第2章2.2.3 鐵碳合金結(jié)晶

1、1CDEFG 912 SPQ1148727L L+ L+ Fe3C+ + Fe3C+ Fe3CKFe3CFeA1AcmA3T/ w(C)% A 1538BJNH06.690.020.772.114.3(Iron carbon alloy)鋼和鑄鐵是應(yīng)用最廣的金屬材料，它們的基本組成都鋼和鑄鐵是應(yīng)用最廣的金屬材料，它們的基本組成都是鐵是鐵(Fe)和碳和碳(C)兩種元素，故統(tǒng)稱為兩種元素，故統(tǒng)稱為鐵碳合金鐵碳合金。（純鐵同素異構(gòu)）（純鐵同素異構(gòu)） 1394 2ACDEFGSPQ1148727LL+L+ Fe3C 2186.69+Fe3C + + Fe3C 0.77K共晶相圖共晶

2、相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖1. 鐵碳相圖鐵碳相圖FeFe3C w (C) / % LT / 3(1)鐵碳合金的組元鐵碳合金的組元 純鐵純鐵Fe、 Fe3C(2)鐵碳合金中的基本相鐵碳合金中的基本相 鐵素體鐵素體 Ferrite 碳溶于碳溶于 -Fe中形成的間隙固溶體，中形成的間隙固溶體，呈體心立方結(jié)構(gòu)，稱為呈體心立方結(jié)構(gòu)，稱為鐵素體鐵素體或或固溶體固溶體，用符號(hào)，用符號(hào)F 或或 表示，表示，常用在相圖標(biāo)注中，常用在相圖標(biāo)注中，F(xiàn)常用在行文中。常用在行文中。 F溶碳能力很低，在溶碳能力很低，在727時(shí)最大為時(shí)最大為0.0218%，室溫下，室溫下僅為僅為0.0008%。 工業(yè)純鐵的室溫性

3、能工業(yè)純鐵的室溫性能 低強(qiáng)度：低強(qiáng)度： 0.2= 100 MPa 170 MPa b= 180MPa 230 Mpa；高塑性和韌性高塑性和韌性: = 30%50% , = 70%80%， FerriteFerrite4Ak=1.6108 J 2108 J， 低硬度：低硬度： ( 50HBS 80HBS)。奧氏體奧氏體 :碳溶于碳溶于-Fe中形成的間隙固溶體，呈面心立方結(jié)構(gòu)，無中形成的間隙固溶體，呈面心立方結(jié)構(gòu)，無磁性稱奧氏體，用符號(hào)磁性稱奧氏體，用符號(hào)A或或 表示。表示。A的強(qiáng)度的強(qiáng)度b 400MPa，硬度硬度(170HBS220HBS)較低，塑較低，塑性高性高(延伸率延伸率 為為40%50%

4、)；無磁性。無磁性。由于由于FCC的間隙比的間隙比BCC大，所以大，所以 的溶碳能力比的溶碳能力比大。大。A的溶碳能力在的溶碳能力在1148時(shí)最大為時(shí)最大為2.11 。 滲碳體滲碳體： 鐵與碳形成的金屬化合物。含碳鐵與碳形成的金屬化合物。含碳6.69%, 用用分子式分子式Fe3C或符號(hào)或符號(hào)Cm表示。表示。5性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：Fe3C硬度高硬度高(800HBW)、強(qiáng)度低、強(qiáng)度低( b 30Mpa )，脆性大，脆性大， 塑性幾乎為零塑性幾乎為零 0 ， 0；Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)可以看作由的晶體結(jié)構(gòu)可以看作由6個(gè)鐵原子構(gòu)成的三角棱柱個(gè)鐵原子構(gòu)成的三角棱柱和在柱內(nèi)的一個(gè)碳原子連接而成，角上的鐵原子為

5、和在柱內(nèi)的一個(gè)碳原子連接而成，角上的鐵原子為2個(gè)個(gè)三角棱柱共享。所以實(shí)際原子比為：三角棱柱共享。所以實(shí)際原子比為：3:1The crystal structure of diamondThe crystal structure of graphiteThe crystal structure of cementite6珠光體珠光體 ( P ) - Pearlite (3) 鐵碳合金中的基本組織鐵碳合金中的基本組織 珠光體是鐵素體和滲碳珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物體組成的機(jī)械混合物。 SP3P(Fe) +C 7 珠光體珠光體是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形

