碳含量对铁碳合金平衡组织和性能的影响

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：2.3.4.2对机械性能的影响铁碳合金中铁素体软而韧，渗碳体硬而脆，因此铁碳合金的机械性能主要取决于铁素体和渗碳体的配合情况。

2.3.4.1　对平衡组织的影响

通过前文中各铁碳合金及其结晶过程，可以看出，任何铁碳合金在室温下的平衡组织都是由铁素体和渗碳体两个相组成的，碳对合金中铁素体和渗碳体的数量以及组织有着极其重要的影响。通过图2-41可以看出，随着含碳量的增加，铁碳合金的组织变化顺序为：

F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+L′d→L′d→L′d+ Fe3CⅠ

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图2-41　按组织分区的铁碳相图

此外除了平衡组织发生变化外，随着含碳量的增加，铁素体和渗碳体的形态与分布也发生了变化，例如铁素体，从奥氏体中析出的铁素体一般呈块状，而经共析转变形成的珠光体中的铁素体则呈片状。又如渗碳体，三次渗碳体从铁素体中析出，沿边界呈小片状分布，共析渗碳体是经过共析反应生成的，与铁素体呈交替的层状分布，而从奥氏体中析出的二次渗碳体，则沿奥氏体晶界呈网状分布，共晶渗碳体是与共晶奥氏体同时形成的，在莱氏体中为连续的基体，比较粗大，有时呈鱼骨状，一次渗碳体是从液相中直接析出的，呈长条状。由此可见，同一种组成相，尽管本质不变，但由于形成条件不同，其形态和分布可以发生很大的变化，从而形成不同的组织，对铁碳合金的性能产生十分重要的影响。

2.3.4.2　对机械性能的影响

铁碳合金中铁素体软而韧，渗碳体硬而脆，因此铁碳合金的机械性能主要取决于铁素体和渗碳体的配合情况。

珠光体由铁素体和渗碳体组成，渗碳体以片状分散分布于铁素体基体上，起到了强化作用，因此珠光体具有较高的强度和硬度，而塑性和韧性较差。在亚共析钢中，随着含碳量的增加，珠光体逐渐增多，合金的强度和硬度升高，而塑性和韧性逐渐降低。在过共析钢中，含碳量在1%时合金的强度达到最大值，含碳量继续增加时，强度反而降低，这是由于脆性的二次渗碳体在含碳量大于1%时在晶界处形成连续的网状，使合金的脆性大大增加。在白口铸铁中，由于渗碳体含量很高，故脆性很大，强度很低。(https://www.chuimin.cn)

为了保证工业上使用的铁碳合金具有适当的塑性和韧性，合金中渗碳体相的数量不应过多。对碳素钢及普通低中合金钢而言，其含碳量一般不超过1.3%。

2.3.4.3　对工艺性能的影响

（1）切削加工性能　含碳量过高或过低，都会降低钢的切削加工性能。含碳量较低时，钢中的铁素体成分较多，切削加工时产生的切削热较大，容易粘刀，而且切屑不易折断，影响表面粗糙度，故切削加工性能不好。含碳量较高时，钢中渗碳体成分较多，硬度较高，严重磨损刀具，切削性能也差。一般认为，钢的硬度在230HBS左右时切削加工性能较好。

（2）可锻性　金属的可锻性是指金属在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。

钢的可锻性与含碳量有关，低碳钢的可锻性较好，随着含碳量的增加，可锻性逐渐变差。

奥氏体具有良好的塑性，易于塑性变形，钢加热到高温可获得单相奥氏体组织，具有良好的可锻性。

（3）铸造性　金属的铸造性是指金属能否用铸造方法制成优良铸件的性能，又称可铸性。

铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低，流动性好，铸造性最好。从相图上看，结晶温度越高，结晶温度区间越大，越容易形成分散缩孔和偏析，铸造性就越差。

（4）焊接性　含碳量越低，钢的焊接性越好，因此，低碳钢比高碳钢更容易焊接。

碳含量对铁碳合金平衡组织和性能的影响

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