第三章_鐵碳合金相圖和碳鋼

1、第三章第三章 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 第一節(jié)第一節(jié) 純鐵、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)及其性能純鐵、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)及其性能 第二節(jié)第二節(jié) Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相圖 第三節(jié)第三節(jié) 含碳量對(duì)碳鋼組織與性能的影響、碳鋼含碳量對(duì)碳鋼組織與性能的影響、碳鋼 第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金的組元及基本相鐵碳合金的組元及基本相 一、純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一、純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ( (重結(jié)晶重結(jié)晶) ) 純鐵的純鐵的力學(xué)性能特點(diǎn)力學(xué)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度、硬度低，塑性、：強(qiáng)度、硬度低，塑性、 韌性好，一般不用于結(jié)構(gòu)件。韌性好，一般不用于結(jié)構(gòu)件。 Fe是元素周期表中第是元素周期表中第26號(hào)元素，相對(duì)分子號(hào)元素，相對(duì)

2、分子 質(zhì)量質(zhì)量56、熔點(diǎn)、熔點(diǎn)1538。 磁性轉(zhuǎn)變：磁性轉(zhuǎn)變： 770 770 C C以上無(wú)磁性以上無(wú)磁性 770 770 C C以下有磁性以下有磁性 觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化：觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化： 770 無(wú)鐵磁性無(wú)鐵磁性 鐵磁性鐵磁性 1394 C912 C - Fe - Fe - Fe 所謂同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，是指金屬在結(jié)晶成固態(tài) 之后繼續(xù)冷卻的過(guò)程中晶格類(lèi)型隨溫度下降而發(fā) 生變化的現(xiàn)象，也稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，又稱重結(jié)晶。 觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化：觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化： 磁性轉(zhuǎn)變：磁性轉(zhuǎn)變： 7 770 70 C C以上無(wú)磁性，以上無(wú)磁性，7 770 7

3、0 C C以下有磁性以下有磁性 1538平臺(tái)是鐵的結(jié)晶溫度。結(jié)晶后是體心立方晶格Fe。 1394平臺(tái)是Fe在固態(tài)下第一次同素異晶轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變?yōu)槊?心立方的Fe。 912平臺(tái)是Fe的第二次同素異晶轉(zhuǎn)變。變成體心立方的 Fe 。 770時(shí)出現(xiàn)第四個(gè)平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的溫度稱為居里點(diǎn)。 它不是同素異晶轉(zhuǎn)變，因?yàn)闆](méi)有晶格類(lèi)型的變化。只是Fe 原子的外層電子排列的變化引起Fe的磁性狀態(tài)的改變。使 Fe由順磁性變成鐵磁性，使透磁率增加數(shù)萬(wàn)倍。晶格類(lèi)型 雖然仍是體心立方，但是晶格常數(shù)減小了。由0.293nm變成 0.233nm。這種具有鐵磁性的體心立方晶格的鐵稱為Fe。 關(guān)于純鐵冷卻曲線的總結(jié)關(guān)于純鐵冷卻曲線

4、的總結(jié) 二、鐵碳合金中的基本相二、鐵碳合金中的基本相 FeFe和和C C L L相（液相）：液態(tài)下無(wú)限互溶、成分均勻相（液相）：液態(tài)下無(wú)限互溶、成分均勻 固溶體相：固溶體相：C C溶于溶于FeFe中形成中形成 F F、A A等等 金屬化合物相：金屬化合物相：FeFe與與C C化合形成化合形成FeFe3 3C C 鐵碳合金中的鐵碳合金中的組元組元：FeFe、C C 鐵與碳相互作用形成的主要組織有以下幾種：鐵與碳相互作用形成的主要組織有以下幾種： 鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體 1 1）鐵素體）鐵素體 定義：碳溶于定義：碳溶于a-Fea-Fe中形成的間