6、成的鐵素體與滲碳體的共析體碳體的共析體(機(jī)械混合物機(jī)械混合物)。其形態(tài)為鐵素體薄層和滲。其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相物，也稱碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相物，也稱片狀珠光體片狀珠光體。用。用符號(hào)符號(hào)P表示，含碳質(zhì)量為表示，含碳質(zhì)量為w(C)0.77。 在球化退火條件下，珠光體中的滲碳體也可呈粒狀在球化退火條件下，珠光體中的滲碳體也可呈粒狀，這樣的珠光體稱為，這樣的珠光體稱為粒狀珠光體粒狀珠光體。力學(xué)性能介于鐵素體。力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間，性能還與滲碳體顆粒的大小、形態(tài)及分與滲碳體之間，性能還與滲碳體顆粒的大小、形態(tài)及分布有關(guān)；與片狀珠光體比較，粒狀珠光體硬度較低、塑布有

7、關(guān)；與片狀珠光體比較，粒狀珠光體硬度較低、塑性韌性較好。性韌性較好。b=770MPa, 180HBS, = 20% 35%, AK=3.0 107J 4.0107 J。 6.69-0.77=100% = 88.5%6.69-0w100%0.77-0Fe C = 11.5%36.69-0w8 萊氏體萊氏體 ( )萊氏體萊氏體是奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。是奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。、LdLdLeLew(Fe3C)=1- 35.7%=64.3 % 冷卻至室溫的萊氏體稱變態(tài)萊氏體（或低溫萊氏冷卻至室溫的萊氏體稱變態(tài)萊氏體（或低溫萊氏體）體） 或或 。此時(shí)，。此時(shí)，低溫萊氏體低溫萊氏體由由和

8、和Fe3C 所組成；所組成；w() =（6.69-4.306.69-0)100%=35.7%LeLd 1148CE3F()LLe + Fe C說明滲碳體是基體，性能會(huì)怎樣？說明滲碳體是基體，性能會(huì)怎樣？9w(C)2.11%的的Fe-Fe3C合金均會(huì)發(fā)生合金均會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)。組織特點(diǎn)：組織特點(diǎn)：蜂窩狀蜂窩狀 。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：硬而脆硬而脆、不能進(jìn)行、不能進(jìn)行壓力加工。壓力加工。（因?yàn)樵诠簿О卓阼F中，滲碳體是基體。）（因?yàn)樵诠簿О卓阼F中，滲碳體是基體。）10符號(hào)符號(hào)T/ w(C) /%含含 義義A15380純鐵的熔點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn) C11484.3共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) D12276.69Fe3C的

9、熔點(diǎn)的熔點(diǎn) E11482.11碳在碳在 -Fe中的中的最大溶解度最大溶解度 F11486.69Fe3C的成分的成分 G9120與與同素異構(gòu)同素異構(gòu) P7270.0218碳在碳在-Fe中的中的最大溶解度最大溶解度 S7270.77共析點(diǎn)共析點(diǎn) Q室溫室溫0.0008室溫下碳在室溫下碳在-Fe中的溶解度中的溶解度 1148CE3(+Fe C)LLe 727SP3P(+Fe C) 鐵碳相圖中的特征點(diǎn)：鐵碳相圖中的特征點(diǎn)：Fe6.69Fe3CSQPKGFDC+ Fe3C+L+L+ Fe3CL+ Fe3CAw (C)/%EL0T / 11特性線特性線 含含 義義 ACD鐵碳合金的液相線鐵碳合金的液相線A

10、ECFD鐵碳合金的固相線鐵碳合金的固相線ECFLCE+Fe3C共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變線線 GS奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線的開始線( A3線線)ES碳在奧氏體中的溶解碳在奧氏體中的溶解度線度線 ( ACm線線)PSKs p+Fe3C 共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變線線 PQ碳在鐵素體中的溶解碳在鐵素體中的溶解度線度線 鐵碳相圖中的特征線：鐵碳相圖中的特征線： 1148CE3(+Fe C)LLe 727SP3P(+Fe C)SQPKGFEDC+ Fe3C+L+L+ Fe3CL+ Fe3CAT / w(C)/% 06.69L12S+Fe3CFe Fe3C相圖中的恒溫轉(zhuǎn)變相圖中的恒溫轉(zhuǎn)變 1148EC3

