì)劑或孕育劑）作為人工晶核，使形核率明顯提高的方法稱為變質(zhì)處理。如鋼中加入鈦、硼、鋁等形核劑，鑄鐵中加入硅鐵、硅鈣等形核劑，都能起到細化晶粒的作用。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知③振動處理。在金屬結(jié)晶過程中，采取對金屬液加以機械振動、超聲波振動和電磁振動等措施，可以破碎正在長大的枝晶，得到更多的結(jié)晶核心，以此達到細化晶粒的目的。四、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變有些金屬在結(jié)晶成固態(tài)后繼續(xù)冷卻時，隨著溫度的變化晶格形式還會發(fā)生變化，在固態(tài)下存在兩種以上的晶格形式。上一頁下一頁返回任務２－１金屬材料晶體結(jié)構(gòu)的認知金屬在固態(tài)下隨著溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬有鐵、鈷、鈦、錫、錳等。以不同晶格形式存在的同一金屬元素的晶體，稱為該金屬的同素異晶體，如圖２.９所示。上一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用鐵和碳的合金稱為鐵碳合金，如鋼和鑄鐵都是鐵碳合金。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金組織與成分、溫度關系的重要圖形，了解和掌握鐵碳合金相圖對制定鋼鐵的各種加工工藝都有著重要的作用。一、鐵碳合金的基本知識一般來講，鐵從來不會是純的，其中總會有雜質(zhì)。工業(yè)純鐵中常含有０.１％～０.２％的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)由碳、硅、錳、硫、磷、氮、氧等十幾種元素所構(gòu)成，其中碳占０.００６％～０.０２％。工業(yè)上得到廣泛應用的是鐵和碳所組成的合金，鐵碳合金中最基本的相是鐵素體、奧氏體和滲碳體，另外還有珠光體、萊氏體。下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用二、鐵碳合金相圖１.簡化的鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖是表示在極緩慢冷卻（或加熱）條件下，不同成分的鐵碳合金在不同的溫度下所具有的組織或狀態(tài)的一種圖形。當碳含量超過溶解度以后，剩余的碳在鐵碳合金中可能有兩種存在方式：滲碳體Ｆｅ３Ｃ或石墨。碳含量高于６.６９％的鐵碳合金脆性極大，沒有使用價值，所以我們只研究含碳量小于６.６９％的部分。含碳量等于６.６９％對應的正好全部是滲碳體，把它看作一個組元，實際上我們研究的鐵碳合金相圖是Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相圖。為了便于研究分析，將其簡化，便得到了簡化的Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相圖，如圖２.１０所示。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用２.Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相圖分析Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相圖中各特性點的溫度、成分及其含義如表２.２所示。３.主要特性線①ＡＣ線：液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始線，即Ｌ→Ａ。②ＣＤ線：液體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開始線，結(jié)晶出一次滲碳體，用Ｆｅ３ＣⅠ表示，即Ｌ→Ｆｅ３ＣⅠ。ＡＣＤ線統(tǒng)稱為液相線，在此線之上合金全部處于液相狀態(tài)，用符號Ｌ表示。③ＡＥ線：液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用④ＥＣＦ水平線：共晶線。ＡＥＣＦ線統(tǒng)稱為固相線，液體合金冷卻至此線全部結(jié)晶為固體，此線以下為固相區(qū)。⑤ＥＳ線：又稱Ａｃｍ線，是碳在奧氏體中的溶解度曲線，即Ｌ→Ｆｅ３ＣⅡ。⑥ＧＳ線：又稱Ａ３線。碳含量小于０.７７％的鐵碳合金冷卻到此線時，將從奧氏體中析出鐵素體。