材料科學(xué)基礎(chǔ)—張代東—chap4 鐵碳合金相圖

1、主講：匡唐清華東交通大學(xué)材料工程系華東交通大學(xué)材料工程系材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)Fundamentals of Material ScienceFMS第第4章章 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖知識要點掌握程度相關(guān)知識鐵碳合金組元性質(zhì)熟悉鐵和碳元素性質(zhì)鐵和碳元素性質(zhì)，掌握鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變鐵、碳、滲碳體；-Fe、-Fe、-Fe；鐵素體、奧氏體FeFe3C典型合金平衡結(jié)晶過程熟悉FeFe3C相圖各點相圖各點線面的物理意義線面的物理意義，掌握相圖中的基本反應(yīng)基本反應(yīng)，注重典型合金平衡結(jié)晶過程分析平衡結(jié)晶過程分析和杠桿定律的應(yīng)用杠桿定律的應(yīng)用FeFe3C相圖分析：線、區(qū)物理意義，平衡反應(yīng)；典型

2、合金平衡結(jié)晶過程：工業(yè)純鐵、鋼、白口鑄鐵FeFe3C相圖的應(yīng)用掌握以相組成物和組織組以相組成物和組織組成物標(biāo)示的成物標(biāo)示的FeFe3C相相圖圖，熟悉其在生產(chǎn)中的基本應(yīng)用組織組成物標(biāo)示的FeFe3C相圖，含碳量與材料力學(xué)性能，相圖在選材、工藝制定中的應(yīng)用碳鋼掌握碳鋼編號原則和分類碳鋼編號原則和分類鋼中常存雜質(zhì)元素，碳鋼分類，常用碳鋼FMS概述概述純鐵純鐵滲碳體滲碳體FMS概述概述u 鐵碳合金鐵碳合金 p碳鋼碳鋼(Steels) p鑄鐵鑄鐵(Cast irons) u碳的存在形式碳的存在形式p滲碳體滲碳體Fe3C(亞穩(wěn)相亞穩(wěn)相)p石石 墨墨(穩(wěn)定相穩(wěn)定相)uFe-Fe3C相圖相圖p亞穩(wěn)定相圖亞穩(wěn)定

3、相圖 ， Wc=0-6.69%pWc6.69%的鐵碳合金脆性極大，的鐵碳合金脆性極大，沒使用價值沒使用價值p含碳量含碳量 6.69%的的Fe3C為穩(wěn)定金屬為穩(wěn)定金屬化合物，可作為一個組元化合物，可作為一個組元uFe-C相圖（鐵相圖（鐵-石墨相圖）石墨相圖）p穩(wěn)定相圖，穩(wěn)定相圖， Wc=0-100%p虛線所示虛線所示FMS4.1 鐵碳合金組元性質(zhì)鐵碳合金組元性質(zhì)u組元組元u基本相基本相FMS4.1.1 鐵元素和碳元素鐵元素和碳元素u鐵元素鐵元素 p26th元素，過渡族金屬元素，過渡族金屬u碳元素碳元素 p原子序數(shù)原子序數(shù)6；原子量；原子量12.01；密度；密度2.25g/cm3p有金剛石、石墨、

4、富勒烯、碳納米管等形式；有金剛石、石墨、富勒烯、碳納米管等形式；在鐵碳合金中以固溶單質(zhì)原子或石墨等形式在鐵碳合金中以固溶單質(zhì)原子或石墨等形式存在存在p石墨石墨硬度硬度35HBW；塑性接近于零；塑性接近于零；層內(nèi)為共價鍵，層間為分子鍵；層內(nèi)為共價鍵，層間為分子鍵；優(yōu)良固體潤滑劑；優(yōu)良固體潤滑劑； Fe數(shù)值數(shù)值原子量55.85熔點1538汽化溫度2738密度7.87g/cm3FMS4.1.2 鐵碳合金組元鐵碳合金組元u純鐵及其性能特點純鐵及其性能特點 p塑性、韌性好，強度很低，少做結(jié)構(gòu)材料塑性、韌性好，強度很低，少做結(jié)構(gòu)材料p1kg高純鐵高純鐵/4000元元p1噸鋼噸鋼/4000元元 p具有鐵磁性