5、隙固溶體中形成的間隙固溶體, ,以以F F或或表示；表示； 性能：性能：鐵素體的塑性、韌性很好（=3050%、 aKU=160200Jcm2），但強(qiáng)度、硬度較低(b=180 280MPa、s=100170MPa、硬度為5080HBS)。其力學(xué)性其力學(xué)性 能幾乎與純鐵相同。能幾乎與純鐵相同。 結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)。 成分：鐵素體的溶碳能力很低，室溫時(shí)溶解度成分：鐵素體的溶碳能力很低，室溫時(shí)溶解度Wc0.0008 0，最大溶解度在，最大溶解度在727，Wc0.0218。 組織：鐵素體的組織為多邊形晶粒。組織：鐵素體的組織為多邊形晶粒。 結(jié)構(gòu) 體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu) 鐵素體鐵素體

6、 2 2）奧氏體）奧氏體: : 定義：碳溶于 -Fe中的間隙固溶體；用A或 表示。 結(jié)構(gòu)：面心立方晶格， 成分：溶碳能力比鐵素體大，在727時(shí)，wc0.77， 最大溶解度在1148時(shí)，wc2.11。 性能：奧氏體常存在于727以上，是鐵碳合金中重要 的高溫相，強(qiáng)度和硬度不高，但塑性和韌性很好 (b400 MPa、4050%、硬度為160200HBS)， 易鍛壓成形。鋼材熱加工都在 區(qū)進(jìn)行。 組織：為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。 結(jié)構(gòu) 面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu) 奧氏體奧氏體 3 3）滲碳體滲碳體（FeFe3 3C C） 定義定義：鐵與碳形成的金屬化合物，是鋼鐵中的強(qiáng)化相，鐵與碳形成的金屬化合物，

7、是鋼鐵中的強(qiáng)化相，高高 溫下可分解，溫下可分解， Fe3C 3Fe+CFe3C 3Fe+C( (石墨石墨) ) 。 成分與性能成分與性能：滲碳體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69%，熔點(diǎn)為 1227，硬度很高(800HBW)，塑性和韌性極低(0、 aKU0)，脆性大。滲碳體是鋼中的主要強(qiáng)化相，其數(shù)量、 形狀、大小及分布狀況對(duì)鋼的性能影響很大。 由于碳在由于碳在 -Fe-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在中的溶解度很小，因而常溫下碳在 鐵碳合金中主要以鐵碳合金中主要以FeFe3 3C C或石墨的形式存在?；蚴男问酱嬖凇?結(jié)構(gòu) 4)4)珠光體珠光體 ( P )( P ) 珠光體(pearlite)是由鐵

8、素體和滲碳體組成的多 相組織，用符號(hào)P表示。 珠光體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.77%，由于珠光 體組織是由軟的鐵素體和硬的滲碳體組成，因此， 它的性能介于鐵素體和滲碳體之間，即具有較高 的強(qiáng)度(b=770MPa)和塑性(=2025%)，硬度 適中（180HBS）。 5)5)萊氏體萊氏體 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%的液態(tài)鐵碳合金冷卻到 1148時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的多相 組織稱為萊氏體(ledeburite)，用符號(hào)Ld表示。 在727以下萊氏體由珠光體和滲碳體組成， 稱為變態(tài)萊氏體，用符號(hào)Ld表示。 萊氏體的性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性 很差。 第第 二二 節(jié)節(jié) 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖

9、 鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物： FeFe3 3C C、 FeFe2 2C C、 FeCFeC，它們都可以作為純組元看待。，它們都可以作為純組元看待。 含碳量大于含碳量大于FeFe3 3C C成分（成分（6.69%6.69%）時(shí)，合金太脆，已）時(shí)，合金太脆，已 無(wú)實(shí)用價(jià)值。無(wú)實(shí)用價(jià)值。 實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe- FeFe- Fe3 3C C相圖相圖。 一、一、Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖的建立相圖的建立 三種恒溫轉(zhuǎn)變?nèi)N恒溫轉(zhuǎn)變 包晶轉(zhuǎn)變:成分為H點(diǎn)的固相，與它周?chē)?分為B點(diǎn)的液相L，在一定的溫度時(shí)，固 相與L