⑦ＧＰ線：奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線。⑧ＰＳＫ水平線：共析線（７２７℃），又稱Ａ１線。在這條線上固態(tài)奧氏體將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變Ａ０.７７％→Ｐ（Ｆ０.０２１８％＋Ｆｅ３Ｃ）而形成珠光體組織。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用所謂共析反應，即自某種均勻一致的固相中同時析出兩種化學成分和晶格結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的轉(zhuǎn)變過程。⑨ＰＱ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線。鐵素體從７２３℃冷卻下來時將會析出滲碳體，稱為三次滲碳體，用符號Ｆｅ３ＣⅢ表示。４.鐵碳合金分類如果用“組織”來描述Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相圖的話，鐵碳合金按其含碳量和組織的不同，分成下列三類：①工業(yè)純鐵（ｗＣ＜０.０２１８％）；②鋼（ｗＣ＝０.０２１８～２.１１％）；包括亞共析鋼（ｗＣ＜０.７７％）、共析鋼（ｗＣ＝０.７７％）和過共析鋼（ｗＣ＞０.７７％）；上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用③白口鑄鐵（ｗＣ＝２.１１％～６.６９％）；包括亞共晶白口鑄鐵（ｗＣ＜４.３％）、共晶白口鑄鐵（ｗＣ＝４.３％）和過共晶白口鑄鐵（ｗＣ＞４.３％）。三、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析１.共析鋼如圖２.１１所示，過ｗＣ＝０.７７％的點作一條垂直于橫軸的垂線Ｉ，與相圖分別交于１、２、３點，以這三點的溫度為界分析其冷卻過程，其結(jié)晶過程如圖２.１２所示。當金屬液冷卻到和ＡＣ線相交的１點時，開始從液相（Ｌ）中結(jié)晶出奧氏體（Ａ），到２點時金屬液相全部結(jié)晶為奧氏體；上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用在２點到３點間，組織不發(fā)生變化，為單一奧氏體；當合金冷卻到３點（７２７℃）時，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，析出鐵素體和滲碳體，即珠光體，其共析轉(zhuǎn)變式為Ａ０.７７％→Ｐ（Ｆ０.０２１８％＋Ｆｅ３Ｃ）溫度繼續(xù)下降至室溫，珠光體不再發(fā)生組織變化。所以，共析鋼室溫時的平衡組織為珠光體。２.亞共析鋼圖２.１１中合金Ⅱ是碳的質(zhì)量分數(shù)為０.４５％的亞共析鋼，其結(jié)晶過程如圖２.１３所示。金屬液在３點以上的冷卻過程與共析鋼在３點以上相似，組織為單相奧氏體，當冷卻到與ＧＳ線相交的３點時，從奧氏體中開始析出鐵素體。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用隨著溫度下降，析出的鐵素體量增多，剩余的奧氏體量減小，而奧氏體的碳的質(zhì)量分數(shù)沿ＧＳ線增加（圖２.１１）。當溫度降至與ＰＳＫ線相交的４點時，奧氏體的碳的質(zhì)量分數(shù)達到０.７７％，此時剩余奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成珠光體；４點以下至室溫，合金組織不再發(fā)生變化（圖２.１１）。亞共析鋼的室溫組織由珠光體和鐵素體組成，隨碳的質(zhì)量分數(shù)的增加，珠光體增多，鐵素體量減少。３.過共析鋼圖２.１１中合金Ⅲ是碳的質(zhì)量分數(shù)為１.２％的過共析鋼，其結(jié)晶過程如圖２.１４所示。金屬液在３點以上的冷卻過程與共析鋼在３點以上相似，組織為單相奧氏體。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用當合金冷卻到與ＥＳ線相交的３點時，奧氏體中的碳的質(zhì)量分數(shù)達到飽和，繼續(xù)冷卻，析出二次滲碳體，在奧氏體晶界呈網(wǎng)狀分布。繼續(xù)冷卻時，析出的二次滲碳體的數(shù)量增多，剩余奧氏體中的碳的質(zhì)量分數(shù)降低。隨著溫度下降，奧氏體中的碳的質(zhì)量分數(shù)沿ＥＳ線變化。從４點以下至室溫，合金組織不再發(fā)生變化。