钢铁由铁矿石提炼而成，来源丰富，价格低廉。钢铁又称为铁碳合金，是铁（Fe）与碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）以及其他少量元素（Cr、V等）所组成的合金。通过调节钢铁中各种元素的含量和热处理工艺（四把火：淬火、退火、回火、正火），可以获得各种各样的金相组织，从而使钢铁具有不同的物理性能。将钢材取样，经过打磨、抛光，最后用特定的腐蚀剂腐蚀显示后，在金相显微镜下观察到的组织称为钢铁的金相组织。钢铁材料的秘密便隐藏在这些组织结构中。

    在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。常见的金相组织有下列八种：

    一、铁素体

    碳溶于α-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为铁素体，属bcc结构，呈等轴多边形晶粒分布，用符号F表示。其组织和性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低（30-100 HB）。在合金钢中，则是碳和合金元素在α-Fe中的固溶体。碳在α-Fe中的溶解量很低，在AC1温度，碳的最大溶解量为0.0218%，但随温度下降的溶解度则降至0.0084%，因而在缓冷条件下铁素体晶界处会出现三次渗碳体。随钢铁中碳含量增加，铁素体量相对减少，珠光体量增加，此时铁素体则是网络状和月牙状。 

    二、奥氏体

    碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、 =40~50%。TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。

    三、渗碳体

    渗碳体是碳和铁以一定比例化合成的金属化合物，用分子式Fe3C表示，其含碳量为6.69%，在合金中形成(Fe,M)3C。渗碳体硬而脆，塑性和冲击韧度几乎为零，脆性很大，硬度为800HB。在钢铁中常呈网络状、半网状、片状、针片状和粒状分布。

    四、珠光体

    珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。珠光体是钢的共析转变产物，其形态是铁素体和渗碳体彼此相间形如指纹，呈层状排列。按碳化物分布形态又可分为片状珠光体和球状珠光体二种。

    五、贝氏体

    贝氏体是钢的奥氏体在珠光体转变区以下，Ms点以上的中温区转变的产物。贝氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物，介于珠光体与马氏体之间的一种组织，用符号B表示。根据形成温度不同，分为粒状贝氏体、上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。粒状贝氏体强度较低,但具有较好的韧性;下贝氏体既具有较高的强度，又具有良好的韧性;粒状贝氏体的韧性最差。贝氏体形态多变，从形状特征来看，可将贝氏体分为羽毛状、针状和粒状三类。

    六、 魏氏组织

    魏氏组织是一种过热组织，由彼此交叉约60°的铁素体针片嵌入钢铁的基体而成。粗大的魏氏组织使钢材的塑性、韧性下降，脆性增加。亚共析钢加热时因过热而形成粗晶，冷却时又快速析出，故铁素体除沿奥氏体晶界成网状析出外，还有一部分铁素体从晶界向晶内按切变机制形成并排成针状独自析出，这种分布形态的组织称为魏氏组织。过热过共析钢冷却时渗碳体也会形成针状自晶界向晶内延伸而形成魏氏组织。

    七、马氏体

    碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。马氏体有很高的强度和硬度，但塑性很差，几乎为零，用符号M表示，不能承受冲击载荷。马氏体是过冷奥氏体快速冷却，在Ms与Mf点之间的切变方式发生转变的产物。这时碳（和合金元素）来不及扩散只是由γ-Fe的晶格（面心）转变为α-Fe的晶格（体心），即碳在γ-Fe中的固溶体（奥氏体）转变为碳在α-Fe中的固溶体，故马氏体转变是“无扩散”的根据马氏体金相形态特征，可分为板条状马氏体（低碳）和针状马氏体。

    八、莱氏体

    铁碳合金中的共晶混合物，即碳的质量分数（含碳量）为4.3%的液态铁碳合金，在1480摄氏度时，同时从液体中结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。由于奥氏体在727℃时转变为珠光体，故在室温时莱氏体由珠光体和渗碳体组成。为区別起见将727℃以上的莱氏体称为高温莱氏体（Ld)，727℃以下的莱氏体称为低温莱氏体(L'd)。莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高塑性差。
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