10、液相相互作用轉(zhuǎn)變成成分是J點(diǎn)的另 一新相固溶體，這一轉(zhuǎn)變叫包晶轉(zhuǎn)變或包 晶反應(yīng)。即HJB-包晶轉(zhuǎn)變線. 簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖相圖 A C D E F G S P Q 1148 727 L A L+A L+ Fe3C 4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%C Fe Fe3C T ( A+Fe3C ) Ld Ld+Fe3C A+Ld+Fe3C F A+F A+ Fe3C ( F+ Fe3C ) P P+F 0.77%C P+Fe3C Ld Ld+Fe3CP+Ld+Fe3C K 共晶相圖共晶相圖 共析相圖共析相圖 勻晶相圖勻晶相圖 ( P+Fe3C ) F

11、e - Fe3C Fe - Fe3C 相圖的分析提綱相圖的分析提綱 五個(gè)重要的成份點(diǎn)五個(gè)重要的成份點(diǎn): P: P、S S、E E、C C、F F。 四條重要的線四條重要的線: ECF: ECF、ESES、GSGS、PSKPSK。 三個(gè)重要轉(zhuǎn)變?nèi)齻€(gè)重要轉(zhuǎn)變: : 包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共晶轉(zhuǎn)變反包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共晶轉(zhuǎn)變反 應(yīng)式、共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。應(yīng)式、共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。 兩個(gè)重要溫度兩個(gè)重要溫度: 1148 : 1148 、727 727 。 1.包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式: LB + H AJ 1495 2.共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式: LC ( AE + Fe3C ) Le 1148 3.共析轉(zhuǎn)變

12、反應(yīng)式共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式: AS ( FP + Fe3C ) P 727 二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析 1. 1. 特性點(diǎn)特性點(diǎn) L LJ J N N G G +Fe+Fe3 3C C +Fe+Fe3 3C C L L+Fe+Fe3 3C C L+L+ + + (3)(3)鋼、鐵分界點(diǎn)鋼、鐵分界點(diǎn)E E（2.11%C2.11%C） (1)(1)共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)C C 1148, 4.3%C 1148, 4.3%C 共晶成分共晶成分 反應(yīng)式：反應(yīng)式： L Lc c(A(AE E+Fe+Fe3 3C) C) 共晶體，即高溫萊氏體共晶體，即高溫萊氏體L Ld d ; ; (2)(2)共析

13、點(diǎn)共析點(diǎn)S S 727 0.77% C 727 0.77% C 共析成分共析成分 反應(yīng)式反應(yīng)式: : A As s (F (Fp p + Fe + Fe3 3C C共析共析) ) 共析體，即共析體，即 珠光體珠光體; ; 特征線特征線 液相線液相線ABCDABCD， 固相線固相線AHJECFDAHJECFD 三條水平線：三條水平線： LJ N G +Fe3C +Fe3C L+Fe3C L+ + 727 其它相線其它相線 GS,GPGS,GP 固溶固溶 體轉(zhuǎn)變線體轉(zhuǎn)變線, , GSGS又稱又稱A A3 3 線。線。 HN,JNHN,JN 固溶體固溶體 轉(zhuǎn)變線，轉(zhuǎn)變線， ESES碳在碳在 -Fe-

14、Fe中的固中的固 溶線。溶線。又稱又稱A Ac m c m線。 線。 PQPQ碳在碳在 -Fe-Fe中的固中的固 溶線。溶線。 LJ N G +Fe3C +Fe3C L+Fe3C L+ + 三個(gè)三相區(qū)：三個(gè)三相區(qū)：即即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、 PSK( + + Fe3C)三條水平線三條水平線 l 相區(qū)相區(qū) l 五個(gè)單相區(qū)：五個(gè)單相區(qū)： L L、 、 、 、FeFe3 3C C l 七個(gè)兩相區(qū)七個(gè)兩相區(qū): : L+L+ 、 L+L+ 、L+FeL+Fe3 3C C、 + + 、 +Fe+Fe3 3C C、 + + 、 +Fe+Fe3 3C C Fe-Fe3C相圖的總

