鐵碳合金

1、第四章 鐵 碳 合 金,,鐵 碳 合 金,§1 鐵碳合金相圖 §2 典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程 §3 碳鋼,§1 鐵碳合金相圖,一、鐵碳合金相圖中組元的性質(zhì)和相的類型 二、鐵碳相圖分析1．特性點(diǎn) 2．特性線 三、鐵碳合金相圖的應(yīng)用,一、鐵碳合金相圖中組元的性質(zhì)和相的類型,1. 組元的性質(zhì) 2. 鐵與碳相互作用構(gòu)成的基本相,1.組元的性質(zhì) ——多晶型性,純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變:室溫

2、~912℃ 體心立方（b、c、c） 稱912℃~1394℃ 面心立方（f、c、c） 稱1394℃~熔點(diǎn) 體心立方（b、c、c） 稱,,,,,2. 鐵與碳相互作用構(gòu)成的基本相,鐵素體 鐵素體是碳在 中形成的固溶體。 奧氏體 奧氏體是碳在 中形成的固溶體 滲碳體 滲碳體是鐵和碳相互作用形成的具有復(fù)雜晶格的間隙化合物，分子式Fe3C，是鐵碳相圖中的另一個(gè)組元 。,典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程

3、,鐵碳合金分類典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析碳對鐵碳合金平衡組織和性能的影響相圖的實(shí)際應(yīng)用,二、鐵碳相圖分析,1．特性點(diǎn) 2．特性線,Fe-Fe3C相圖,圖4-1 Fe-Fe3C相圖,§2 典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析,一、鐵碳合金按其含碳量及室溫組織分類 二、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析 三、碳對鐵碳合金平衡組織和性能的影響 四、相圖的實(shí)際應(yīng)用,一、鐵碳合金按其含碳量及室溫組織分類,純鐵 鋼亞共析鋼共析鋼過共析鋼

4、白口鑄鐵 亞共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵,典型鐵碳合金結(jié)晶過程圖,,,圖4-2,二、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析,1.含碳0.01%的工業(yè)純鐵 2.含碳0.77%的共析鋼（合金②） 3.含碳0.40%的亞共析鋼（合金③） 4.含碳1.2%的過共析鋼（合金④） 5.含碳4.3%的共晶白口鐵(合金⑤） 6.含碳3.0%的亞共晶白口鐵(合金⑥）7.含碳5.0%的過共晶白口鐵（合金⑦）,1.含碳0.01%的工業(yè)純鐵,,,,,

5、,圖4-3 工業(yè)純鐵結(jié)晶過程,工業(yè)純鐵組織金相圖,圖4-4,2. 0.77%共析鋼結(jié)晶過程,,,圖4-5 共析鋼結(jié)晶過程示意圖,共析鋼金相組織圖,,圖4-6,3.亞共析鋼結(jié)晶過程,,,圖4-7亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖,亞共析鋼組織金相圖,圖4-8,4.1.2%C的過共析鋼的結(jié)晶過程,,,圖4-9 過共析鋼的結(jié)晶過程,過共析鋼組織金相圖,圖4-10,鐵碳合金組織特征圖,(a) 0.01%C鐵素體500×,(c).0.77%C珠

6、光體 500×,(b) 0.45%C鐵素體+珠光體 500×,d). 1.2%C 鐵素體+二次滲碳體 500×,圖4-11,5. 共晶白口鐵的結(jié)晶過程,,,圖4-12 共晶白口鐵的結(jié)晶過程示意圖,共晶白口鐵組織金相圖,圖4-13,6.亞共晶白口鐵結(jié)晶過程,,,圖4-14 亞共晶白口鐵結(jié)晶過程示意圖,亞共晶白口鐵組織金相圖,,圖4-15,7.過共晶白口鐵結(jié)晶過程,,,圖

7、4-16 過共晶白口鐵結(jié)晶過程示意圖,過共晶白口鐵組織金相圖,圖4-17,三、碳對鐵碳合金平衡組織和性能的影響,含碳量對平衡組織的影響 含碳量對鐵碳合金機(jī)械性能的影響,含碳量對平衡組織的影響,鐵碳合金隨含碳量增高，其組織發(fā)生如下變化：（沿F晶界分布的基片）→共析滲碳體（分布在鐵素體內(nèi)的片層狀）→ （沿A晶界呈網(wǎng)狀分布）→共晶滲碳體（為萊氏體的基體）→ （分布在萊氏體上的粗大片狀）。,,,,,,,,,,含碳量對平衡組織的

