金属原创新理论的主要论点

jsenchun

金属原创新理论的主要论点

——驳目前教科书的金属基础理论

常温下，碳原子在铁晶体内部的含量在万分之二到十万分之四之间，不足成为一个结构，另外碳原子也不会增加钢的硬度，这是一百五十多年以前就已确定了，也就是碳化物不能增加钢的硬度，那么金属的基础理论是什么呢？什么使碳钢变硬了呢？任何碳钢都比纯铁硬的原因是什么？这一切都要从结构论起！

一、铁是晶体物资，碳钢、合金钢98%的成分都是晶体，结构为体心、面心立方晶格；材料学中有一个重要原则，即“材料的性能是由结构决定的”，那么铁、碳钢、合金钢的性能一定是由晶体的结构决定的。

二、长期以来，金属理论界只注重碳化物、相结构、合金的作用，忽视晶体的作用，殊不知碳化物、相结构、合金只是对铁本质性能的发挥，98%成分的晶体结构才是体现材料性能的根本，认识铁晶体、认识铁晶体的生长与结构转变过程是最重要的。

三、碳对钢的硬度是不起作用的，这是150年以前已经确定了的。碳钢的硬度可以达到HRC68，这是晶体结构的原因；合金钢的硬度也只能达到HRC68，也是晶体结构的原因，合金钢只是相对碳钢的其它性能有所改变。以上举例说明，合金也提高不了钢的硬度，碳钢、合金钢的最高硬度是一样的。

四、碳原子的半径为0.77埃，体心立方晶格中最大空隙半径为0.36埃，面心立方晶格中最大空隙半径为0.52埃，以上实际测量数据说明，碳原子的半径大于晶体晶格的空隙半径，理论计算说明它是进入不了晶体内部。目前理论上有一个八面体的间隙可容一个碳原子的计算理论，实际上铁晶体的原子是密布的，空间里各个铁原子是紧密的金属键链接，晶体的晶胞不可能出现一个又一个的单独八面体提供出空间去存放碳原子。

五、无论环境碳势是多么地大，面心立方晶格中最大含碳量在1147°度时只是2.06%；体心立方晶格中含碳量为0.008—0.02%，实际上就是说明铁晶体本身是不含碳的，若铁晶体内部有碳原子，也是晶体的瑕疵造成的，也就是晶体内部缺陷造成的。目前教科书已认定体心立方晶格的含碳是由晶体内部缺陷造成的，还未认识到面心立方晶格的含碳也应该是由晶体内部缺陷造成的这一事实。

六、纯铁晶体的生长的“时间—温度”曲线与“铁碳图”曲线是铁晶体生长变化的原始依据，碳钢晶体的生长变化与C曲线的认识都要与其紧密地联系与分析认识，否则就是毫无根据地乱认识，其结果理论肯定是错误的。

七、铁碳平衡图是某一含碳量的碳钢，加热后缓慢冷却到一定温度，再快冷固定结构而得到的实验总结图。目前教科书对此图的认识是“相结构”决定钢的性能。认为是铁素体、奥氏体、珠光体、渗碳体，点、线、面位错，晶格畸变等决定碳钢性能。对铁碳平衡图的认识，首先要知道，碳在铁中的含量是极少的，碳本身又没有硬度；二是要明白铁晶体是绝对的多数，是结构的主体；三是要清楚铁的性能是由结构决定的。我对铁碳平衡图的认识是这样的，“根据纯铁晶体的生长规律，不同含碳量的钢其碳原子对铁晶体的生长有什么影响，不同的相结构部分在整个碳钢中的含量是多少？是否起主导作用”。我的切入点是晶体是主体结构，碳对晶体生长的影响是什么。