5、，用于要求軟磁性的場合（儀器儀表鐵心）具有鐵磁性，用于要求軟磁性的場合（儀器儀表鐵心）性性 能能純純 鐵鐵45鋼鋼(退火退火)鐵含量wFe99.899.9% 99.55%左右抗拉強度b176274MPa600 (MPa) 屈服強度0.298166MPa355 (MPa)伸長率3050%16%斷面收縮率7080%40%沖擊吸收功aK160200J/cm2硬度5080HBW197HBWFMS4.1.2 鐵碳合金組元鐵碳合金組元u鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變 bccCfccCbccFeFeFe9121394FMS4.1.2 鐵碳合金組元鐵碳合金組元u鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變p晶格類型變化

6、晶格類型變化相變相變晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化p鋼性能鋼性能合金化、熱處理合金化、熱處理固態(tài)相變固態(tài)相變同素異晶同素異晶轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 bccCfccCbccFeFeFe9121394FMS4.1.2 鐵碳合金組元鐵碳合金組元u鐵素體和奧氏體鐵素體和奧氏體 名稱名稱符號符號晶格晶格最大溶碳量最大溶碳量Wc性能性能鐵素體鐵素體碳溶于-Fe中的間隙固間隙固溶體溶體bcc0.09% (1495)奧氏體奧氏體A或碳溶于-Fe中的間 隙固溶體fcc2.11% (1148)硬度較低(HB170220) ，塑性高(40%50%) 具有順磁性鐵素體鐵素體F或碳溶于-Fe中的間隙固溶體bcc0.0218% (727)0.008

7、% (室溫)與純鐵基本相同，塑性、韌 性好，而強度、硬度低，并有鐵磁性FMS4.1.2 鐵碳合金組元鐵碳合金組元u滲碳體滲碳體 (Cementite，F(xiàn)e3C) p鐵和碳形成的鐵和碳形成的間隙化合物間隙化合物，晶，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含碳量為體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含碳量為6.69%p熔點為熔點為1227p在在230 C以下具有鐵磁性以下具有鐵磁性。 p硬硬(HB800)而脆，塑性極低（延而脆，塑性極低（延伸率接近于伸率接近于0） p鋼鐵材料中的主要強化相鋼鐵材料中的主要強化相FMS4. 2 Fe-Fe3C相圖分析相圖分析uFe-Fe3C相圖由相圖由包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變和和共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變?nèi)糠?/p>

8、連接而成部分連接而成FMS4. 2.1 相圖中的點、線、區(qū)及其意義相圖中的點、線、區(qū)及其意義u點：點：16個個符號符號溫度溫度/C（%）說明說明A15380純鐵的熔點純鐵的熔點B14950.53包晶轉(zhuǎn)變時液態(tài)合金的成份包晶轉(zhuǎn)變時液態(tài)合金的成份C11484.30共晶點共晶點D12276.69滲碳體的熔點滲碳體的熔點E11482.11碳在碳在-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度F11486.69滲碳體的成分滲碳體的成分G9120轉(zhuǎn)變溫度（轉(zhuǎn)變溫度（A3）H14950.09碳在碳在-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度J14950.17包晶點包晶點K7276.69滲碳體的成分滲碳體的成分N13940轉(zhuǎn)變溫

9、度（轉(zhuǎn)變溫度（A4）P7270.0218碳在碳在-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度S7270.77共析點（共析點（A1）Q6000.0057碳在碳在-Fe中的溶解度中的溶解度FMS4. 2.1 相圖中的點、線、區(qū)及其意義相圖中的點、線、區(qū)及其意義u線線p液相線液相線ABCDp固相線固相線AHJECFp兩條磁性轉(zhuǎn)變線兩條磁性轉(zhuǎn)變線770（居里點）（居里點）鐵素體鐵素體磁性轉(zhuǎn)變線磁性轉(zhuǎn)變線230滲碳滲碳 體體磁性轉(zhuǎn)變磁性轉(zhuǎn)變線線FMS4. 2.1 相圖中的點、線、區(qū)及其意義相圖中的點、線、區(qū)及其意義u三條等溫轉(zhuǎn)變線三條等溫轉(zhuǎn)變線CFePCS3727共析線共析線包晶線包晶線共晶線共晶線CFeLECS

