Question

碳素钢的含碳量越高,则其

Answer 1

强度越高，延性越低。

材料学的基本思路是，材料的性能（property）是由组织（microstructure）决定的，而组织是由材料的加工工艺（processing）决定的。

就碳钢来说，通过不同的工艺获得的组织千差万别，产品的强度当然也会有所不同，所以一概而论地说碳钢的屈服极限和强度极限和含碳量成正比是不严谨的。

好比说我拿一块含碳量只有0.4%的淬火马氏体，屈服强度能达到1 GPa，而另一块含碳量1%的珠光体屈服强度也就只有600 MPa左右。但我想题主想探讨的是在同样的组织的情况下，碳含量作为单一变量对材料性能的影响，这里我就用淬火马氏体作为例子来简单说明一下。

首先，马氏体的强度和碳含量在一定范围内的确是成正比的：

随着基体中含碳量的增加，淬火马氏体由最初的板条状（lath martensite）逐渐变为碟片状（plate martensite），边界间距逐渐缩小，而边界的密度逐渐增大，这些边界中存在大量整齐排列的位错，对提高材料强度有很大贡献。

晶界强化的贡献大致类似于Hall-Patch效应，基本上与边界间距平方根成反比。

最后说一下关于碳含量导致材料延伸率降低的问题，换句话说，就是碳含量让钢变脆了，变形能力下降了。

这个很好理解，因为材料的塑性形变在微观尺度就是位错的产生和滑移，当含碳量增加导致材料变强，变硬后，材料内部存在大量缺陷，边界和析出物阻碍位错滑移，而位错密度也几近饱和无法大量增加，材料的形变能力自然会大大下降而变得很脆。