蒋森春-原创金属学理论

      我们学工科与电机的都知道，碳钢是导磁的，含碳量越大，磁阻越大；温度越高，磁阻越大。同样是铁，铁素体时就导磁，奥氏体时就不导磁，这是什么原因呢？？？教科书有核外电子排列论学说，但都不使人确信！因为都是铁，为何出现导磁与不导磁现象！材料的学说有一个原则，叫“材料的结构决定性能”，用于铁时就是，铁的晶体结构决定其导磁性能！铁的导磁与不导磁，只是铁的一个性能。那么铁对于导磁现象，如何用铁的结构来说明呢？
       结构的说明是：奥氏体的面心立方结构不导磁，铁素体的体心立方结构导磁，马氏体导磁，但磁阻很大。因为，面心立方结构的晶胞体积很大，最主要的是其晶胞是空心的，空心阻止磁力线通过；体心立方结构的晶胞体积只有面心的一半，最主要的是其晶胞是实心的，实心就允许磁力线通过；马氏体结构也属于实心，但马氏体的晶胞体积最大，空间阻止磁力线通过，所以磁阻大；渗碳体晶胞空大，是弱导磁，所以渗碳体越多，磁阻越大！面心立方结构、体心立方结构中间的是马氏体过渡结构，其马氏体结构是磁导阻方面的面心立方结构与体心立方结构中间的过渡桥梁。

再谈贝氏体，教科书中讲，贝氏体也是晶粒细化，对！就是晶粒细化，实际硬度就是晶粒细化导致的，绝不是渗碳体弥散强化的原因。为什么这么说呢？第一，试验中，碳钢从高温降温时，其体积是下降，表明晶粒的体积在缩小；第二，同一晶格结构下，纯铁912度高温转变后的硬度低于碳钢727度转变后的硬度，而淬火时的高温转变的硬度低于中温转变的硬度，实际现象表明，体心立方结构下，晶粒越小，硬度越高。第三，金相的实际检测结果也表明，贝氏体是其晶粒细化了。这就是结构决定性能。

对于马氏体，我确定是过渡结构，是晶格的面心立方结构向体心立方结构转变过程中的一个结构，实际上在高温时也有两个温度出现马氏体，只不过那时的转变速度非常、非常地快，人类还获取不了马氏体，就是纯铁的912度的面心向体心结构转变与共析转变时的转变，这两个转变都是有一个转变过程，转变过程中就是马氏体过渡结构，就是转变过程太快了。

对于晶轴与枝晶，搞铸铁与炼钢的人都知道，对于搞热处理的人，很少有人知道，对于碳钢，晶轴与枝晶好像根本不存在，所以就不知道。实际碳钢是存在的，就是太小了，需放大镜看。那么，为什么碳钢枝晶很小，而铸铁枝晶就大呢？而且貌视碳钢没有枝晶！有人直接回答:铸铁含碳量大，所以有枝晶！
      铸铁含碳量大，所以有枝晶！这个回答好像正确，但只是一个表面现象存在的认识的回答，是看图说话式的回答。必须从原理上、结构上回答！从晶体结构上看，奥氏体、铁素体的密度都小于渗碳体的密度，渗碳体是疏松的晶体；从金相照片上看，中、低碳钢的渗碳体是单独存在的，高碳钢的渗碳体是围绕晶粒呈不规则的网状的，而铸铁的渗碳体是呈直线的互相连接，将铁晶粒分隔开来，使铁晶粒成为独立的，加上渗碳体组织疏松，在一定的条件下，利于晶粒枝晶的生长。而碳钢是铁晶粒都集聚在一起，碳原子又少，铁原子不会损失，就不会有枝晶的长大。
      

       金属铁的结晶过程是我们认识铁的最重要的理论，当铁中有了碳原子时，就是铁碳图，铁碳图是一个试验总结图，它本身并不说明什么，而是靠人们去认识它！
       当今教科书是说，铁在多少温度与多少含碳量时，它就是什么相，有单相区、双相区，有固相线，共析线；相的转变沿GS线滑移，到S共析的就发生共析转变；SE线是二次渗碳体析出线。CD线是一次渗碳体析出线，等等。这是铁碳图上表现什么就说什么，应该是一个看图说话的理论吧！沿GS线滑移之说，应该是顺杆爬吧！
      我的理论告诉人们，纯铁与碳钢的晶粒是如何生长变化的，懂得了晶粒的生长变化过程，就懂得了金属铁。