15、結(jié) 相圖中的主要點(diǎn) 相圖中各個(gè)點(diǎn)的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度值及各個(gè) 點(diǎn)的含義，見(jiàn)表4.1。 相圖中的主要相變線 ABCD線為液相線。溫度高于此線鐵碳合金均 是液相。其中，AB線是L開(kāi)始線，BC是 LA開(kāi)始線，CD是LFe3C開(kāi)始線。從液相直 接結(jié)晶出來(lái)的Fe3C稱為一次滲碳體，標(biāo)記為 Fe3C。 AHJECD線為固相線。溫度降到次線之下鐵碳合 金全部都結(jié)晶成固相。 HJB線為包晶線。當(dāng)溫度達(dá)到這條線（1495）時(shí) wc=0.090.53的鐵碳合金均有包晶轉(zhuǎn)變。即 H成分的固溶體（H）和B成分的液相（LB）在 1495時(shí)共同結(jié)晶成J成分的奧氏體（AJ）。表達(dá) 式為H+LBAJ。 ECF線是共晶線。當(dāng)溫

16、度達(dá)到這條線（1148）時(shí)， 此線下2.11wc6.69的鐵碳合金均有共晶轉(zhuǎn) 變發(fā)生。 PSK線是共析線，代號(hào)為A1。當(dāng)溫度到達(dá)這條線 （727）時(shí)此線下0.02wc6.69的鐵碳合金 均會(huì)有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生. ES線為固溶線,也稱溶解度線,代號(hào)為Acm.它是奧氏 體中碳的溶解度隨溫度變化曲線.當(dāng)溫度降到此線, 奧氏體中多余的碳以滲碳體的形式析出。從奧氏 體中析出的滲碳體稱為二次滲碳體。記為Fe3C。 Fe-Fe3C相圖的總結(jié) PQ線也是固溶線。它是鐵素體中碳的溶解度隨 溫度變化的曲線。當(dāng)溫度降到此線,鐵素體中多 余的線也以滲碳體形式析出。從鐵素體中析出 的滲碳體稱為三次滲碳體。記為Fe3C. G

17、S線是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線，也是鐵 素向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線。代號(hào)為A3。 GP線是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線, 也是鐵素 向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線。 實(shí)際上相圖中的這些線都是各個(gè)化學(xué)成分的合金 隨溫度變化發(fā)生各種相轉(zhuǎn)變的溫度點(diǎn)(相變點(diǎn)) 的分類(lèi)集合。 Fe-Fe3C相圖的總結(jié) 共晶產(chǎn)物是共晶產(chǎn)物是 與與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作的機(jī)械混合物，稱作萊氏萊氏 體體，用用Le表示。為蜂窩狀，以表示。為蜂窩狀，以Fe3C為基，性為基，性 能硬而脆。能硬而脆。 共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是 與與Fe3C的機(jī)械混合物，稱的機(jī)械混合物，稱 作珠光體，用作珠光體，用P表示。其組織特點(diǎn)是兩相呈片表示。其組

18、織特點(diǎn)是兩相呈片 層相間分布，性能介于兩相之間。層相間分布，性能介于兩相之間。 PSK線又線又 稱稱A1線線 。 注意注意 還要指出的是：一次滲碳體、二次滲碳體、三 次滲碳以及珠光體和萊氏體中的滲碳體，它們 本身并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，都具有相同的化學(xué)成分、 晶格結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。只是出處不同，并由此造成 其形態(tài)、大小以及在合金中的分布等情況有所 不同。因此，對(duì)合金的性能也有不同的影響。 但是，滲碳體的形態(tài)、大小、分布不是一成不 變的，可以通過(guò)有關(guān)的熱處理或鍛造等方法來(lái) 改變。按需要來(lái)控制調(diào)整滲碳體對(duì)鐵碳合金性 能的影響。 Fe-Fe3C相圖的總結(jié) 鐵碳合金分類(lèi)鐵碳合金分類(lèi) （1 1） 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 0.

