波來鐵

铁碳合金中的相与显微组织
铁碳合金中的相 肥粒鐵（α-Fe） 沃斯田鐵（γ-Fe） 高温铁素体（δ-Fe） 雪明碳鐵（Fe3C） 石墨（C） β铁（β-Fe，实际上并非一种独立的物相） 铁碳合金中的显微组织 平衡态组织 波來鐵（88%肥粒鐵，12%雪明碳鐵） 粒滴斑鐵（波來鐵及渗碳体的共晶混合物，含碳量4.3%） 非平衡态组织 麻田散鐵 變韌鐵 針狀肥粒鐵（acicular α-Fe）
钢
按成分分类 坩埚钢 碳鋼（含碳量≤2.11%） 高碳钢（含碳量0.6~2.11%） 中碳钢（含碳量0.25~0.6%） 低碳钢（含碳量≤0.25%） 合金鋼（含有碳以外的元素） 高合金钢（合金元素含量>10%） 中合金钢（合金元素含量5~10%） 低合金钢（合金元素含量≤5%） 按应用分类 结构钢 碳素结构钢 低合金高强度（HSLA）钢 贝氏体结构钢 马氏体结构钢 双相（DP）钢 机械零件钢 表面强化钢 渗碳钢 渗氮钢 调质钢 易切削钢 彈簧鋼 轴承钢 工模具钢 碳素工具钢 刃具钢 高速钢 模具钢 特殊环境用钢 不鏽鋼（含鉻量≥10.5%） 铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢 马氏体不锈钢 双相不锈钢（由铁素体和奥氏体双相构成） 耐候钢 耐热钢 耐磨钢
其他含鐵材料
铸铁（含碳量>2.11%） 白口铸铁 灰口铸铁 可鍛鑄鐵 球墨鑄鐵 蠕墨铸铁 特种铸铁（合金铸铁） 锻铁（熟铁、工业纯铁，含碳量≤0.04%）

珠光体 （英語：Pearlite），是鋼鐵的一種由铁素体和雪明碳鐵構成的層狀組織。波來鐵中通常含有88%的肥粒鐵和12%的雪明碳鐵，整體的含碳量約為0.8%。波來鐵組織在鋼的顯微組織中是最常見的。

生成

波來鐵的生成，是由含碳量約0.8%的沃斯田鐵，在極慢速的冷卻中，冷卻到攝氏727度時開始產生相變化，而同時析出肥粒鐵和雪明碳鐵，成為波來鐵組織，由於是由單相的固體同時析出兩種相，因此這種變態反應稱為共析反應或共析變態，而含碳量0.8%的鋼，就稱為共析鋼。若是含碳量較低的情況，會在較高溫時先開始析出肥粒鐵，而使剩餘未發生變態的沃斯田鐵含碳量逐漸提高，到了共析點時開始生成波來鐵，這種含碳量低於波來鐵的鋼，就稱為亞共析鋼。而若含碳量較高，則會先析出雪明碳鐵，使沃斯田鐵的含碳量逐漸降低，到了共析點時開始生成波來鐵，這種鋼就稱為過共析鋼。

性质原理

波來鐵之所以會形成層狀組織，依據R. F. Mehl的理論，發生共析反應時，會有雪明碳鐵的核從沃斯田鐵的晶界生成，以薄片狀向沃斯田鐵晶粒內生長，由於雪明碳鐵的含碳量較高，在生成時會從周圍的沃斯田鐵吸收碳，因此逐漸生成肥粒鐵，而肥粒鐵只能固溶很少的碳，因此產生將碳向外推擠的效應，使側面的沃斯田鐵再析出雪明碳鐵的核，而生成雪明碳鐵薄片，如此反覆進行，往縱向持續生長，而往橫向一層一層地增加，最後就完全取代整個沃斯田鐵晶粒，而成為雪明碳鐵和肥粒鐵一層夾一層的層狀組織。而M. Hillert則認為，波來鐵的橫向生長，是因為在縱向生長中產生分枝，而得到的橫向生長效果。目前學界對於波來鐵的核仍有所爭論，一般認為過共析鋼的波來鐵核是雪明碳鐵，亞共析鋼則是肥粒鐵，不過也有人認為不會形成肥粒鐵的核。

依據冷卻速率的不同，波來鐵組織的層間距離也會有所不同。當冷卻速率較慢，例如放置在爐中冷卻時，生成的肥粒鐵和雪明碳鐵組織較粗，因此稱為粗波來鐵；放置於空氣中冷卻時，由於冷卻速率較爐冷快，生成的波來鐵組織較細，稱為中等波來鐵或糙斑鐵（sorbite）；而在油中冷卻時，冷卻速率更快，生成的波來鐵組織更細，就稱為細波來鐵或吐粒散鐵（troostite）。細波來鐵的機械性質較粗波來鐵好，而中波來鐵則介於兩者之間。根據Zener的研究，波來鐵的最小層間距離為：

$S_{\text{min}}\,=\,{\frac {2\sigma }{\rho }}{\frac {T_{e}}{\Delta \!H(T_{e}-T)}}$

其中，T_e為平衡共析溫度，T為變態溫度，ΔH為波來鐵的生成熱，σ為肥粒鐵與雪明碳鐵界面單位面積的界面能，ρ為波來鐵的密度。會產生變動的基本上就是變態溫度，故由式中可知，變態溫度愈低，則波來鐵愈細，因此將冷速加快，使其在較低溫時生成細波來鐵時，獲得的機械性質也會比較好。

參考資料

1. 黃振賢，《機械材料》修訂二版，新文京開發出版股份有限公司，2003年。
2. 黃振賢，《金屬熱處理》十八版，新文京開發出版股份有限公司，2000年。