11、F(Fe)LL+CeFe3CKPFe3CFe3CL=+ SP3KP(Fe) +C LeLw(C) /%SQPKGFEDC+ Fe3C+L+L+ Fe3CL+ Fe3CA06.69FeFe3CT / 13三條特征曲線三條特征曲線 ES、PQ、GS線線&ES(Acm)線線是碳在奧氏體中的溶解度曲線。含碳量大是碳在奧氏體中的溶解度曲線。含碳量大于于0.77%的合金，從的合金，從1148冷到冷到727的過程中，將自奧的過程中，將自奧氏體中析出滲碳體，這氏體中析出滲碳體，這種滲碳體稱為種滲碳體稱為二次滲碳二次滲碳體體(Fe3CII)。& GS(A3)線線是冷卻過程中，是冷卻過程中，奧氏體

12、向鐵素體轉(zhuǎn)變的開奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開始線；或者說是加熱過程始線；或者說是加熱過程中，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變中，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線。的終了線。w(C) /%LSQPKGFEDC+ Fe3C+L+L+ Fe3CL+ Fe3CA06.69FeFe3CT / 14SQPKGFEDC+ Fe3C+L+L+ Fe3CL+ Fe3CA06.69FeFe3C？ ？ ？ ？ Fe3C、Fe3C、Fe3C 有有什么不同什么不同??！?。?？& PQ線線是碳在鐵素體是碳在鐵素體中的溶解度曲線。鐵碳中的溶解度曲線。鐵碳合金由合金由727冷卻到室冷卻到室溫的過程中，鐵素體中溫的過程中，鐵素體中會(huì)有滲碳體析出，

13、這種會(huì)有滲碳體析出，這種滲碳體稱為滲碳體稱為三次滲碳體三次滲碳體(Fe3CIII)。w(C) /%LT / 15相圖分析相圖分析ACDEFGSPQ11487276.69KFe3CFe0.72181538912圖形；液圖形；液/固相線；特征點(diǎn)固相線；特征點(diǎn)0w(C) /% T / 164個(gè)單相區(qū)；個(gè)單相區(qū)；5個(gè)雙相區(qū)個(gè)雙相區(qū)A0、A1、A2 、A3、Acm；2個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變。LL+L+ Fe3C+ Fe3C+ Fe3CFe3CFeA1AcmA3A0A2w(C) /% Cementite magnetic transformation lineT / 172. 典型鐵碳

14、合金的平衡結(jié)晶過程典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類： 碳碳 鋼鋼0.0218%w(C)2.11% LLL+L+ Fe3C+ Fe3C + Fe3CFe3CFew(C) /%白口鑄鐵白口鑄鐵2.11%w(C)6.69% 亞共析鋼亞共析鋼Hypoeutectoid carbon steel w(C) =0.0218%0.77% 共析鋼共析鋼Eutectoid carbon steel w(C) =0.77% 過共析鋼過共析鋼Hypereutectoid carbon steel w(C) =0.77%2.11% 亞共晶白亞共晶白口鑄鐵

15、口鑄鐵Hypoeutectoid cast ironw(C) =2.11%4.30%共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵Eutectoid cast iron w(C) =4.30%Hypereutectoid cast iron w(C) =4.30%6.69%過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵w(C) 0.0218%)18w(C) 1L 1-2L1231233 +LL+Fe3CT(2) 共析鋼的平衡結(jié)晶過程共析鋼的平衡結(jié)晶過程w(C)= 0.77%443-43-4PT / 20注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)共析反應(yīng)生成的珠光體在冷卻過程中，其中的共析反應(yīng)生成的珠光體在冷卻過程中，其中的鐵素體產(chǎn)生三次析出，