10、31148珠光體珠光體P萊氏體萊氏體LdJCHBL1495奧氏體奧氏體AFMS4. 2.2 包晶轉(zhuǎn)變（水平線包晶轉(zhuǎn)變（水平線HJB）uwc0.09%p勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變?yōu)闉殍F素體固溶體鐵素體固溶體p再發(fā)生固溶體的再發(fā)生固溶體的同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變，得到單相奧氏體，得到單相奧氏體u0.09% wc 0.53%p1495恒溫，恒溫，wc=0.53%液相與液相與wc=0.09%的的鐵素鐵素體體包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)，得到，得到wc=0.17%的單相奧氏體的單相奧氏體p鐵碳合金包晶轉(zhuǎn)變溫度高，包晶偏析不嚴(yán)重鐵碳合金包晶轉(zhuǎn)變溫度高，包晶偏析不嚴(yán)重u0.53% wc 0.0218%p727恒溫，恒溫，wc=0

11、.77%的奧的奧氏體共析轉(zhuǎn)變?yōu)槭象w共析轉(zhuǎn)變?yōu)閣c=0.0218%的鐵素體的鐵素體和滲和滲碳體碳體Fe3C組成的混合物珠組成的混合物珠光體光體Pp珠光體層片狀，滲碳體與鐵珠光體層片狀，滲碳體與鐵素體含量約為素體含量約為1/8；金相組；金相組織中，厚片為鐵素體，薄片織中，厚片為鐵素體，薄片為滲碳體為滲碳體7273SPFe C FMS4. 2.1 相圖中的點、線、區(qū)及其意義相圖中的點、線、區(qū)及其意義u三條特性曲三條特性曲線線固態(tài)轉(zhuǎn)固態(tài)轉(zhuǎn)變線變線PQ線：線：碳在碳在F中的固溶度曲線，中的固溶度曲線，當(dāng)溫度低于此曲線時，從當(dāng)溫度低于此曲線時，從F中析中析出三次滲碳體（記為出三次滲碳體（記為Fe3CIII

12、）。）。ES線：線：碳在奧氏體中的溶碳在奧氏體中的溶解度曲線。當(dāng)溫度低于此解度曲線。當(dāng)溫度低于此曲線時，就要從奧氏體中曲線時，就要從奧氏體中析出二次滲碳體，用析出二次滲碳體，用Fe3C表示表示,也叫也叫Acm線。線。GS線線:A析出析出F的起始的起始溫度，或溫度，或F全部轉(zhuǎn)變?nèi)哭D(zhuǎn)變?yōu)闉锳的終了溫度，又的終了溫度，又稱稱A3線線FMS4. 2.1 相圖中的點、線、區(qū)及其意義相圖中的點、線、區(qū)及其意義u區(qū)區(qū)p 5個單相區(qū)個單相區(qū)L、Fe3C p7個兩相區(qū)個兩相區(qū)L+、L+、L+Fe3C、 +、+ Fe3C、+、+Fe3C p3個三相區(qū)個三相區(qū) L+(HJB線線)L+Fe3C(ECF線線)+ Fe

13、3C(PSK線線)FMS4. 3 Fe-Fe3C相圖典型合金平衡結(jié)晶過程相圖典型合金平衡結(jié)晶過程u工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵(Wc0.0218%) u碳鋼碳鋼(0.0218Wc2.11%) p白口鑄鐵白口鑄鐵全部碳以全部碳以Fe3C形成形成 p灰口鑄鐵灰口鑄鐵部分或全部碳以石墨形式存部分或全部碳以石墨形式存 在在FMS4. 3.1 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵(Wc0.0218%)FMS4. 3.1 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵(Wc0.0218%)u結(jié)晶過程結(jié)晶過程pLL+ (12) 勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變p + (34) 同素異晶轉(zhuǎn)變，同素異晶轉(zhuǎn)變，晶界優(yōu)先形核晶界優(yōu)先形核p + (56) 同素異晶轉(zhuǎn)變，晶界優(yōu)先形核同素異晶轉(zhuǎn)變

