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現(xiàn)代材料可以分為四大類(lèi)——金屬、高分子、陶瓷和復(fù)合材料。盡管目前高分子材料飛速發(fā)展，但金屬材料中的鋼鐵仍是目前工程技術(shù)中使用最廣泛、最重要的材料，那么到底是什么因素決定了鋼鐵材料的霸主地位呢。下面就為各位詳細(xì)介紹吧。

鋼鐵由鐵礦石提煉而成，來(lái)源豐富，價(jià)格低廉。鋼鐵又稱(chēng)為鐵碳合金，是鐵(Fe)與碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)以及其他少量元素(Cr、V等)所組成的合金。通過(guò)調(diào)節(jié)鋼鐵中各種元素的含量和熱處理工藝(四把火：淬火、退火、回火、正火)，可以獲得各種各樣的金相組織，從而使鋼鐵具有不同的物理性能。

將鋼材取樣，經(jīng)過(guò)打磨、拋光，最后用特定的腐蝕劑腐蝕顯示后，在金相顯微鏡下觀察到的組織稱(chēng)為鋼鐵的金相組織。鋼鐵材料的秘密便隱藏在這些組織結(jié)構(gòu)中。

在Fe-Fe3C系中，可配制多種成分不同的鐵碳合金，他們?cè)诓煌瑴囟认碌钠胶饨M織各不相同，但由幾個(gè)基本相(鐵素體F、奧氏體A和滲碳體Fe3C)組成。這些基本相以機(jī)械混合物的形式結(jié)合，形成了鋼鐵中豐富多彩的金相組織結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的金相組織有下列八種。

1、鐵素體

碳溶于α-Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體稱(chēng)為鐵素體，屬bcc結(jié)構(gòu)，呈等軸多邊形晶粒分布，用符號(hào)F表示。其組織和性能與純鐵相似，具有良好的塑性和韌性，而強(qiáng)度與硬度較低(30-100HB)。

在合金鋼中，則是碳和合金元素在α-Fe中的固溶體。碳在α-Fe中的溶解量很低，在AC1溫度，碳的最大溶解量為0.0218%，但隨溫度下降的溶解度則降至0.0084%，因而在緩冷條件下鐵素體晶界處會(huì)出現(xiàn)三次滲碳體。隨鋼鐵中碳含量增加，鐵素體量相對(duì)減少，珠光體量增加，此時(shí)鐵素體則是網(wǎng)絡(luò)狀和月牙狀。

2、奧氏體

碳溶于γ-Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體稱(chēng)為奧氏體，具有面心立方結(jié)構(gòu)，為高溫相，用符號(hào)A表示。

奧氏體在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃時(shí)可固溶0.77%C;強(qiáng)度和硬度比鐵素體高，塑性和韌性良好，并且無(wú)磁性，具體力學(xué)性能與含碳量和晶粒大小有關(guān)。

TRIP鋼(變塑鋼)即是基于奧氏體塑性、柔韌性良好的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的鋼材，利用殘余奧氏體的應(yīng)變誘發(fā)相變及相變誘發(fā)塑性提高了鋼板的塑性，并改善了鋼板的成形性能。碳素或合金結(jié)構(gòu)鋼中的奧氏體在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?，只有在高碳鋼和滲碳鋼滲碳高溫淬火后，奧氏體才能殘留在馬氏體的間隙中存在，其金相組織由于不易受侵蝕而呈白色。

3、滲碳體

滲碳體是碳和鐵以一定比例化合成的金屬化合物，用分子式Fe3C表示，其含碳量為6.69%，在合金中形成(Fe，M)3C。滲碳體硬而脆，塑性和沖擊韌度幾乎為零，脆性很大，硬度為800HB。在鋼鐵中常呈網(wǎng)絡(luò)狀、半網(wǎng)狀、片狀、針片狀和粒狀分布。

4、珠光體

由鐵素體和滲體組成的機(jī)械混合物稱(chēng)為珠光體，用符號(hào)P表示。其力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定的塑性。

珠光體是鋼的共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，其形態(tài)是鐵素體和滲碳體彼此相間形如指紋，呈層狀排列。按碳化物分布形態(tài)又可分為片狀珠光體和球狀珠光體兩種。

（1）片狀珠光體：又可分為粗片狀、中片狀和細(xì)片狀三種。

（2）球狀珠光體：經(jīng)球化退火獲得，滲碳體成球粒狀分布在鐵素體基體上;滲碳體球粒大小，取決于球化退火工藝，特別是冷卻速度。球狀珠光體可分為粗球狀、球狀、細(xì)球狀和點(diǎn)狀四種珠光體。

5、貝氏體

是鋼的奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)以下，Ms點(diǎn)以上的中溫區(qū)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。貝氏體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，介于珠光體與馬氏體之間的一種組織，用符號(hào)B表示。