8、影響,圖4-18 含碳量對平衡組織的影響示意圖,含碳量對鐵碳合金機(jī)械性能的影響,,,圖4-19含碳量對鐵碳合金機(jī)械性能的影響,四、相圖的實(shí)際應(yīng)用,1．為選材提供成分依據(jù) 2．為制定熱加工工藝提供依據(jù),1．為選材提供成分依據(jù),若零件要求塑性，韌性好，如建筑結(jié)構(gòu)和容器等，應(yīng)選用低碳鋼（0.10~0.25%C）；若零件要求強(qiáng)度、塑性、韌性都較好，如軸等，應(yīng)選用中碳鋼（0.25~0.60%C）；若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，應(yīng)選用高

9、碳鋼（0.6~1.3%C）。白口鐵具有很高的硬度和脆性，應(yīng)用很少，但因其具有很高的抗磨損能力，可應(yīng)用于少數(shù)需要耐磨而不受沖擊的零件，如：拔絲模、軋輥和球磨機(jī)的鐵球等。,2.為制定熱加工工藝提供依據(jù),對鑄造：確定鑄造溫度；根據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計(jì)鑄造性能的好壞.對于鍛造：確定鍛造溫度。對焊接：根據(jù)相圖來分析碳鋼焊縫組織，并用適當(dāng)熱處理方法來減輕或消除組織不均勻性。對熱處理：相圖更為重要，這在下面一章中詳細(xì)介紹。,

10、7;3 碳 鋼,一、鋼中常存雜質(zhì)元素對鋼的性能的影響 二、鋼錠的組織與缺陷 三、碳鋼的分類、編號和用途,一、鋼中常存雜質(zhì)元素對鋼的性能的影響,1．Mn 2．Si 3．S 4．P 5．O 6．N 7．H,二、鋼錠的組織與缺陷,1．鎮(zhèn)靜鋼是鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵、鋁進(jìn)行充分脫氧，注入模子后，鋼液不發(fā)生碳—氧反應(yīng)而處于鎮(zhèn)靜狀態(tài)，故稱鎮(zhèn)靜鋼。2．沸騰鋼是在冶煉后期將鋼液用少量錳鐵輕度脫氧，鋼液氧含量較高，注入錠模后發(fā)

11、生碳—氧反應(yīng)，析出大量的CO氣體，引起鋼液沸騰，故稱為沸騰鋼。3．鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用各有優(yōu)缺點(diǎn)：①沸騰鋼成本低，成材率高；②沸騰鋼表面質(zhì)量好，沖壓性能好，焊接性能好；③鎮(zhèn)靜鋼的鋼材質(zhì)量好。機(jī)械性能好。因此，凡要求沖壓性能好，含碳量較低的普通結(jié)構(gòu)件都選用沸騰鋼，如建筑用鋼、汽車外殼用深沖鋼板等。凡是重要的結(jié)構(gòu)件如鍋爐、化工容器用鋼和機(jī)械上需經(jīng)熱處理的受力零件用鋼都選用鎮(zhèn)靜鋼。,三、碳鋼的分類、編號和用途,碳鋼的分類

12、碳鋼的牌號和用途,碳鋼的分類,按含碳量分類低碳鋼中碳鋼高碳鋼按質(zhì)量分類 普通碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼 按用途分類 碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素工具鋼,碳鋼牌號和用途,普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素工具鋼,普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號和用途,Q+數(shù)字 表示牌號,Q235表示屈服點(diǎn)是235MPa,Q235-A·F,表示屈服點(diǎn)為235的A級沸騰鋼。制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等鋼結(jié)構(gòu)，也可制造普通的鉚

13、釘、螺釘、螺母、墊圈、地腳螺栓、軸套、銷軸等等,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號和用途,兩位數(shù)字表示鋼材中的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)的數(shù)字 ,20鋼表示平均含碳量為0.20%,15Mn：表示鋼材中的含錳量比較高 。08、08F、10、10F鋼，塑性、韌性好，具有優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機(jī)上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機(jī)駕駛室等；15、20、25鋼用于制作尺寸較小、負(fù)荷較輕、表面要求耐磨、心部強(qiáng)度要求不高的滲碳

14、零件，如活塞鋼、樣板等；30、35、40、45、50鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機(jī)械性能，即具有較高的強(qiáng)度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件；55、60、65鋼熱處理（淬火+高溫回火）后具有高的彈性極限，常用作彈簧。,碳素工具鋼牌號和用途,數(shù)字表示鋼材中平均含碳量千分?jǐn)?shù)的數(shù)值, T10A表示平均含碳量為1.0%,A表示高級優(yōu)質(zhì)鋼碳素工具鋼用于制造各種量具、刃具、模具等。碳素工具鋼經(jīng)熱處理（淬火+低溫回火）后具有高硬