金 属 材 料
金属材料是制造特种设备最常用的材料。作为特种设备的焊接人员，应了解材料方面的有关知识。
一、金属材料基础知识
（一）金属的晶体结构
所有固态金属都是晶体，晶体结构的排列如图2-1所示。
晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的金属晶格如图2-2所示。
1）体心立方晶格，属于此类的金属有α-Fe、δ-Fe、Cr、V、β-Ti等。
2）面心立方晶格，属于此类的金属有γ-Fe、A1、Cu、Ni等。
3）密排六方晶格，属于此类的金属有 Mg、Zn、α-Ti等。
（二）铁碳合金的基本组织
铁碳相图又称铁碳平衡图或铁碳合金状态图。它以温度为纵坐标，碳含量为横坐标，表示在接近平衡条件（铁-碳）和亚稳条件（铁-碳化铁）下（或极缓慢的冷却条件下）以铁、碳为组元的二元合金在不同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。Fe-Fe，C 相图由包晶、共晶、共析三个基本反应组成，图2-3所示为Fe-Fe，C相图。表2-1为 Fe-Fe。C相图中各相点的特性。
铁碳合金相图明确反映出碳含量、温度与组织状态的关系，是研究钢铁的重要依据，也是铸造、锻造及热处理工艺的主要理论依据。它的许多基本特点即使对于复杂合金钢也具有重要的指导意义，如在简单二元 Fe-C系中出现的各种相，往往在复杂合金钢中也存在。当然，需要考虑到合金元素对这些相的形成和性质的影响，因此研究所有钢铁的组成和组织问题都必须从铁碳相图开始。工程上依据Fe-Fe;C相图把铁碳合金分为三类，即工业纯铁、钢和铸铁。
碳含量对钢铁的性质有决定性的影响。例如，钢的碳含量低，其性质是"强而韧"，而普通铸铁的碳含量高，其性质是"弱而脆"。
Fe-Fe3C合金中的相结构主要有奥氏体A、铁素体F、渗碳体（Fe。C）、珠光体P、马氏体M、贝氏体、魏氏组织、δ相（高温下的铁素体）和σ相等。
1. 奥氏体A
奥氏体是碳在γ-Fe 中的固溶体，在合金钢中是碳和合金元素溶解在y-Fe中的固溶体。奥氏体塑性很高，硬度和屈服点较低，布氏硬度值一般为（170～220）HBW，是钢中比体积最小的组织。奥氏体在1148℃时可溶解碳为2.11%（质量分数），在727℃时可溶解碳为0.77%（质量分数）。
奥氏体仍然保持γ-Fe 的面心立方晶格，在金相组织中呈现为规则的多边形。
2.铁素体F
铁素体是碳与合金元素溶解在 α-Fe中的固溶体。
铁素体性能接近纯铁，硬度低（约为80～100HBW），塑性好。固溶有合金元素的铁素体能提高钢的强度和硬度。在727℃时，碳在铁素体中的溶解度为0.022% （质量分数），在常温下碳含量为0.008%（质量分数）。
铁素体仍然保持α-Fe 的体心立方晶格，在金相组织中具有典型纯金属的多面体金相特征。
3.渗碳体（Fe3C）
渗碳体是铁和碳的化合物，又称碳化铁，常温下铁碳合金中碳大部分以渗碳体存在。根据铁碳相图，渗碳体可分为∶
1）一次渗碳体，是沿CD线由液体中结晶析出，多呈柱状。
2）二次渗碳体，是从γ固溶体中沿ES线析出的，多以白色网状出现。
三次渗碳体是从α固溶体中沿PO线析出的，多以白色网状出现。
渗碳体在低温下有弱磁性，高于217℃时磁性消失。渗碳体的熔化温度约为1600℃，碳含量为6.67%（质量分数），硬度很高（约为>700HBW），脆性很大，塑性近乎于零。
4.珠光体P
珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，是碳含量为0.77% （质量分数）的碳钢共析转变的产物，由铁素体和渗碳体相间排列的片层状组织。
珠光体的片间距取决于奥氏体分解时的过冷度，过冷度越大形成的珠光体片间距越小。按片间距的大小，又可分为珠光体、索氏体和托氏体。由于它们没有本质上区别，统称为珠光体。
铁素体、珠光体、渗碳体的力学性能见表2-2。