16、生成鐵素體產(chǎn)生三次析出，生成Fe3C，但與共析，但與共析的的Fe3C連在一起，難以分辨。連在一起，難以分辨。共析鋼的室溫平衡組織：共析鋼的室溫平衡組織：PP：鐵素體（：鐵素體（）和滲碳體的兩相）和滲碳體的兩相混合物，兩相的相對質(zhì)量是多少？混合物，兩相的相對質(zhì)量是多少？21SQPKGFEDC+ Fe3C+L+L+ Fe3CL+ Fe3CAT / w ( C ) /%06.69FeFe3C計(jì)算平衡狀態(tài)下，兩平衡相的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)。杠桿的計(jì)算平衡狀態(tài)下，兩平衡相的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)。杠桿的支支點(diǎn)點(diǎn)是合金的是合金的成分點(diǎn)成分點(diǎn)，端點(diǎn)，端點(diǎn)分別是兩個(gè)相的分別是兩個(gè)相的成分點(diǎn)成分點(diǎn)。Fe3CA(0)B(6.69)

17、0.77C220.026.69500600700800900100011001200130014001500160012270.772.114.3+Fe3C+Fe3CLG(912)7271148w(C)%A(1538 )SPECKFDA3A1Acm12+LL+Fe3CT2-32-33-43-41-21-2L11L12343454 5(3) 亞共析鋼的平衡結(jié)晶過程亞共析鋼的平衡結(jié)晶過程0.0218 % w(C) 11L1233454 54-44-4Fe3CFe3C3-43-44(4) 過共析鋼過共析鋼0.77% w(C) 11L13232A1-1Le1 2LePFe3C(5) 共晶白口鐵的平衡結(jié)

18、晶過程共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程w(C) = 4.3%T / 29注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)冷卻過程中萊氏體中的奧氏體相析出，冷卻過程中萊氏體中的奧氏體相析出， Fe3C，但其依附于萊氏體中的但其依附于萊氏體中的Fe3C長大，不可見長大，不可見共晶白口鐵室溫組織：低溫共晶白口鐵室溫組織：低溫(變態(tài)變態(tài))萊氏體萊氏體Le (珠光體呈粒狀分布在珠光體呈粒狀分布在Fe3C基體上）基體上）共晶白口鐵的基體相是共晶白口鐵的基體相是Fe3C脆性相，脆性相，材料整體脆性較大，硬度較高材料整體脆性較大，硬度較高 300.026.69500600700800900100011001200130014001500160012

19、270.772.114.3+Fe3C+Fe3CLG(912)7271148w(C)%A(1538 )SPECKFDA3A1Acm12+LL+Fe3CT1-21-2L11L123343 4(6) 亞共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程亞共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程2.11% w(C) 11L123343 4(7) 過共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程過共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程w(c) 4.3%3-4LeFe3C21-2LFe3C2-3LeFe3CT / 32圖圖 用組織組成物標(biāo)注的用組織組成物標(biāo)注的Fe- Fe3C相圖相圖3. 碳質(zhì)量對鐵碳合金組織與力學(xué)性能的影響碳質(zhì)量對鐵碳合金組織與力學(xué)性能的影響Z 對平衡組織的影響對

20、平衡組織的影響Fe6.69Fe3CSQPKGFEDC+L+L+ Fe3C+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3C+ Fe3CP+ Fe3C+P+ Fe3CP+P+ Fe3CL+ Fe3CAT / w(C)/% 0Fe6.69Fe3CSQPKGFEDC+ Fe3C+L+L+ Fe3CL+ Fe3CAw(C)/% 0圖圖 用相組成物標(biāo)注的用相組成物標(biāo)注的Fe- Fe3C相圖相圖eLeLeLT / 33FeFe3CSQPKGFEDCA+ Fe3C+L+ LL+Fe3C+ Fe3C+ Fe3C+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+P+ Fe3Cw

21、(C)%T / + Fe3C +P P P+ Fe3C P+ Fe3C +Le Le Le+ Fe3C Fe3C34w(C) /%小結(jié)小結(jié)+Fe3C+PP P+Fe3C P+Fe3C+Le Fe3C +LeLe碳含量對鐵碳合金室溫組織的影響碳含量對鐵碳合金室溫組織的影響 + Fe3C +P P P+ Fe3C P+ Fe3C +Le Le Le+ Fe3C Fe3C35合金合金相的相對重量百分比相的相對重量百分比組織組成物的相對重組織組成物的相對重量百分比量百分比亞共析亞共析鋼鋼過共析過共析鋼鋼亞共晶亞共晶白口鐵白口鐵30100%6.69Fe Cxw3100%Fe Cww%1000218. 0