最后得到珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體組織。所有過共析鋼的結(jié)晶過程都和合金Ⅲ相似，它們的室溫組織由于碳的質(zhì)量分數(shù)不同，組織中的二次滲碳體和珠光體的相對量也不同。鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)越大，二次滲碳體也越多。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用４.共晶白口鑄鐵圖２.１１中合金Ⅳ是碳的質(zhì)量分數(shù)為４.３％的共晶白口鑄鐵，其結(jié)晶過程如圖２.１５所示。當金屬液冷卻到１點時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，從金屬液中同時結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，即高溫萊氏體。在１點到２點之間從奧氏體中不斷析出二次滲碳體，但因它混合于基體之中而無法分辨。當冷卻到２點時，剩余的奧氏體在恒溫下發(fā)生共析反應，轉(zhuǎn)變成珠光體。因此，共晶白口鑄鐵的平衡組織是由珠光體和滲碳體組成的低溫萊氏體。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用５.亞共晶白口鑄鐵圖２.１１中合金Ⅴ是碳的質(zhì)量分數(shù)為３.０％的亞共晶白口鑄鐵，其結(jié)晶過程如圖２.１６所示。其常溫組織為珠光體、二次滲碳體和低溫萊氏體。６.過共晶白口鑄鐵圖２.１１中合金Ⅵ為碳的質(zhì)量分數(shù)為５.０％的過共晶白口鑄鐵，其結(jié)晶過程如圖２.１７所示。其常溫組織為一次滲碳體和低溫萊氏體。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用四、碳對碳鋼組織和性能的影響１.含碳量對鐵碳合金組織的影響根據(jù)對鐵碳合金相圖的分析知道，鐵碳合金在室溫的組織是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著碳的質(zhì)量分數(shù)的增加，鐵素體的量逐漸減少，而滲碳體的量則有所增加。隨著碳的質(zhì)量分數(shù)的變化，不僅鐵素體和滲碳體的相對量有變化，而且相互組合的形態(tài)也發(fā)生變化。隨著ｗＣ的增加，合金組織將按下列順序發(fā)生變化：Ｆ→Ｆ＋Ｐ→Ｐ→Ｐ＋Ｆｅ３ＣⅡ→Ｐ＋Ｆｅ３ＣⅡ＋Ｌ′ｄ→Ｌ′ｄ→Ｆｅ３ＣＩ＋Ｌ′ｄ。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用２.含碳量對鐵碳合金力學性能的影響鐵素體是軟、韌相，滲碳體是硬、脆相，當兩者以層片狀組成珠光體時，珠光體兼具兩者的優(yōu)點，即具有較高的硬度、強度和良好的塑性、韌性。鐵碳合金中滲碳體是強化相，對于以鐵素體為基體的鋼來講，滲碳體的數(shù)量越多，分布越均勻，其強度越高。但若Ｆｅ３Ｃ以網(wǎng)狀分布于晶界上或呈粗大片狀，尤其是作為基體時就使得鐵碳合金的塑性、韌性大大下降，這就是過共析鋼和白口鑄鐵脆性很高的原因。碳對鐵碳合金性能的影響，也是通過對組織的影響來實現(xiàn)的。鐵碳合金組織的變化，必然引起性能的變化。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用圖２.１８所示為碳的質(zhì)量分數(shù)對鋼的力學性能的影響，由圖可以知道，改變碳的質(zhì)量分數(shù)可以在很大范圍內(nèi)改變鋼的力學性能，隨著含碳量的增加，強度、硬度增加，塑性、韌性降低。當含碳量大于１.０％時，由于網(wǎng)狀滲碳體的出現(xiàn)，導致鋼的強度下降。為了保證工業(yè)用鋼具有足夠的強度和適當?shù)乃苄?、韌性，其含碳量一般不超過１.３％～１.４％。含碳量大于２.１１％的鐵碳合金，即白口鑄鐵，由于其組織中存在大量的滲碳體，具有很高的硬度和脆性，難以切削加工，所以除少數(shù)耐磨件以外很少應用。上一頁下一頁返回任務２－２鐵碳合金狀態(tài)圖的應用五、Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相圖在工業(yè)中的應用Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相圖反映了鐵碳合金組織和性能隨成分的變化規(guī)律。這樣就可以根據(jù)零件的工作條件和性能要求來合理地選擇材料。若需要塑性、韌性好的材料