19、0218% C0.0218% C 亞共析鋼亞共析鋼 0.77% C0.77% 0.77% C C 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵4.3% C4.3% 4.3% C C 三、典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程三、典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程 1工業(yè)純鐵（工業(yè)純鐵（C%0.0218%） 相組成物相組成物：F+Fe3C C%0.0008% ; F C%L+A-A-A+F-F+Fe3CIII 3 Fe3C 以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降， 以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，F(xiàn)e3C 量 量 不斷增加，不斷增加，合金的室溫下組織為合金的室溫下組織為F+ Fe3C 。 。 室溫下室溫下Fe3C 的最大量為

20、的最大量為: %3 . 0 %100 0008. 069. 6 0008. 00218. 0 Q III3C Fe 2共析鋼共析鋼 C%=0.77%C%=0.77% L-L+A-A-A+P-PL-L+A-A-A+P-P 相組成物相組成物：F F和和FeFe3 3C C F%= F%= Fe3C%= 組織組成物組織組成物 ： P 珠光體珠光體 1 1 珠光體珠光體 共析鋼的結(jié)晶過(guò)程共析鋼的結(jié)晶過(guò)程 室溫組織為：室溫組織為：P（F+Fe3C） 3亞共析鋼亞共析鋼 0.0218%C%L+A-A-A+F-A+P+F-P+F 相組成物相組成物：F，F(xiàn)e3C 45鋼金相鋼金相 F%= Fe3C%= 含含0

21、.45%C鋼的組織鋼的組織 含含0.20%C鋼的組織鋼的組織 含含0.60%C鋼的組織鋼的組織 亞共析鋼室溫下的組織為亞共析鋼室溫下的組織為F+P。 在在0.02180.77%C 范圍內(nèi)珠光體范圍內(nèi)珠光體 的量隨含碳量增加而增加。的量隨含碳量增加而增加。 P%= F%= 1 1 亞共析鋼的亞共析鋼的 結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程 LL+A AA+F先共析 先共析 AS(0.77% C) P 室溫組織為：室溫組織為：P+F 4過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 L-L+A-A-A+Fe3CII-A+P+Fe3CII-P+Fe3CII T12鋼金相鋼金相 相組成物：F，F(xiàn)e3C F%= Fe3C%= 組織組成物：P，F(xiàn)e3CI

22、I 組織相對(duì)量： Fe3CII%= P%= 含含1.4%C鋼的組織鋼的組織 1 1 過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程 含含1.4%C鋼的組織鋼的組織 室溫組織：室溫組織：P+Fe3C 5共晶白口鐵（共晶白口鐵（C%=4.3%） L-L+Le-Le (A+Fe3C共晶 共晶)-Le (A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII)- Le(P+Fe3CII+Fe3C) 共晶白口鐵金相 相組成物相組成物：F，F(xiàn)e3C F%= Fe3C%= 組織組成物：Le 6亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 2.11%C%4.3% 亞共晶白口鐵金相 相組成物：F，F(xiàn)e3C 相相對(duì)量： F%= Fe3C%= 組織組成物：P，

23、Le，F(xiàn)e3CII 1 1 亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程 室溫組織為室溫組織為P+Fe3C +Le。 。 7過(guò)共晶白口鑄鐵 過(guò)共晶白口鐵金相 相組成物相組成物 ：F，F(xiàn)e3C F%= Fe3C%= 組織組成物組織組成物：Le，F(xiàn)e3C Fe3C%= Le%=Lc%= 1 1 過(guò)共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)過(guò)共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò) 程程 室溫組織為：室溫組織為：Fe3C +Le Le（ P+ Fe3C共晶 共晶+ Fe3C ） ） 復(fù)習(xí)小結(jié)： 標(biāo)注組織的鐵碳相圖 1 1 一一 、含碳量對(duì)碳鋼室溫平衡組織的影響、含碳量對(duì)碳鋼室溫平衡組織的影響 含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：含碳量

