渗碳后钢的组织与性能
1.5.1 渗碳后钢的组织
在正常情况下，渗碳层在淬火后的组织从表面到心部一次为：马氏体和残余奥氏体加碳化物 马氏体 心部组织。心部组织在完全淬火情况下为低碳马氏体；淬火温度较低的为马氏体加游离铁素体；在淬透性较差的钢中，心部为屈氏体或索氏体加铁素体[4]。
（1）马氏体
板条状马氏体是低碳钢，中碳钢，马氏体实效和不锈钢等合金中形成的一种典型的马氏体组织。因其显微组织是由许多成群的板条组成，故称为板条马氏体。又因为这种马氏体的亚结构主要为位错，通常也称为位错型马氏体。
片状马氏体是铁基合金中的另一种典型的马氏体组织，常见于淬火高，中碳钢及高Ni的Fe-Ni合金中。片状马氏体的空间形态呈双凸透镜片状，也称为透镜片状马氏体。因其与试样磨面相截在显微镜下呈针状或竹叶状，故又称为针状或竹叶状马氏体。
（2）残余奥氏体
残余奥氏体是淬火未能转变成马氏体而保留到室温的奥氏体。具体说来从成分上讲，奥氏体与过冷奥氏体含碳量是相同的；不同的是，奥氏体是相对较为稳定的相，而在温度快速降低到一定值时，奥氏体会变得不稳定，那就意味着它需要转化成为其它相，而此时的相即为过冷奥氏体。两者没有本质上的区别。而残余奥氏体是稳定的奥氏体转化后残留下的。因为奥氏体在转化过程中体积要发生变化。结果，基体转化成为马氏体后，残余部分由于空间的限制，导致该部分只能以奥氏体存在，当过冷至零度以下，这部分残余会继续转化成为马氏体。
（3）铁素体
铁素体是碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体，常用符号F表示。具有体心立方晶格，其溶碳能力很低，常温下仅能溶解为0.0008%的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.02%。 称为铁素体或α固溶体，用α或F表示，α常用在相图标注中，F在行文中常用。亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体。
1.5.2 渗碳件的性能
渗碳件的性能是渗碳层和心部的组织结构及渗层深度与工件直径相对比例等因素的综合反应[3]。
（1）渗碳层的组织结构
其组织结构包括渗碳层浓度分布曲线。基体组织，渗层中的第二相数量，分布及形状。
渗碳层的碳浓度是提供一定渗层组织的先决条件，一般希望渗层浓度梯度平缓。为了得到良好的综合性能，表面碳的质量分数控制在0.9%左右。
渗层中的残余奥氏体量。与马氏体相比，残余奥氏体的强度，硬度较低，塑形，韧性较高。渗碳层存在残余奥氏体，降低渗碳层硬度和强度。近年来的研究表明，渗碳层中存在适量的残余奥氏体不仅对渗碳件的性能无害，而且有利。
（2）心部组织对渗碳件性能的影响
渗碳件的心部组织对渗碳见性能有重大影响。合适的心部组织应为低碳马氏体，但在零件尺寸较大，钢的淬透性较差时，也允许心部组织为屈氏体或索氏体，视零件要求而定，但不允许有大块状或多量的铁素体。
（3）渗碳层与心部的配对与渗碳件性能的影响
渗碳层与心部的匹配，主要考虑是渗碳层深度与工件截面尺寸对渗碳件的影响，以及渗碳件心部硬度对渗碳件性能的影响。
渗碳层的深度对表面应力状态和弯曲疲劳强度有影响。随着渗碳层的减薄，由于表面层马氏体的体积效应有限，表面残余压应力反而减小，对弯曲疲劳强度的影响也有类似规律。渗碳层的深度越深，可以承载接触应力越大。
渗碳件心部的硬度，不仅影响渗碳件的静强度，同时也影响表面残余应力的分布，从而影响弯曲疲劳强度。
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