14、，晶界優(yōu)先形核p +Fe3CIII (7) 脫溶轉(zhuǎn)變，晶界上片狀析出脫溶轉(zhuǎn)變，晶界上片狀析出u室溫組織：室溫組織：+Fe3CuFe3CIII最大量計算：最大量計算：0.326%FMS4. 3.1 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵(Wc0.0218%)u組織組織FMS4. 3.2 鋼鋼u共析鋼共析鋼( (Wc=0.77%)pLL+ 勻晶轉(zhuǎn)變（勻晶轉(zhuǎn)變（12）p+PP(F+Fe3C)共析轉(zhuǎn)變（共析轉(zhuǎn)變（3）pF F+Fe3CIII脫溶轉(zhuǎn)變（脫溶轉(zhuǎn)變（3） Fe3CIII與與Fe3C聯(lián)接，難辨、量少聯(lián)接，難辨、量少對珠光體的組織性能影響對珠光體的組織性能影響不明顯不明顯p室溫組織室溫組織 P(F+Fe3C)FMS4

15、. 3.2 鋼鋼-共析鋼共析鋼( (Wc=0.77%)u珠光體中鐵素體和滲碳體含量計算珠光體中鐵素體和滲碳體含量計算FMS4. 3.2 鋼鋼u亞共析鋼亞共析鋼(0.0218%Wc0.77%)pLL+ L + (12)勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變pL+L + + (2)包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變pLL+ (23)勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變p + F (45)同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變p + P(F +Fe3C) P (5)共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變pF F+Fe3CIII (5)脫溶沉淀，量少忽略脫溶沉淀，量少忽略p室溫組織：室溫組織：F+PF產(chǎn)生在共析轉(zhuǎn)產(chǎn)生在共析轉(zhuǎn) 變之前，稱為變之前，稱為先共析鐵素體先共析鐵素體FMS4. 3.2 鋼

16、鋼-亞共析鋼亞共析鋼(0.0218%Wc0.77%)u室溫相組成室溫相組成p+Fe3Cu組織組成物組織組成物含量計算含量計算(wC=0.40%)u相組成物相組成物含量計算含量計算(wC=0.40%)FMS4. 3.2 鋼鋼-亞共析鋼亞共析鋼(0.0218%Wc0.77%)u室溫組織室溫組織-鐵素體鐵素體F珠光體珠光體P20鋼鋼40鋼鋼65鋼鋼FMS4. 3.2 鋼鋼-過共析鋼（過共析鋼（0.77%Wc2.11%）u結(jié)晶過程結(jié)晶過程勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變FMS4. 3.2 鋼鋼-過過共析鋼（共析鋼（0.77%Wc2.11%）u室溫組織室溫組織pP+Fe3

17、CIIu相組成相組成p+ Fe3Cu Fe3CII最大量計算：最大量計算：FMS4. 3.2 鋼鋼-過過共析鋼（共析鋼（0.77%Wc2.11%）u組織組織FMS共析、亞共析、亞/過共析鋼的顯微組織示意圖過共析鋼的顯微組織示意圖共析鋼共析鋼亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼FMS4. 3.3 白口鑄鐵白口鑄鐵u共晶白口鑄鐵（共晶白口鑄鐵（Wc=4.3%）pLL+Ld(+Fe3C)Ld (1)共晶反應(yīng)，萊氏體共晶反應(yīng)，萊氏體pLd(+Fe3C)+Fe3C+Fe3C （12）脫溶轉(zhuǎn)變，高溫脫溶轉(zhuǎn)變，高溫Ldp + P P(F+ Fe3C) (2)共析反應(yīng)，共析反應(yīng)， Fe3C與與Fe3C難區(qū)分難區(qū)分

18、pF F + Fe3CIII (2)脫溶脫溶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變， Fe3CIII較少，可忽略較少，可忽略p室溫組織室溫組織室溫室溫萊氏體萊氏體Ld(P+ Fe3CII+ Fe3C)形態(tài)與高溫共晶萊氏體相同，但形態(tài)與高溫共晶萊氏體相同，但組織組成物和相組成物都發(fā)生變組織組成物和相組成物都發(fā)生變化化FMS4. 3.3 白口鑄鐵白口鑄鐵-共共晶（晶（Wc=4.3%）u室溫組織：室溫組織：Ld u相組成：相組成：+ Fe3CuLd-Ld轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變pLd(+ Fe3C)Ld(P+ Fe3CII+ Fe3C)白色白色- -共晶滲碳體共晶滲碳體黑色黑色- -珠光體珠光體FMS4. 3.3 白口鑄鐵白口鑄鐵u亞共晶白口