24、與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為： 鋼鋼 鐵素體鐵素體 亞共析鋼亞共析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼共析鋼 白白 口口 鑄鑄 鐵鐵 二次滲碳體二次滲碳體 工工 業(yè)業(yè) 純純 鐵鐵 珠光體珠光體萊氏體萊氏體 一次滲碳體一次滲碳體 Fe3C 鋼鋼 鐵鐵 分分 類(lèi)類(lèi) 組織組組織組 成物相成物相 對(duì)量對(duì)量% 相組成相組成 物相對(duì)物相對(duì) 量量% 含碳量含碳量% 0 0.02180.77 2.114.36.69 100 100 0 0 三次滲碳體三次滲碳體 第三節(jié)第三節(jié) 含碳量對(duì)碳鋼組織與性能的影響含碳量對(duì)碳鋼組織與性能的影響

25、 隨含碳量增加，組織中隨含碳量增加，組織中FeFe3 3C C不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)不僅數(shù)量增加，而且形態(tài) 也在變化，由分布在也在變化，由分布在 基體內(nèi)基體內(nèi)( (P P中中FeFe3 3C C) )變?yōu)榉植荚谧優(yōu)榉植荚贏 A 晶界上晶界上( (FeFe3 3C C ) )，最后形成萊氏體時(shí)， ，最后形成萊氏體時(shí)，F(xiàn)eFe3 3C C已作為基體已作為基體 出現(xiàn)。出現(xiàn)。 1 1 二、二、 含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響 亞共析鋼亞共析鋼隨含碳量增加，隨含碳量增加，P P 量增加，量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度鋼的強(qiáng)度、硬度 升高，塑性、韌性下降。升高，塑性、韌性下降。 l0.77%C0.7

26、7%C時(shí)，時(shí)，組織為組織為100% P, 100% P, 鋼的性能即鋼的性能即P P的性能。的性能。 l0.9%C0.9%C，F(xiàn)eFe3 3C C 為晶界連 為晶界連 續(xù)網(wǎng)狀，續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度下降強(qiáng)度下降, , 但但 硬度仍上升。硬度仍上升。 l2.11%C2.11%C，組織中有以組織中有以 FeFe3 3C C為基的為基的Le,Le,合金太合金太 脆脆. . 3、含碳量對(duì)工藝性能的影響、含碳量對(duì)工藝性能的影響 切削性能：切削性能：中碳鋼比較合適。中碳鋼比較合適。 可鍛性能：可鍛性能：低碳鋼比高碳鋼好。低碳鋼比高碳鋼好。 鑄造性能：鑄造性能：共晶成分附近的合金共晶成分附近的合金 鑄造性能好。鑄造性

27、能好。 焊接性能：焊接性能：低碳鋼好于高碳鋼。低碳鋼好于高碳鋼。 熱處理性能：熱處理性能：第六章介紹。第六章介紹。 焊縫組織焊縫組織 鑄造鑄造 三、三、 含碳量對(duì)工藝性能的影響含碳量對(duì)工藝性能的影響 切削性能切削性能: : 中碳鋼合適中碳鋼合適 可鍛性能可鍛性能: : 低碳鋼好低碳鋼好 焊接性能焊接性能: : 低碳鋼好低碳鋼好 鑄造性能鑄造性能: : 共晶合金好共晶合金好 熱處理性能熱處理性能: : 第四章介紹第四章介紹 鑄鑄 造造 焊縫組織焊縫組織 模鍛模鍛 切削加工的基本形式切削加工的基本形式 車(chē)車(chē) 刨刨 鉆鉆 銑銑 磨磨 四、鐵碳合金相圖的應(yīng)用四、鐵碳合金相圖的應(yīng)用 1. 1. 選材料方

