钢铁材料是工业中应用最广泛的金属材料，其基本组元为铁和碳元素，故称铁碳合金。

（一）铁素体

碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，称为铁素体，用符号F表示。由于体心立方晶格的α-Fe的晶格间隙半径只有0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以铁素体对碳的溶解度很小。在727℃时，最大溶碳量达0.0218%；随着温度的降低，溶碳量还会减少，室温时为0.0008%。在770℃以上铁磁性消失，在770℃以下具有铁磁性。铁素体微观组织形貌如图3-7所示。

图3-7　铁素体微观组织形貌

铁素体的力学性能与纯铁相近，铁素体的塑性和韧性高，但硬度和强度低。其数值如下：

抗拉强度Rm 250MPa

屈服强度ReL 140MPa

断后伸长率A11.3 40%～50%

冲击韧性αK 200J/cm2

布氏硬度HBS 80

（二）奥氏体

碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，称为奥氏体，用符号A表示。具有面心立方晶格，γ-Fe的间隙半径为0.052nm，比α-Fe中的间隙稍大，在1148℃时，奥氏体最大溶碳量达2.11%；随着温度的降低，奥氏体溶碳量减少，在727℃时为0.77%。铁素体微观组织形貌如图3-8所示。

图3-8　奥氏体微观组织形貌

奥氏体无铁磁性，在727℃以上时奥氏体具有较好的塑性。

（三）渗碳体

渗碳体是铁与碳形成的具有金属特性的复杂晶格结构的间隙化合物，分子式为Fe3C。图3-9是渗碳体的晶体结构图，它属于复杂八面体结构。其含碳量为6.69%，熔点约1227℃，在230℃以上磁性消失，在230℃以下具有弱磁性。

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图3-9　渗碳体的晶体结构

渗碳体硬度很高（HV800），脆性大，塑性和韧性几乎等于零。渗碳体是碳钢的主要强化相，其数量和形态对钢的性能有很大影响。它在铁碳合金中可以呈片状、粒状、网状和板状等形态存在。

渗碳体在高温下可分解成铁和石墨，这一分解过程对铸铁的组织和性能有重要意义。

（四）珠光体

由铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用符号P表示。

在一般情况下，珠光体由铁素体片层和渗碳体片层交替组成，称片状珠光体。珠光体微观形貌如图3-10所示。珠光体的平均含碳量为0.77%。珠光体的机械性能介于铁素体与渗碳体之间，具有较高的强度和一定的塑性，具体数值如下：

图3-10　珠光体微观形貌

（硝酸酒精侵蚀1000×）

抗拉强度Rm 750MPa

屈服强度ReL 180MPa

断后伸长率A11.3 20%～25%

冲击韧性αK 30～40J/cm2

布氏硬度HBS 180

（五）莱氏体

莱氏体分高温莱氏体和低温莱氏体。当温度高于727℃时，奥氏体和渗碳体组成高温莱氏体，用符号Ld表示，当温度低于727℃时，珠光体和渗碳体组成低温莱氏体，用L′d表示。低温莱氏体的微观形貌如图3-11所示。

图3-11　莱氏体的微观形貌

（硝酸酒精侵蚀200×）