摘要鋼鐵材料是目前工業使用量最大的金屬材料，材料中不同的內部微觀結構可以造成不同的材料效能，通過改變其組織結構，可以獲得材料不同的效能。因此，研究材料的結構與效能的關係就更加有意義。fe-c合金中的微觀結構有奧氏體，珠光體、馬氏體、貝氏體等幾種，本文就簡單介紹了奧氏體、珠光體、馬氏體的微觀組織結構及其相應的效能。
關鍵詞結構與效能，奧氏體，馬氏體，貝氏體
abstract the steel material is the the largest metal current industrial use material, the different internal microstructure of material can result in the different material properties, and through changing their microstructure, we can obtain materials of different the research of the relationship between structure and performance of material is even more meaningful. microstructure of fe-c alloy austenite mainly contains pearlite, martensite, bainite and so on. this article briefly describes the austenite, pearlite, martensite microstructure and its related properties.
key words structure and property, austenite, pearlite, martensite
1 前言
人類文明發展的歷史從某種程度上說就是不斷製造和使用新材料的歷史。按材料特點來劃分人類歷史的發展階段，可分為：石器時代、鐵器時代、青銅器時代、鋼鐵時代和新材料時代。
從中可以看出，金屬材料在人類文明的發展史中起著重要作用。
隨著金屬材料應用的發展和研究工作的不斷深入，人們注意到，材料的成分、工藝、組織結構、效能這四個基本要素對材料有著重要的影響，四個要素之間相互聯絡、互相影響，可以組成乙個材料研究的四面體（如圖1）。不同化學成分的材料，經過各種製備和加工工藝，獲得不同的內部組織結構，可以在很大程度上決定材料的效能。然而，在許多情況下，出去經濟性、可獲得性、可靠性等方面的考慮，材料的選材範圍十分有限。
如何在材料成分基本固定的情況下，有效地提高效能成為材料科學與工程的乙個重要研究方向。其中乙個重要的方法就是改變材料內部的組織結構。在溫度和壓力等外部環境改變時，材料內部的原子排列方式、有序程度、區域性化學成分等組織結構的變化，成為相變，相變過程直接影響材料的力學、物理學、化學效能。
迄今為止，改變材料組織結構是改變金屬材料效能的重要方法之一。以目前工業使用量最大的金屬材料-鋼鐵為例，通過改變其組織結構，可以使強度提高或降低幾倍。這樣可以根據需要使鋼鐵材料變軟以便於冷熱加工成形，加工後進行熱處理，可以安全長期使用。
因此，研究材料組織和效能的關係就變得十分有意義了。fe-c合金中的微觀結構有奧氏體，珠光體、馬氏體、貝氏體等，不同的結構就產生了相應的材料效能。本文就簡單分析了fe-c合金中的幾種微觀組織結構及其對材料效能所帶來的影響。
2 奧氏體微觀結構及其特點
2.1 奧氏體晶體結構
奧氏體是碳在麵心立方結構的鐵(γ-fe)中形成的固溶體，以γ（或a）表示。奧氏體的組織形態與原始組織、加熱速度、加熱轉變的程度有關。通常情況下為多邊形的等軸晶粒（圖2），晶粒內部往往存在孿晶。
經過x射線衍射證明，奧氏體中碳原子位於γ-fe的八面體間隙中，即麵心立方點陣晶胞的中心或稜邊的中心，如圖3所示。