22、77. 00218. 0 xwP100%Pww30100%6.69Fe Cxw3100%Fe Cww%10077. 069. 677. 0II3CFexwIICFe3%100wwP77. 069. 677. 011. 2)1 (CFeII3LewwII3CFe%100wwwLeP6.69100%6.69xwFCFeww%1003表：鋼中組織組成物與相組成物的計(jì)算表：鋼中組織組成物與相組成物的計(jì)算2.11100%4.32.11eLxw36圖圖 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對平衡相、組織和力學(xué)性能的影響對平衡相、組織和力學(xué)性能的影響Le37Z 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對力學(xué)性能的影響碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對力學(xué)性能的影響4

23、00MPa800MPa1200MPaHB(100HB)(300HB)(500HB)akd d bbHB60%14J/cm2、40%12J/cm220%8J/cm2akw(C)%圖圖 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(緩冷緩冷)鋼力學(xué)性能的影響鋼力學(xué)性能的影響Fe3C38HB100200300HBw(C)%圖圖 碳對碳對(緩冷緩冷)鋼力學(xué)性能的影響鋼力學(xué)性能的影響Fe3C硬度硬度Hardness 非組織敏感性能非組織敏感性能主要取決于相構(gòu)成主要取決于相構(gòu)成，硬度硬度主要決定于組織中組成相主要決定于組織中組成相或組織組成物的硬度和質(zhì)或組織組成物的硬度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)，量分?jǐn)?shù)，而受它們的形態(tài)而受它們的形態(tài)的影

24、響相對較?。坏挠绊懴鄬^?。浑S碳含隨碳含量的增加量的增加, 由于硬度高的由于硬度高的Fe3C增多增多, 硬度低的硬度低的相減相減少，合金的硬度呈直線關(guān)少，合金的硬度呈直線關(guān)系增大系增大, 由全部為由全部為F的硬度的硬度約約80 HBS增大到全部為增大到全部為Fe3C時(shí)的約時(shí)的約800 HBW。 400500394008001200HBbb/MPaw(C)%圖圖 碳對碳對(緩冷緩冷)鋼力學(xué)性能的影響鋼力學(xué)性能的影響Fe3C強(qiáng)度強(qiáng)度Strength 鋼的強(qiáng)度是一個(gè)對組織鋼的強(qiáng)度是一個(gè)對組織形態(tài)、數(shù)量、大小及分布形態(tài)、數(shù)量、大小及分布很敏感的性能。很敏感的性能。隨碳質(zhì)量隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，亞共析鋼中

25、分?jǐn)?shù)的增加，亞共析鋼中珠光體量增多而鐵素體量珠光體量增多而鐵素體量減少，珠光體的強(qiáng)度比鐵減少，珠光體的強(qiáng)度比鐵素體強(qiáng)度高，又因其強(qiáng)度素體強(qiáng)度高，又因其強(qiáng)度大小與組織細(xì)密程度有關(guān)，大小與組織細(xì)密程度有關(guān)，組織越細(xì)密，則強(qiáng)度值越組織越細(xì)密，則強(qiáng)度值越高。所以亞共析鋼的強(qiáng)度高。所以亞共析鋼的強(qiáng)度隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。大。40HBbw(C)%圖圖 碳對碳對(緩冷緩冷)鋼力學(xué)性能的影響鋼力學(xué)性能的影響Fe3C當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過共析成當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過共析成分之后，由于強(qiáng)度很低的分之后，由于強(qiáng)度很低的二次滲碳體沿晶界析出，二次滲碳體沿晶界析出，合金的強(qiáng)度增加變緩慢，合金的強(qiáng)度增加變緩