28、面的應(yīng)用；選材料方面的應(yīng)用； 2. 2. 制定熱加工工藝方面的應(yīng)用制定熱加工工藝方面的應(yīng)用 u在鑄造生產(chǎn)方面，根在鑄造生產(chǎn)方面，根 據(jù)相圖可以確定鑄鋼和據(jù)相圖可以確定鑄鋼和 鑄鐵的澆注溫度。鑄鐵的澆注溫度。 u在鍛造生產(chǎn)方面，可在鍛造生產(chǎn)方面，可 確定始鍛、終鍛溫度。確定始鍛、終鍛溫度。 u在焊接方面，可分析在焊接方面，可分析 碳鋼的焊接組織。碳鋼的焊接組織。 u對(duì)熱處理來(lái)說(shuō)，可確對(duì)熱處理來(lái)說(shuō)，可確 定加熱范圍。定加熱范圍。 一、鋼中的常存雜質(zhì)一、鋼中的常存雜質(zhì) MnMn、Si Si ，S S、 P P ； 第四節(jié)第四節(jié) 碳鋼碳鋼 1 1、有害元素、有害元素 S S、P P 壓力加工時(shí)熔化壓力

29、加工時(shí)熔化導(dǎo)致鋼沿導(dǎo)致鋼沿 晶界開(kāi)裂晶界開(kāi)裂“熱脆熱脆”。 鋼中要限硫含量：鋼中要限硫含量：0.05% 0.05% 。 利用：利用：MnMn與與S S形成形成MnS(1620MnS(1620）, , 粒狀分布在晶內(nèi)，以利于斷屑。粒狀分布在晶內(nèi)，以利于斷屑。 合金晶界的低熔點(diǎn)硫化物共晶合金晶界的低熔點(diǎn)硫化物共晶 S S：煉鋼時(shí)由生鐵和燃料帶入。在：煉鋼時(shí)由生鐵和燃料帶入。在F F中的溶解度極中的溶解度極 小，在鋼的晶界處形成低熔點(diǎn)（小，在鋼的晶界處形成低熔點(diǎn)（989989）共晶體）共晶體 FeSFeS P P：由生鐵帶入。全部溶于：由生鐵帶入。全部溶于F F中，使鋼的強(qiáng)度硬中，使鋼的強(qiáng)度硬 度升

30、高，而塑性、韌性顯著下降。特別是使鋼在度升高，而塑性、韌性顯著下降。特別是使鋼在 比利時(shí)阿爾伯特運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆比利時(shí)阿爾伯特運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆 性于性于19381938年冬發(fā)生斷裂墜入河中年冬發(fā)生斷裂墜入河中 低溫時(shí)脆性急劇增低溫時(shí)脆性急劇增 加，稱為加，稱為冷脆性。冷脆性。 因此鋼中要限制磷因此鋼中要限制磷 的含量：的含量：0.045% 0.045% P P多，脆性大，可制多，脆性大，可制 造炮彈、改善切削造炮彈、改善切削 加工性能。加工性能。 Mn:Mn:隨脫氧劑加入。大部分溶于鐵素體隨脫氧劑加入。大部分溶于鐵素體 中，具有固溶強(qiáng)化效果，少部分形成合金中，具有固溶強(qiáng)化效果，少部

31、分形成合金 滲碳體；錳與硫化合成滲碳體；錳與硫化合成MnSMnS，減輕了硫的，減輕了硫的 有害作用。有害作用。 碳鋼中碳鋼中0.8%0.8%，合金鋼中，合金鋼中 1.0%- 1.2%1.0%- 1.2%。 Si:Si:隨脫氧劑加入隨脫氧劑加入, ,有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化 作用；可增加鋼液流動(dòng)性。碳鋼中作用；可增加鋼液流動(dòng)性。碳鋼中0.4%0.4% 2 2、有益元素、有益元素 MnMn、SiSi 3 3、氣體元素、氣體元素 N N：室溫下室溫下N N在鐵素體中溶在鐵素體中溶 解度很低，鋼中過(guò)飽和解度很低，鋼中過(guò)飽和N N在常在常 溫放置過(guò)程中以溫放置過(guò)程中以FeNFeN、FeFe4 4