19、鑄鐵亞共晶白口鑄鐵（2.11%Wc4.3%）勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變FMS4. 3.3 白口鑄鐵白口鑄鐵-亞共亞共晶（晶（2.11%Wc4.3%）u室溫組織室溫組織pP+Ldu相組成相組成p+ Fe3Cu組織組成物含量計算組織組成物含量計算(以以wC=3.0%為例為例)先共晶先共晶奧氏體：奧氏體：萊氏體：萊氏體：先共晶奧氏體析先共晶奧氏體析出的二次滲碳體：出的二次滲碳體：FMS4. 3.3 白口鑄鐵白口鑄鐵-亞共亞共晶（晶（2.11%Wc4.3%）u組織組織FMS4. 3.3 白口鑄鐵白口鑄鐵u過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵（4.3%Wc6.69%）勻晶轉(zhuǎn)

20、變勻晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變FMS4. 3.3 白口鑄鐵白口鑄鐵-過共過共晶（晶（4.3%Wc6.69%）u室溫組織室溫組織pFe3CI+Ldp一一次滲碳體較為粗大次滲碳體較為粗大u相組成相組成p+ Fe3Cu組織組成物含量計算組織組成物含量計算(以以wC=5.0%為例為例)先共先共晶滲碳體：晶滲碳體：萊氏體：萊氏體：%3 .29%1003 . 469. 63 . 40 . 53ICFew%7 .70%1003 . 469. 60 . 569. 6LdwFMS4. 3.3 白口鑄鐵白口鑄鐵-過共過共晶（晶（4.3%Wc6.69%）u組織組織FMS鑄鐵室溫組織鑄鐵室

21、溫組織共晶白口鐵共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶白口鐵過共晶白口鐵一一次滲碳體次滲碳體萊氏體萊氏體珠光體珠光體萊氏體萊氏體萊氏體萊氏體珠光體珠光體滲碳體滲碳體FMS4. 3 Fe-Fe3C相圖典型合金平衡結(jié)晶過程相圖典型合金平衡結(jié)晶過程u室溫組織室溫組織種類種類分類名稱分類名稱含碳量含碳量室溫平衡組織室溫平衡組織鐵鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵0.0218鐵素體；或鐵素體+三次滲碳體鋼鋼亞共析鋼亞共析鋼0.0218-0.77先共析鐵素體+珠光體共析鋼共析鋼0.77珠光體過共析鋼過共析鋼0.77-2.11先共析二次滲碳體+珠光體鑄鐵鑄鐵亞共晶鑄鐵亞共晶鑄鐵2.11-4.3珠光體+二次滲碳體+萊氏體共

22、晶鑄鐵共晶鑄鐵4.3萊氏體過共晶鑄鐵過共晶鑄鐵4.3-6.69一次滲碳體+萊氏體FMS杠桿定律應(yīng)用杠桿定律應(yīng)用u問題：計算在共析反應(yīng)完成之后含碳量問題：計算在共析反應(yīng)完成之后含碳量0.17%C的的亞亞共析鋼中相的相對含量和組織相對含量共析鋼中相的相對含量和組織相對含量p相含量相含量p組織相對含量組織相對含量%2 . 20218. 069. 60218. 017. 03PKPOWCFe%8 .9713CFeFWW%8 .190218. 077. 00218. 017. 0PSPOWP%2 .801PWWFFMS4. 4 Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用相圖的應(yīng)用FMS4. 4.1 以組織組成物標(biāo)示的以組

23、織組成物標(biāo)示的Fe-Fe3C相圖相圖u組織組成物標(biāo)注的相圖組織組成物標(biāo)注的相圖ABCDFENGPSKQJHALFFeFe3CLAL AI3CFeLAFCFeA3CFeF3CFeP3dLCFeP3dLCFeA3CFeLd3CFeLd3FPPdLdLFMS4. 4.1 以組織組成物標(biāo)示的以組織組成物標(biāo)示的Fe-Fe3C相圖相圖ABCDFENGPSKQJHALFFeFe3CLAL ACFeL3AFCFeA3CFeF3CFeP3dLCFeP3dLCFeA3CFeLd3CFeLd3FPPdLdLFMS4. 4.1 以組織組成物標(biāo)示的以組織組成物標(biāo)示的Fe-Fe3C相圖相圖u含碳量對平衡組織的影響含碳量對