26、慢，到碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近于到碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近于0.9%時(shí)，二次滲碳體沿晶界析時(shí)，二次滲碳體沿晶界析出形成完整的網(wǎng)，強(qiáng)度迅出形成完整的網(wǎng)，強(qiáng)度迅速降低，隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)速降低，隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加，強(qiáng)度仍在的進(jìn)一步增加，強(qiáng)度仍在不但下降，所以過共析鋼不但下降，所以過共析鋼隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加，強(qiáng)度在不斷下降。增加，強(qiáng)度在不斷下降。4008001200b/MPa41HBakd d b 60%14J/cm2、 40%12J/cm2 20%8J/cm2akw(C)%圖圖 碳質(zhì)量對碳質(zhì)量對(緩冷緩冷)鋼力學(xué)性能的影響鋼力學(xué)性能的影響Fe3C鐵碳合金中鐵碳合金中Fe3C是極是極脆

27、的相脆的相, 沒有塑性。合金沒有塑性。合金的塑性全部由的塑性全部由F(相相)提供。提供。所以隨碳含量的增大，所以隨碳含量的增大，F(xiàn) (相相)量不斷減少，合金量不斷減少，合金的塑性連續(xù)下降。到合的塑性連續(xù)下降。到合金成為白口鑄鐵時(shí)，塑金成為白口鑄鐵時(shí)，塑性就降到近于零值了。性就降到近于零值了。韌性也是如此。韌性也是如此。 Plasticity韌性韌性 Toughness42對于應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)材料亞共析鋼，合金的硬度、對于應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)材料亞共析鋼，合金的硬度、強(qiáng)度和塑性可根據(jù)成分或組織作如下估算：強(qiáng)度和塑性可根據(jù)成分或組織作如下估算：硬度硬度80w(F)%+180w(P)%(HB)或硬度或硬度8

28、0 w(F)%+800w(Fe3C)%(HB)強(qiáng)度強(qiáng)度230w(F)%+770P%(MPa)延伸率延伸率()50w(F)%+20w(P)%Z 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對工藝性能的影響碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對工藝性能的影響 切削加工性切削加工性金屬的切削加工性能是指其經(jīng)切削加工成工件的難金屬的切削加工性能是指其經(jīng)切削加工成工件的難易程度。易程度。 低碳鋼中低碳鋼中相較多，塑性好，切削加工時(shí)產(chǎn)生切削熱相較多，塑性好，切削加工時(shí)產(chǎn)生切削熱大，易粘刀，不易斷屑，表面粗糙度差，故切削加工性大，易粘刀，不易斷屑，表面粗糙度差，故切削加工性差。高碳鋼中差。高碳鋼中Fe3C多，刀具磨損嚴(yán)重，故切削加工性也多，刀具磨損嚴(yán)重，故切削加

29、工性也差。差。43中碳鋼中中碳鋼中F和和Fe3C的比例適當(dāng)，切削加工性較好。的比例適當(dāng)，切削加工性較好。一般認(rèn)為鋼的硬度在一般認(rèn)為鋼的硬度在170HBS230HBS左右時(shí)，切左右時(shí)，切削加工性較好。在高碳鋼削加工性較好。在高碳鋼Fe3C呈球狀時(shí)，可改善切削呈球狀時(shí)，可改善切削加工性。加工性。 可鍛性可鍛性 金屬可鍛性是指金屬壓力加工時(shí)，能改變金屬可鍛性是指金屬壓力加工時(shí)，能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能。形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能。當(dāng)鋼加熱到高溫得到單相當(dāng)鋼加熱到高溫得到單相A組織時(shí)，可鍛性好。組織時(shí)，可鍛性好。低碳鋼中鐵素體多可鍛性好，隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增低碳鋼中鐵素體多可鍛性好，隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加

30、金屬可鍛性下降。加金屬可鍛性下降。白口鑄鐵無論在高溫或低溫，因組織是以硬而脆的白口鑄鐵無論在高溫或低溫，因組織是以硬而脆的Fe3C為基體，所以不能鍛造。為基體，所以不能鍛造。 鑄造性能鑄造性能 合金的鑄造性能取決于相圖中液相線與合金的鑄造性能取決于相圖中液相線與固相線的水平距離和垂直距離。距離越大，合金的鑄固相線的水平距離和垂直距離。距離越大，合金的鑄造性能越差。造性能越差。44低碳鋼的液相線與固相線距離很小，則有較好的鑄低碳鋼的液相線與固相線距離很小，則有較好的鑄造性能，但其液相線溫度較高，使鋼液過熱度較小，造性能，但其液相線溫度較高，使鋼液過熱度較小，流動(dòng)性較差。流動(dòng)性較差。隨著碳的質(zhì)量分