八、碳原子在铁晶体中的作用很大，是所有合金元素中对铁晶体影响最强烈、最敏感的。碳原子在铁晶体中只有两个作用，一好一坏，好的作用是降低铁晶体的生长与转变速度；坏的作用是降低铁的韧性，使脆性增加。例如，1、在铁碳图中可以看到，少量的碳原子就使铁的同素异构转变温度降低到723°度，即PSK线；2、在C曲线中使C曲线右移（不同含碳量的碳钢比较），致使转变速度降低；3、碳钢的韧性较纯铁要差很多，使脆性增加。

九、铁碳平衡图上的共析点S，此共析点S是告知，碳在铁晶体中的平衡极限饱和量为0.77%，碳含量少于此点时，在未同素异构转变前有少量铁素体先转变；碳含量大于此点时，在未同素异构转变前有少量渗碳体先析出。此共析点S的重要信息是告知：碳在铁晶体面心立方结构下的平衡极限饱和量为0.77%。

十、碳原子进入晶体内部才能影响晶体的生长与转变速度，注意，仅仅是影响晶体的生长与转变速度。体心立方晶格下的含碳量是万分级；面心立方晶格下的含碳量是百分级，二者相差一百倍。所以只有面心立方晶格下的含碳对晶体的生长与转变速度的影响大，只有影响大我们才能在目前条件下，有我们能够采用的“冷却速度”，在面心立方晶格结构下获得正在同素异构转变的组织，即“淬火”获得马氏体。

十一、金属的金相照片是结果，不是过程，重要的是过程！

十二、现实工作中都知道，金属加热与冷却时有膨胀与收缩现象，这种现象是表明金属的晶体在生长，晶体在生长的过程中就会挤压晶界上的碳化物，会将晶界上的碳化物挤得成为各种形态，金属的金相照片上的碳化物在不同温度下挤压为各种形态就是如此。注意，加热后的碳化物是很软的。

十三、C曲线是某一含碳量的碳钢，加热后快速冷却到某一恒定温度，再按预定的间隔时间取出，马上快速冷却固定结构而得到的实验总结图。注意，当加热后快速冷却到某一恒定温度，只要这个恒定温度低于723°度，过冷度足够大，就会产生晶体的共析转变线(PSK线)下移200°度到530°度左右，所有含碳量的碳钢均是如此，这也是共析转变线(PSK线)下移的极限。

十四、C曲线中的初转变线与终转变线（包含马氏体）是铁晶体的同素异构转变区间。

十五、C曲线出现“过冷奥氏体”区，是碳原子对面心立方晶体作用的结果，是碳降低晶体转变速度的实际说明。

十六、马氏体是金属同素异构转变过程中的过渡组织，这个过渡组织的过渡区比较窄，就是C曲线的鼻头位置以内，从结构变化上来讲，它是强行脱离晶体的共析转变约束，未完成向体心立方结构转变的过渡组织。获得这个组织的主要动力就是过冷度。

十七、C曲线的C型线旋转90°度，（与温度坐标一起），就是类似的正态分布曲线，以共析转变线530°度为中线对称分布。晶体的共析转变影响上下温度各200°度左右。`共析转变影响晶体生长变化是铁晶体所固有的特性，这个特性的突出表现有三个，一是确定C曲线的鼻头位置；二是确定第一类回火脆性温度区；三是确定第二类回火脆性温度区。注意：（共析钢为例）第一类回火脆性温度区在C曲线的下边缘区240°度以上；第二类回火脆性温度区在C曲线的上边缘区723°度以下。晶体结构变化情况已决定一类、二类回火脆性是否能够通过热处理消除，这是理论根据。

十八、金属淬火开裂的原因，从结构上来讲，它是硬、脆、软三结合的产物，马氏体是硬，渗碳体是脆，奥氏体是软。当马氏体向原有的室温结构恢复时就挤压奥氏体，奥氏体一挤压就变形，渗碳体是一变形就开裂。这就是金属淬火开裂的原因，所以实践上当钢材内部残余奥氏体、渗碳体多时就易产生开裂。