24、平衡組織的影響(隨隨Wc增加增加) FMS4. 4.1 以組織組成物標(biāo)示的以組織組成物標(biāo)示的Fe-Fe3C相圖相圖u含碳量對平衡組織的影響含碳量對平衡組織的影響(隨隨Wc增加增加) FMS4. 4.1 以組織組成物標(biāo)示的以組織組成物標(biāo)示的Fe-Fe3C相圖相圖u含碳量對相形態(tài)的影響含碳量對相形態(tài)的影響(隨隨C%增加增加) pF形態(tài)形態(tài)從從A中析出，呈中析出，呈塊狀塊狀共析所得共析所得P中，與中，與Fe3C呈呈交錯層片交錯層片狀狀pFe3C形態(tài)形態(tài)從從F中析出中析出Fe3CIII，沿晶界小片狀沿晶界小片狀共析所得共析所得P中，中， Fe3C與與F交錯層片狀交錯層片狀從從A中析出中析出Fe3CII

25、，沿晶界沿晶界網(wǎng)狀網(wǎng)狀分布分布共晶共晶所得所得Ld中，中， Fe3C 為為連續(xù)基體連續(xù)基體，較粗大，有時呈魚骨狀，較粗大，有時呈魚骨狀過共晶過共晶勻晶所得勻晶所得Fe3CI，粗大條狀粗大條狀FMS4. 4.1 以組織組成物標(biāo)示的以組織組成物標(biāo)示的Fe-Fe3C相圖相圖u含碳量對力學(xué)性能的影響含碳量對力學(xué)性能的影響p鐵素體是鐵素體是軟韌軟韌相相，強度、硬度很低，強度、硬度很低p滲碳體滲碳體是是硬脆硬脆相相p珠光體中，珠光體中，滲碳體以細(xì)片狀分散地滲碳體以細(xì)片狀分散地分布在鐵素體的基體上，起了分布在鐵素體的基體上，起了強化強化作用。與鐵素體相比，珠光體具有作用。與鐵素體相比，珠光體具有較高的強度和

26、硬度，但塑性較高的強度和硬度，但塑性較差較差珠光體力學(xué)性能珠光體力學(xué)性能抗拉強度1000MPa屈服強度600MPa伸長率10%斷面收縮率12-15%硬度241HBWFMS4. 4.1 以組織組成物標(biāo)示的以組織組成物標(biāo)示的Fe-Fe3C相圖相圖u含碳量對力學(xué)性能的影響含碳量對力學(xué)性能的影響pWc，HB、脆性、脆性 pWc，塑性、韌性，塑性、韌性p強度先強度先后后，Wc1.0%時最大時最大過共析，從過共析，從A中析出的中析出的Fe3CII沿晶界沿晶界網(wǎng)狀網(wǎng)狀分布，脆性增大，強度降低分布，脆性增大，強度降低p工程上應(yīng)保證所使用的鐵碳合金工程上應(yīng)保證所使用的鐵碳合金具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性，對碳素具有適當(dāng)

27、的塑性和韌性，對碳素鋼和普通低中合金鋼，含碳量一鋼和普通低中合金鋼，含碳量一般不超過般不超過1.3%p白口鑄鐵脆性很大，強度很低白口鑄鐵脆性很大，強度很低FMS4. 4.2 Fe-Fe3C相圖在選材上的應(yīng)用相圖在選材上的應(yīng)用u鐵碳合金相圖總結(jié)了鐵碳合金相圖總結(jié)了合金組織及性能隨成分的變化規(guī)律合金組織及性能隨成分的變化規(guī)律，便于根據(jù)工件的工作環(huán)境和性能要求來便于根據(jù)工件的工作環(huán)境和性能要求來選擇材料選擇材料p低碳鋼低碳鋼(0.100.25%C)塑性，韌性好塑性，韌性好，如建，如建 筑結(jié)構(gòu)和容器等筑結(jié)構(gòu)和容器等p中碳鋼中碳鋼(0.250.60%C)強度、塑性、韌性都強度、塑性、韌性都 較好較好，如