32、N N形形 式析出使鋼變脆式析出使鋼變脆, , 稱稱時(shí)效脆化時(shí)效脆化. . 加加TiTi、V V、AlAl等元素可使等元素可使N N固定，固定， 消除時(shí)效傾向。消除時(shí)效傾向。 O O：氧在鋼中以氧化物的形氧在鋼中以氧化物的形 式存在，其與基體結(jié)合力弱，式存在，其與基體結(jié)合力弱， 不易變形，易成為疲勞裂紋源不易變形，易成為疲勞裂紋源. . 鋼中鋼中TiN夾雜夾雜 鋼中氧化物夾雜鋼中氧化物夾雜 H H：常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當(dāng)氫在鋼常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當(dāng)氫在鋼 中以原子態(tài)溶解時(shí)，降低韌性，引起中以原子態(tài)溶解時(shí)，降低韌性，引起氫脆氫脆。 當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高內(nèi)壓，

33、當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高內(nèi)壓， 形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱白點(diǎn)白點(diǎn)或或發(fā)裂發(fā)裂。 1按鋼中碳的含量分類(lèi)按鋼中碳的含量分類(lèi) 根據(jù)鋼中含碳量的不同，可分為： （1）低碳鋼(low-carbon steel) wc0.25%； （2）中碳鋼(middle-carbon steel) 0.25%wc0.6%； （3）高碳鋼(high-carbon steel) wc0.6%。 碳鋼常用的分類(lèi)方法 2按鋼的質(zhì)量分類(lèi)按鋼的質(zhì)量分類(lèi) 根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)硫、磷含量的多少， 可分為： （1）普通質(zhì)量鋼 鋼中硫、磷含量較 高 (ws0.050%，wp 0.045%)； （

34、2）優(yōu)質(zhì)鋼 鋼中硫、磷含量較低 (ws0.035%，wp 0.035%)； （3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 鋼中硫、磷含量很 低 (ws0.020%,wp0.030%)。 3按鋼的用途分類(lèi)按鋼的用途分類(lèi) 根據(jù)鋼的用途不同，可分為： （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼 主要用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)。 （2）碳素工具鋼 主要用于制造各種刃具、量具和模具。 （3）碳素鑄鋼 主要用于制作形狀復(fù)雜，難以用鍛壓等方 法成形的鑄鋼件。 4.4.按冶煉方法分按冶煉方法分 高爐煉鐵高爐煉鐵 鑄鐵錠鑄鐵錠 生產(chǎn)鑄鐵件生產(chǎn)鑄鐵件 煉鋼生鐵煉鋼生鐵 轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐 平爐平爐 電爐電爐 生產(chǎn)鋼件生產(chǎn)鋼件 2.2.沸騰鋼沸騰鋼 ( boiling st

35、eel ) ( boiling steel ) 鋼液在澆注僅前進(jìn)行輕度假脫氧鋼液在澆注僅前進(jìn)行輕度假脫氧, ,W Wo = 0.03%o = 0.03%0.07%,0.07%, 成分偏析較嚴(yán)重、組織不致密。機(jī)械性能不均勻成分偏析較嚴(yán)重、組織不致密。機(jī)械性能不均勻, , 沖擊沖擊 韌性差韌性差, , 常用于要求不高的零件。常用于要求不高的零件。 1 1. .鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼 ( killed steel )( killed steel ) 鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鉛進(jìn)行了充分脫氧鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鉛進(jìn)行了充分脫氧 , ,W Wo = o = 0.01%0.01%左右左右, , 成分較均勻、組織較致密。主要用于機(jī)械性成分較均勻、組織較致密。主要用于機(jī)械性 能要求較高的零件。能要求較高的零件。 3.3.半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼 ( balanced steel )( balanced steel ) 半鎮(zhèn)靜鋼是脫氧過(guò)程介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