碳钢和铸铁是工业上应用最广泛的金属材料，它们的性能与组织有密切的联系。熟悉并掌握铁碳合金的组织，对于合理使用钢铁材料具有十分重要的实际指导意义。

1.碳钢和白口铸铁的平衡组织

平衡组织一般是指合金在极为缓慢冷却的条件下（退火状态）所得到的组织。铁碳合金在平衡状态下的显微组织可以根据Fe—Fe₃C相图（图1）来分析。从相图可知，所有碳钢和白口铸铁在室温时的显微组织均由铁素体（F）相和渗碳体（Fe₃C）相所组成。但是，由于碳含量的不同，结晶条件的差别，铁素体和渗碳体相的相对数量、形态、分布和混合情况均不一样，因而呈现各种不同特征的组织组成物。

试样经磨制、抛光，经2%~4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在金相显微镜下观察，铁碳合金在平衡状态下的显微组织如下。

（1）纯铁：室温平衡组织为F。F呈白色块状，强度低、硬度低。

（2）亚共析钢：室温平衡组织为F+P。F呈白色块状；P呈层片状，放大倍数不高时P呈黑色块状。碳含量的亚共析钢，室温平衡组织中的F常呈白色网状，包围在P周围。

（3）共析钢：室温平衡组织为P。由铁素体片和渗碳体片相互交替排列形成的层片状组织。在600倍以上观察时。宽条铁素体和细条渗碳体都呈包亮色，它们的边界呈黑色。在400倍左右观察时，渗碳体呈黑线条，珠光体为白色铁素体片和黑色细条渗碳体相间的二相混合物。在200倍以下观察时，珠光体呈黑色块状。

（4）过共析钢：室温平衡组织为Fe₃C_Ⅱ+P。Fe₃C_Ⅱ呈网状分布在层片状P周围。

（5）亚共晶白口铸铁：室温平衡组织为Fe₃C_Ⅱ+P+Ld′。网状Fe₃C_Ⅱ分布在粗大块状P的周围，Ld’则由条状或粒状P和Fe₃C基体组成。

（6）共晶白口铸铁：室温平衡组织为Ld′，由黑色条状或粒状P和白色Fe₃C基体组成。

（7）过共晶白口铸铁：室温平衡组织为Fe₃C_Ⅰ+Ld′。Fe₃C_Ⅰ呈长条状。

工业纯铁强度低，硬度低，不宜用作结构材料。碳钢的强韧性较好，应用广泛。白口铸铁的室温平衡组织中含有莱氏体，硬度高、脆性大，应用较少。

2.组成的特征

（1）铁素体（F）F是碳溶于的间隙固溶体。F为体心立方晶格，具有磁性及良好的塑性，硬度较低，一般为80～120HBS，经3%～5%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白色晶粒。随着钢中碳含量的增加，铁素体量减少。铁素体量较多时呈块状分布。当钢中碳含量接近共析成分时，铁素体往往呈断续的网状，分布于珠光体的周围。

（2）渗碳体（Fe₃C）Fe₃C是铁与碳形成的复杂结构的间隙化合物。它的碳质量分数为6.69%，抗浸蚀能力较强，经3%～5%硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色；如用碱性苦味酸钠溶液（5g苦味酸+25g氢氧化钠+100ml水，在60℃浸蚀15min）浸蚀后，Fe₃C则呈黑色。。一次渗碳体（Fe₃C_Ⅰ）是直接从液体中析出的，呈长白条状，分布在莱氏体之间。二次渗碳体（Fe₃C_Ⅱ）是由奥氏体中析出的，数量较少。Fe₃C_Ⅱ沿奥氏体晶界析出，在奥氏体转变成珠光体后，他呈网状分布在珠光体边界上。另外，经不同的热处理后，渗碳体可以呈片状、粒状或继续网状。渗碳体的硬度很高，可达800HBW以上，它是一种硬而脆的相，强度和塑性都很差。三次渗碳体（Fe₃C_Ⅲ）是由铁素体中析出的数量极少，往往予以忽略，珠光体之中的共析渗碳体呈片状，它使珠光体的强度较高。莱氏体中的共晶渗碳体作为莱氏体的基体，使莱氏体的硬度高、脆性大、塑性极差。各试样平衡状态下显微组织如图2所示。

3.亚共析钢的碳含量和性能的估算

亚共析钢的室温平衡组织为F+P。随着碳含量的增加，F的含量在减少，P的含量逐渐增加。亚共析钢的碳含量可由其室温平衡组织来估算。若将F中的碳含量忽略不计，则钢中的碳全部在P中，因此由钢中P的质量分数可估算出钢中碳的质量分数，即

由于P和F的密度相近，钢中P和F的质量分数可以近似用在显微镜中观察到的P和F的面积分数来代替。