28、軸，如軸 p高碳鋼高碳鋼(0.61.3%C)硬度高、耐磨硬度高、耐磨性好，如工性好，如工 具具 p白口鑄鐵白口鑄鐵高的硬度和脆性，抗磨損高的硬度和脆性，抗磨損能力很能力很 好好可用來制造需要耐磨而不受沖擊的零件，可用來制造需要耐磨而不受沖擊的零件， 如：軋輥和球磨機的鐵球等如：軋輥和球磨機的鐵球等也是可鍛鑄鐵的原料也是可鍛鑄鐵的原料FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用uFe-Fe3C相圖總結(jié)了相圖總結(jié)了不同成分的合金組織隨溫度變不同成分的合金組織隨溫度變化的規(guī)律化的規(guī)律，為制定熱加工及熱處理工藝提供了依據(jù)，為制定熱加工及熱處理工藝提供了依據(jù)p切

29、削切削中碳鋼合適，強度、塑性、韌性都中碳鋼合適，強度、塑性、韌性都 較好較好p冷塑性變形冷塑性變形Wc0.25%(低碳鋼低碳鋼)，變形阻力小，變形阻力小FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用u熱軋熱軋/鍛鍛p單相奧氏體單相奧氏體(Wc%2.11%)塑性好，變形抗力小塑性好，變形抗力小p始軋始軋/鍛溫度在固相線以下鍛溫度在固相線以下100-200，以免氧化，以免氧化和過燒；（一般和過燒；（一般1150-1250）p終軋終軋/鍛溫度不能過高，以免奧氏體晶粒粗大；鍛溫度不能過高，以免奧氏體晶粒粗大；不能過低，以免塑性降低產(chǎn)生裂紋，亞共析鋼略不能過低，以

30、免塑性降低產(chǎn)生裂紋，亞共析鋼略高于高于GS線，過共析鋼略低于線，過共析鋼略低于ES線；（一般線；（一般750-850）FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用u鑄造鑄造p澆鑄溫度在液相線澆鑄溫度在液相線150左右左右p共晶成分共晶成分(Wc=4.3%)熔點低、結(jié)晶溫度范圍窄，流熔點低、結(jié)晶溫度范圍窄，流動性好，分散縮孔少，組織致密動性好，分散縮孔少，組織致密 u焊接焊接p分析焊縫區(qū)的焊接組織，并用適當(dāng)熱處理分析焊縫區(qū)的焊接組織，并用適當(dāng)熱處理 方法來減方法來減輕或消除組織不均勻性。輕或消除組織不均勻性。 u熱處理熱處理p確定碳鋼熱處理加熱溫度確定碳

31、鋼熱處理加熱溫度FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用u切削性能切削性能: 中碳鋼合適中碳鋼合適u可可鍛性能鍛性能: 低碳鋼好低碳鋼好u焊接焊接性能性能: 低碳鋼好低碳鋼好u鑄造鑄造性能性能: 共晶合金好共晶合金好u熱處理熱處理性能性能:切削加工的基本形式切削加工的基本形式焊縫組織焊縫組織模模鍛鍛FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用相圖在制定加工工藝上的應(yīng)用FMS4. 5 碳鋼碳鋼u在鋼鐵中占重要地位在鋼鐵中占重要地位u易冶煉加工，價格低

32、廉，力學(xué)性能能滿足一般要易冶煉加工，價格低廉，力學(xué)性能能滿足一般要求，應(yīng)用廣泛求，應(yīng)用廣泛FMS4. 5.1 鋼中常存的雜質(zhì)元素鋼中常存的雜質(zhì)元素u由冶煉時所用原材料以及冶煉方法和工藝由冶煉時所用原材料以及冶煉方法和工藝 操作等操作等所帶入鋼中的化學(xué)元素所帶入鋼中的化學(xué)元素 p冶煉殘余，由脫氧劑帶入，冶煉殘余，由脫氧劑帶入，Mn、Si、Al、 S、P難清除難清除 p生產(chǎn)過程中形成，微量元素生產(chǎn)過程中形成，微量元素O、H、N等等 p與煉鋼時的礦石、廢鋼有關(guān)，如與煉鋼時的礦石、廢鋼有關(guān)，如Cu、Sn、 Pb、Cr等等FMS硅和錳硅和錳( (有益元素有益元素) )uSip脫氧脫氧p溶于溶于F，強化，