根據(jù)形成溫度不同，分為粒狀貝氏體、上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下)。

粒狀貝氏體強(qiáng)度較低，但具有較好的韌性;下貝氏體既具有較高的強(qiáng)度，又具有良好的韌性;粒狀貝氏體的韌性最差。貝氏體形態(tài)多變，從形狀特征來(lái)看，可將貝氏體分為羽毛狀、針狀和粒狀三類(lèi)。

（1）上貝氏體：上貝氏體特征是條狀鐵素體大體平行排列，其間分布有與鐵素體針軸平行的細(xì)條狀(或細(xì)短桿狀)滲碳體，呈羽毛狀。

（2）下貝氏體：呈細(xì)針片狀，有一定取向，較淬火馬氏體易受侵蝕，極似回火馬氏體，在光鏡下極難區(qū)別，在電鏡下極易區(qū)分;在針狀鐵素體內(nèi)沉淀有碳化物，且其排列取向與鐵素體片的長(zhǎng)軸成55~60度角，下貝氏體內(nèi)不含孿晶，有較多的位錯(cuò)。

（3）粒狀貝氏體：外形相當(dāng)于多邊形的鐵素體，內(nèi)有許多不規(guī)則小島狀的組織。當(dāng)鋼的奧氏體冷至稍高于上貝氏體形成溫度時(shí)，析出鐵素體有一部分碳原子從鐵素體并通過(guò)鐵素體/奧氏體相界遷移到奧氏體內(nèi)，使奧氏體不均勻富碳，從而使奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變被抑制。

6、魏氏組織

它是一種過(guò)熱組織，由彼此交叉約60度角的鐵素體針片嵌入鋼鐵的基體而成。粗大的魏氏組織使鋼材的塑性、韌性下降，脆性增加。亞共析鋼加熱時(shí)因過(guò)熱而形成粗晶，冷卻時(shí)又快速析出，故鐵素體除沿奧氏體晶界成網(wǎng)狀析出外，還有一部分鐵素體從晶界向晶內(nèi)按切變機(jī)制形成并排成針狀獨(dú)自析出，這種分布形態(tài)的組織稱(chēng)為魏氏組織。過(guò)熱過(guò)共析鋼冷卻時(shí)滲碳體也會(huì)形成針狀自晶界向晶內(nèi)延伸而形成魏氏組織。

7、馬氏體

碳在α-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱(chēng)為馬氏體。馬氏體有很高的強(qiáng)度和硬度，但塑性很差，幾乎為零，用符號(hào)M表示，不能承受沖擊載荷。馬氏體是過(guò)冷奧氏體快速冷卻，在Ms與Mf點(diǎn)之間的切變方式發(fā)生轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。

這時(shí)碳(和合金元素)來(lái)不及擴(kuò)散只是由γ-Fe的晶格(面心)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe的晶格(體心)，即碳在γ-Fe中的固溶體(奧氏體)轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚讦?Fe中的固溶體，故馬氏體轉(zhuǎn)變是“無(wú)擴(kuò)散”的根據(jù)馬氏體金相形態(tài)特征，可分為板條狀馬氏體(低碳)和針狀馬氏體。

（1）板條狀馬氏體：又稱(chēng)低碳馬氏體。尺寸大致相同的細(xì)馬氏體條定向平行排列，組成馬氏體束或馬氏體領(lǐng)域;在領(lǐng)域與領(lǐng)域之間位向差大，一顆原始奧氏體晶粒內(nèi)可以形成幾個(gè)不同取向的領(lǐng)域。

由于板條狀馬氏體形成的溫度較高，在冷卻過(guò)程中，必然發(fā)生自回火現(xiàn)象，在形成的馬氏體內(nèi)部析出碳化物，故它易受侵蝕發(fā)暗。

（2）針狀馬氏體：又稱(chēng)片狀馬氏體或高碳馬氏體，它的基本特征是在一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)形成的第一片馬氏體片較粗大，往往貫穿整個(gè)晶粒，將奧氏體晶粒加以分割，使以后形成的馬氏體大小受到限制，因此片狀馬氏體的大小不一，分布無(wú)規(guī)則。

針狀馬氏體按一定方位形成。在馬氏體針葉中有一中脊面，碳量越高，越明顯，且馬氏體也越尖，同時(shí)在馬氏體間伴有白色殘留奧氏體。

8、萊氏體

鐵碳合金中的共晶混合物，即碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(含碳量)為4.3%的液態(tài)鐵碳合金，在1480℃時(shí)，同時(shí)從液體中結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物稱(chēng)為萊氏體，用符號(hào)Ld表示。

由于奧氏體在727℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，故在室溫時(shí)萊氏體由珠光體和滲碳體組成。為區(qū)別起見(jiàn)將727℃以上的萊氏體稱(chēng)為高溫萊氏體(Ld)，727℃以下的萊氏體稱(chēng)為低溫萊氏體(L'd)。萊氏體的性能與滲碳體相似，硬度很高塑性差。