5.3.3　含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響

1．含碳量對鐵碳合金室溫平衡組織的影響

鐵碳合金在室溫下只有鐵素體和滲碳體兩個相，隨含碳量增加，滲碳體的量呈線性增加。但是從組織角度看，隨含碳量增加，組織中滲碳體不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)也在變化，由分布在鐵素體基體內(nèi)的片狀（共析滲碳體）變?yōu)榉植荚趭W氏體晶界上的網(wǎng)狀（過共析鋼中的二次滲碳體），最后形成萊氏體時，滲碳體已作為基體出現(xiàn)。

2．含碳量對力學(xué)性能的影響

如前所述，鐵素體強度、硬度低，塑性好，而滲碳體則是硬而脆的相。亞共析鋼隨含碳量增加，珠光體量增加，由于珠光體的強化作用，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性下降，當(dāng)成分為0.77%C時,組織為100%的珠光體，鋼的性能即珠光體的性能。當(dāng)含碳量大于0.9%時，過共析鋼中的二次滲碳體在奧氏體晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀，因而強度下降，但硬度仍呈直線上升。含碳量大于2.11%，由于組織中出現(xiàn)以滲碳體為基的萊氏體，此時因合金太脆而使白口鑄鐵在工業(yè)上很少應(yīng)用。含碳量對平衡狀態(tài)下碳鋼力學(xué)性能的影響如圖5-29所示。

圖5-29　含碳量對平衡狀態(tài)下碳鋼力學(xué)性能的影響

3．含碳量對工藝性能的影響

（1）切削加工性能

中碳鋼的切削加工性能比較好，含碳量過低，不易斷削，同時難于得到良好的加工表面；含碳量太高，硬度太大，對刀具磨損嚴(yán)重，也不利于切削。一般說來，鋼的硬度為HB170～250時，切削加工性能最好。

（2）可鍛性能

鋼的可鍛性與含碳量有直接關(guān)系，低碳鋼的可鍛性良好，隨含碳量增加，可鍛性逐漸變差。由于奧氏體塑性好，易于變形，熱壓力加工都加熱到奧氏體相區(qū)進(jìn)行，但始軋或始鍛溫度不能過高，以免產(chǎn)生過燒，而終軋或終鍛溫度又不能過低，以免產(chǎn)生裂紋。

（3）鑄造性能

共晶成分附近的合金結(jié)晶溫度低，流動性好，鑄造性能最好。越遠(yuǎn)離共晶成分，液、固相線的間距越大，凝固過程中越容易形成樹枝晶，阻礙后續(xù)液體充填，鑄造性能變差，容易形成分散縮孔和偏析。

（4）焊接性能

鋼的塑性越好，焊接性能越好，所以低碳鋼比高碳鋼易于焊接。

（5）熱處理性能

對熱處理性能來說，碳的影響更為明顯，這將在后續(xù)章節(jié)詳細(xì)介紹。