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当钢的含碳量少于0.8%时(叫亚共析钢),混合物会从γ-铁相冷却下来,尝试回到铁素体相,并因此会有多余的碳。其中一种能让碳脱离γ-铁的方法是,等渗碳体因沉淀离开混合物,这样剩下的铁纯度若足够地高,就能形成铁素体,得出渗碳体-铁素体混合物。渗碳体是一种既硬且脆的金属互化物,化学式为Fe3C。在类共熔体0.8%碳中,冷却的结构会形成珠光体,名称来自于与珍珠母类似的光泽。当钢的含碳量超过0.8%,冷却的结构则会形成珠光体和铁素体。
也许最重要的同质多形体是马氏体,因为它是一种介稳相,所以比其他钢相的强度要高很多。当钢处于γ-铁相时,再受到淬火后会形成马氏体,这是因为当晶格架构从面心立方转成体心立方时,原子需要被“冻结”在原位的缘故。视乎γ-铁相的碳含量,会形成不同的结构。当含碳量低于0.2%时,会形成体心立方结构的α-铁素体,而当含碳量较高时则会形成体心四方结构。从γ-铁到马氏体的变换,并不需要活化能。而且没有成份改变,因此原子一般保留变换前的邻居。
马氏体的密度比γ-铁低,因此两者在互相变换时体积也会改变。所以在γ-铁转成马氏体时,会发生膨胀。这种膨胀所做成的内部应力,一般会对马氏体的晶体进行压缩,同时对余下的铁素体施行张力,并且还有相当量的剪应力作用于这两种成份上。如果淬火做得不完全的话,内部应力可能把会在冷却时导致断裂。在最低限度上,还会导致内部加工硬化及其他微观上的瑕疵。用水作冷却处理时,很多时候会形成断裂,尽管裂痕不一定可见[4-5]。
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