33、強化F，量少影響不顯著，量少影響不顯著uMnp清除清除FeO，脫氧，降低脆性，脫氧，降低脆性p化合化合MnS，除硫，除硫p溶于溶于F，強化，強化FFMSS硫硫( (有害元素有害元素) )uFeS形式，能引起鋼在熱加工時或高形式，能引起鋼在熱加工時或高 溫工作下開裂溫工作下開裂(熱脆熱脆)u增加增加Mn，可消除熱，可消除熱 脆脆FMSP磷磷 ( (有害元素有害元素) )u溶于溶于F，有很強的固溶強化作用，有很強的固溶強化作用u低溫韌性差低溫韌性差(冷脆冷脆)uS、P擊沉了擊沉了“泰坦尼克號泰坦尼克號”FMSN氮氮( (有害元素有害元素) )u鋼中過飽和鋼中過飽和N在常溫放置過程中會發(fā)在常溫放置過

34、程中會發(fā) 生生時效脆化時效脆化u加加Ti、V、Al等元素可消除等元素可消除 時效傾向時效傾向FMSH氫氫( (有害元素有害元素) )u氫在鋼中以原子態(tài)溶解時，降低韌性，引起氫在鋼中以原子態(tài)溶解時，降低韌性，引起氫脆氫脆u當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時，會產(chǎn)生很高內(nèi)壓，當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時，會產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微裂紋，其形成微裂紋，其 內(nèi)壁為白色，稱為白點內(nèi)壁為白色，稱為白點FMSO O氧氧( (有害元素有害元素) )u鋼中的氧化物易成為鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源疲勞裂紋源FMS4. 5.2 碳鋼的分類碳鋼的分類u按鋼的含碳量分類按鋼的含碳量分類u按鋼的用途分類按鋼的用途分類p碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素

35、結(jié)構(gòu)鋼制造工程構(gòu)件及機械零件制造工程構(gòu)件及機械零件多屬低碳鋼和中碳鋼多屬低碳鋼和中碳鋼p碳素工具鋼碳素工具鋼制造刀具、量具和模具制造刀具、量具和模具多屬高碳鋼多屬高碳鋼低碳鋼低碳鋼中碳鋼中碳鋼高碳鋼高碳鋼Wc/% 0.25 0.60FMS4. 5.2 碳鋼的分類碳鋼的分類u按鋼的質(zhì)量分類按鋼的質(zhì)量分類 (有害物質(zhì)有害物質(zhì)S、P含量）含量） 鋼種類鋼種類含硫量含硫量Ws含磷量含磷量Wp普通普通碳素鋼碳素鋼0.050%0.045%優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼 0.035%0.035%高級優(yōu)質(zhì)高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼 0.030%0.030%特級優(yōu)質(zhì)特級優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼0.020%0.025%FMS4. 5.3 常用碳鋼常用碳鋼u我國鋼號表示我國鋼號表示p拼音拼音字母字母性能指標(biāo)、等級、類型性能指標(biāo)、等級、類型p元素元素符號符號p數(shù)字?jǐn)?shù)字性能值、含量性能值、含量FMS4. 5.3 常用碳鋼常用碳鋼u普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼pQ數(shù)字?jǐn)?shù)字(屈服強度值屈服強度值)+ 質(zhì)量等級質(zhì)量等級(A D)+脫氧方法或性能脫氧方法或性能拼音字拼音字母母沸騰鋼沸騰鋼-F；半鎮(zhèn)靜鋼；半鎮(zhèn)靜鋼-b；鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼-Z；特殊鎮(zhèn)靜鋼；特殊鎮(zhèn)靜鋼-TZ (兩者可不標(biāo)兩者可不標(biāo))耐候耐候-NH；高耐候；高耐候-GNHQ235AF屈服強度屈服強度235MPa的的A級沸騰鋼級沸騰鋼Q295GNH屈服強度屈服強度295M