当代的金属理论对奥氏体、铁素体的定义是:碳原子在各自晶格的间隙处，是固溶体。在理论上，一个定义的确定，需要确凿的事实证据，但奥氏体、铁素体的定义没有任何证据的支持！
奥氏体、铁素体的定义是完全错误的，我们以教科书上的参数数据说话，面心结构下的奥氏体的最大间隙是52pm，体心结构下的铁素体的最大间隙是36pm,但碳原子的半径为91pm，共价半径为77pm，都大于面心与体心的晶格间隙，说明碳原子从数据上就说明是不可能固溶在晶格的间隙处！也有人认为，碳原子就在间隙处，你看晶胞都变形了，就是碳原子所为，实际上，我们知道，铁原子之间是靠金属键连接的，金属键的连接力是很大的，碳原子是冲不破金属键的联接力的。只有晶格有缺陷、铁原子之间失去金属键力时，才能有碳原子的插入位置。你们说，数据说话对吗？数据不会错的，都是教科书上的数据。

奥氏体、铁素体还有可笑的事，举例说吧，现代教科书上有奥氏体、铁素体的教学用模型图，用于教学时给学子们讲解奥氏体、铁素体的结构。可笑之一，不考虑铁与碳原子各自体积的大小，碳与铁原子在自然界不能单独存在，都是以共价的形式存在，共价碳的半径是77pm，共价铁的半径是117pm，两个的体积相差不大，但教学用模型图上，却把两个的大小绘制的相差很大，像一个足球与兵乓球的大小比例。可笑之二，不考虑晶格间隙的大小，面心立方结构下的最大间隙是52pm,体心立方结构下的最大间隙是36pm,碳原子的共价半径是77pm，大于晶格间隙，不可能在间隙上含碳。可笑之三，不考虑实际铁晶体含碳量的多少，教学用的奥氏体模型，其铁原子为13个，碳原子为13个，说明铁的含碳量可为50%。教学用的铁素体模型，其铁原子为9个，碳原子为18个，说明铁的含碳量可为200%。这与实际铁的含碳量差别巨大。可笑之四，不考虑金属键的作用，铁原子之间的联接是靠金属键，金属键的联接力很大，教科书上有试验数据，碳原子不可能破坏金属键而去插入到晶格间隙处，除非碳原子之间没有了金属键的联接力，也就是晶格缺陷存在时，才会有碳原子插入的可能。

铁原子之间的连接，是靠金属键连接，金属键维持了晶粒内部铁原子之间的结合。金属键在一定的距离范围内有很大的连接力，这在教科书上有试验的数据，我记得，曾讲过，若铁只是一个晶粒，其机械性能将是非常优良的。金属键的概念与在晶粒内部的实际作用，教科书只在书的开篇提了一下，以后再没有提过。
若铁原子之间的距离超出金属键连接力的作用范围，那么铁原子之间就没有了金属键，晶格的缺陷就造成铁原子之间的距离超出了金属键连接力的作用范围，使铁原子之间失去金属键。没有了金属键，这就有了碳原子进入缺陷处的条件，这是铁晶粒溶碳必须的条件！

金属键属于化学键的一种，是靠金属离子之间的静电吸引力组合而成。金属键的强弱与金属价电子数有关，价电子数越多，金属键越强。铁的金属键价电子很多。所以金属键很强。这是教课书本上已介绍了，值得提出的是，碳原子冲不破金属键的静电吸引力，不会留存在晶格间隙处，只能是当铁原子之间没有金属键时，即晶格出现缺陷时，才有可能存于晶粒的内部。

我们已讨论到铁结构的原子级，值得提出提醒的是，碳原子只是少数的个别现象，例如：铁晶格的缺陷是个别现象，铁晶粒的含碳随之就是少量，奥氏体只是在727度时，最大是0.77%；铁素体时，最大是0.0218%。铁晶粒的含碳，打个比喻，含碳的局部，就相当于，大海上的几条船。