31、數(shù)增加，鋼的結(jié)晶溫度間隔增大，隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鋼的結(jié)晶溫度間隔增大，鑄造性能變差。鑄造性能變差。 共晶成分附近的鑄鐵，不僅液相線與固相線的距離共晶成分附近的鑄鐵，不僅液相線與固相線的距離最小，而且液相線溫度也最低，其流動(dòng)性好，鑄造性最小，而且液相線溫度也最低，其流動(dòng)性好，鑄造性能好。能好。 可焊性可焊性 隨著鋼中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鋼的塑性下降，可焊隨著鋼中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鋼的塑性下降，可焊性下降。所以，為了保證獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭，應(yīng)優(yōu)先性下降。所以，為了保證獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭，應(yīng)優(yōu)先選用低碳鋼選用低碳鋼(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25的鋼）。一般碳的的鋼）。一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0

32、.5的鋼，因?yàn)榭珊感圆睿苌儆糜诤附拥匿摚驗(yàn)榭珊感圆?，很少用于焊接件，如果要用，?yīng)采取必要的焊接工藝措施。件，如果要用，應(yīng)采取必要的焊接工藝措施。45The applications of iron-carbon phase diagram1.在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用純鐵純鐵 強(qiáng)度低強(qiáng)度低, 不宜用做結(jié)構(gòu)材料不宜用做結(jié)構(gòu)材料, 但由于其導(dǎo)磁率高但由于其導(dǎo)磁率高, 矯頑矯頑力低力低, 可作軟磁材料使用可作軟磁材料使用, 例如做電磁鐵的鐵芯等。例如做電磁鐵的鐵芯等。鋼鋼 建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料, 選用選用碳含量較低

33、的鋼材。碳含量較低的鋼材。 機(jī)械零件機(jī)械零件需要強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料需要強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料, 應(yīng)選應(yīng)選用碳含量適中的中碳鋼。用碳含量適中的中碳鋼。 工具工具要用硬度高和耐磨性好的材料要用硬度高和耐磨性好的材料, 則選碳含量高的則選碳含量高的鋼種。鋼種。 46白口鑄鐵白口鑄鐵 硬度高、脆性大，不能切削加工，不能鍛造，但耐硬度高、脆性大，不能切削加工，不能鍛造，但耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、不受沖磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件。擊、形狀復(fù)雜的鑄件。 如拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機(jī)的磨球如拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機(jī)的

34、磨球等。等。2.在鑄造工藝方面的應(yīng)用在鑄造工藝方面的應(yīng)用 根據(jù)根據(jù)Fe- Fe3C相圖確定合金澆注溫度。澆注溫度一相圖確定合金澆注溫度。澆注溫度一般在液相線以上般在液相線以上50 100 。 純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好, 凝固溫度區(qū)間凝固溫度區(qū)間最小最小, 流動(dòng)性好流動(dòng)性好, 分散縮孔少分散縮孔少, 可以獲得致密的鑄件?？梢垣@得致密的鑄件。 鑄鐵在生產(chǎn)上總是選在共晶成分附近。鑄鐵在生產(chǎn)上總是選在共晶成分附近。 鑄鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在鑄鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%0.6%之間之間, 鋼的結(jié)晶溫鋼的結(jié)晶溫度區(qū)間較小度區(qū)間較小, 鑄造性能較好。鑄造性能較好。 47 3.在熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用在熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用 鋼處于奧氏體狀態(tài)時(shí)強(qiáng)度較低，塑性較好，因此鍛鋼處于奧氏體狀態(tài)時(shí)強(qiáng)度較低，塑性較好，因此鍛造或軋制選在單相奧氏體區(qū)進(jìn)行。一般始鍛、始軋溫造或軋制選在單相奧氏體區(qū)進(jìn)行。一般始鍛、始軋溫度控制在固相線以下度控制在固相線以下10