圖2圖3
按照γ-fe中所有八面體間隙都被碳原子填滿來計算，奧氏體中的最大含碳量應為20%，但實際上由於碳原子進入間隙後會一起點陣畸變，使碳原子不能像圖3所示那樣填滿每乙個間隙，實際測得的奧氏體最大含碳量為2.11%（1148oc）。根據奧氏體中的最大含碳量計算，大約2—3個γ-fe晶胞中才含有乙個c原子。
γ-fe的點陣常數為3.64a，c原子的存在使奧氏體點陣常數增大。合金元素如mn,si,cr,ni等能夠置換γ-fe中的fe原子而形成置換固溶體。
置換原子的存在也會引起點陣常數的改變，使晶格產生畸變。點陣常數改變的大小和晶格畸變的程度取決於c原子的數量、合金元素原子半徑發fe原子半徑的差異及它們的含量。
2.2 奧氏體的效能
奧氏體是碳鋼中的高溫穩定相，當加入適量的合金元素時，可使奧氏體在室溫成為穩定相。因此，奧氏體可以是鋼在使用時的一種組織狀態，在奧氏體狀態使用的鋼稱為奧氏體鋼。
a. 力學效能
奧氏體的麵心立方結構使其具有高的塑性和低的屈服強度，容易進行塑性變形加工成形，所以鋼常常在奧氏體穩定存在的高溫區域進行加工。在奧氏體中加入鎳、錳等元素，可以得到室溫下具有奧氏體組織的奧氏體鋼。奧氏體的再結晶溫度高，具有較好的熱強性。
b. 物理效能
奧氏體是順磁性，利用這一性質可研究鋼中與奧氏體相關的相變，奧氏體是無磁鋼，可用於變壓器、電磁鐵等無磁結構材料。
奧氏體與其他組織相比，因為具有最密排的點陣結構，致密度高，因而比容最小。例如在含0.80%c的鋼中，奧氏體、鐵素體和馬氏體的比容分別為1.
23399×10-4，1.2708×10-4，1.2915×10-4m3/kg。
3 珠光體微觀結構及其特點
珠光體是由共析鐵素體和共析滲碳體有機結合的整合組織，鐵素體及碳化物倆相是成比例的，有一定相對量。該鐵素體和碳化物是從奧氏體中共析共生出來的，且倆相有一定位相關係。
3.1 珠光體微觀結構
a. 珠光體晶體學
珠光體是由共析鐵素體和共析滲碳體有機結合的整合組織，其中鐵素體的晶體結構為體心立方；滲碳體的晶體結構為複雜的斜方結構。投射電鏡觀察表明，在退火狀態下，珠光體的鐵素體中位錯密度較小，滲碳體中位置密度更小。片狀珠光體中鐵素體與滲碳體片倆相交界處常有較高位錯密度，如圖4所示。
珠光體形成時，新相（鐵素體和滲碳體）與母相（奧氏體）有著一定的晶體學位向關係，其關係為：
｛1 1 0｝α//｛1 1 2｝γ,<1 -1 1>α//<0 -1 1>γ
在共析鋼中，先共析鐵素體與奧氏體的位向關係為：
｛1 1 1｝α//｛1 1 0｝γ,<1 1 0>α//<0 1 1>γ
在乙個珠光體團中，鐵素體與滲碳體的晶體位向關係基本是固定的，倆相間存在一定位向關係，這種關係通常有倆類：
第一類 ｛0 0 1｝cem//｛2 -1 -1｝α,<1 0 0> cem //<0 1 -1>α, <0 1 0> cem //<1 1 1>α
第二類 ｛0 0 1｝cem//｛5 -2 -1｝α,<1 0 0> cem //<1 3 -1>α（相差2036』）, <0 1 0> cem //<1 1 3>α（相差2036』）
第一類位向關係，是珠光體晶核在奧氏體晶界上測出的；第二類位向關係，是珠光體晶核在純奧氏體晶界上產生時測出的。
b. 珠光體的組織形態
共析成分的奧氏體過冷到a1稍下的溫度將發生共析分解，形成珠光體組織。珠光體組織有片狀珠光體和粒狀珠光體倆種組織形態。片狀珠光體典型形態是片狀的（或層狀的），如圖5所示。
片狀珠光體的粗細可用片層間距來衡量，根據片層間距的大小可以進一步分為珠光體、索氏體和屈氏體。高溫形成的珠光體比較粗，低溫形成的比較細。粒狀珠光體的滲碳體以顆粒狀分布於鐵素體基體上，如圖6所示。
按滲碳體顆粒的大小，分為粗粒狀珠光體、粒狀珠光體、細粒狀珠光體和點狀珠光體。
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