鐵碳合金簡化版教學(xué)

1、第4章 鐵碳合金 當(dāng)今，材料的種類繁多，但在機(jī)械工程上仍然主要使用金屬材料。而鋼鐵是金屬材料中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的。 鋼鐵的基本成分是鐵元素和碳元素，故又稱為鐵碳合金。 本章主要介紹鐵碳合金的成分、組織和性能的關(guān)系。n0.0218n0.77n2.11n4.3n6.69 平衡狀態(tài)如果合金的溫度隨時(shí)間的變化非常緩慢，就將這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)或平衡條件。 平衡組織合金在平衡狀態(tài)所具有的組織。 鐵碳合金4.1 鐵碳合金的平衡組織 4.1 鐵碳合金的平衡組織 1.奧氏體（A） 碳溶于 鐵形成的固溶體。面心立方晶格 奧氏體的強(qiáng)度硬度很低，塑性韌性很好。 奧氏體是一種高溫組織，只能在727 以上才能穩(wěn)定存在

2、。 溶碳能力在1148時(shí)最大為2.11%。 碳鋼室溫組織中無奧氏體。 鐵碳合金4.1 鐵碳合金的平衡組織 2.鐵素體（F）碳在-Fe中的固溶體稱鐵素體, 用F 表示。體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在727時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。強(qiáng)度硬度很低，但塑性韌性很好，性能與純鐵相似。 3.滲碳體（Fe3C）碳元素與鐵元素的化合物，含碳6.69%。滲碳體的硬度非常高，強(qiáng)度并不高，塑性幾乎為零，是一種硬而脆的組織。滲碳體的形態(tài)對(duì)鐵碳合金的性能的影響比較大。Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C(石墨), 該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。由于碳在-Fe中

3、的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。 鐵碳合金4.1 鐵碳合金的平衡組織4.珠光體（P）鐵素體與滲碳體的層片狀混合物。含碳量0.77%珠光體的強(qiáng)度比鐵素體和滲碳體都高，硬度和塑性介于后兩者之間。 鐵碳合金4.1 鐵碳合金的平衡組織5.萊氏體（Ld）萊氏體是珠光體與滲碳體的混合物。含碳量4.3%萊氏體中包含了大量的滲碳體，所以又硬又脆。 鐵碳合金4.1 鐵碳合金的平衡組織4.2 鐵碳合金狀態(tài)圖 鐵碳合金狀態(tài)圖是一種表達(dá)鐵碳合金組織變化規(guī)律的一種工具。它表達(dá)出鐵碳合金的組織與溫度、成分之間的關(guān)系。 鐵碳狀態(tài)圖是在平衡條件下通過實(shí)驗(yàn)測繪的，故又稱為鐵碳平衡圖，也稱為

4、Fe-Fe3C狀態(tài)圖或鐵碳相圖。 鐵碳狀態(tài)圖只能用于在平衡條件下分析鐵碳合金的組織變化。n 鐵碳合金4.3 鐵碳合金的分類、組織和性能nA+FnL+AnA+ nL+ nFn nAnLnL+ Fe3CnA+ Fe3CnA+ Fe3C+LenLenLe+ Fe3CnLe+ Fe3CnLenP+ Fe3C+LenP+ Fe3CnP+FnPnC% 鐵碳合金4.3 鐵碳合金的分類、組織和性能 鐵碳合金 4.2 鐵碳合金狀態(tài)圖 Fe-Fe3C狀態(tài)圖 分析 鐵碳合金 4.2 鐵碳合金狀態(tài)圖 在已知鐵碳合金的成分（即含碳量Wc）和溫度的條件下，根據(jù)Fe-fe3C狀態(tài)圖，可以很容易地判斷其組織狀態(tài)。共析反應(yīng)共析

5、反應(yīng)：在一定溫度下，一種固體析出兩種固體共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)：在一定溫度下，一種液體同時(shí)析出兩種固體 鐵碳合金 4.2 鐵碳合金狀態(tài)圖 n亞共析鋼亞共析鋼n共析鋼共析鋼n過共析鋼過共析鋼n共晶白口鐵共晶白口鐵n過共晶白口鐵過共晶白口鐵n亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵n工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 4.3 鐵碳合金的分類、組織和性能4.3.1 按室溫平衡組織的分類 類別含碳量/ %室溫平衡組織工業(yè)純鐵WC 0.0218F鋼亞共析鋼0.0218 WC 0.77F+P共析鋼WC = 0.77P過共析鋼0.77 WC 2.11P+ Fe3C白口鑄鐵（生鐵）亞共晶白口鐵2.11 WC 4.3P+ Fe3C+Ld共晶白口鐵WC

6、 = 4.3Ld過共晶白口鐵4.3 WC 6.69Ld+Fe3C 鐵碳合金4.3 鐵碳合金的分類、組織和性能1. 工業(yè)純鐵 Wc0.0218%，只有F組織，強(qiáng)度硬度都很低，一般只作為電工軟磁材料，不用來造機(jī)械零件。 鐵碳合金4.3 鐵碳合金的分類、組織和性能2. 鋼 0.0218 WC 2.11，又可分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼，室溫組織中都有P；加熱到足夠高的溫度，都能得到單一 A 組織，故可以鍛壓加工。鋼的組織和性能具有多樣性，用途很廣，是最重要的工業(yè)材料。亞共析鋼 200 共析鋼 800 過共析鋼 200 F+P P P+ Fe3C 鐵碳合金4.3 鐵碳合金的分類、組織和性能3. 白口

7、鑄鐵（生鐵） 2.11% WC 6.69% ，又可分為亞共晶白口鐵、共晶白口鐵和過共晶白口鐵，都有萊氏體組織，因而又硬又脆。一般不用來制造機(jī)械零件，而是作為煉鋼和鑄造生產(chǎn)的原料。亞共晶白口鐵 共晶白口鐵 過共晶白口鐵P+ Fe3C+Ld Ld Ld+Fe3C 鐵碳合金4.3 鐵碳合金的分類、組織和性能4.3.2 含碳量對(duì)鋼的組織和性能的影響 亞共析鋼（0.0218 WC 0.77）具有F+P 組織，隨著WC 增高，F(xiàn)減少，P增多，故強(qiáng)度硬度上升，塑性下降。WC=0.1% WC=0.2%WC=0.4% WC=0.7% 鐵碳合金4.3 鐵碳合金的分類、組織和性能 共析鋼（WC = 0.77%）具有

8、 P 組織，強(qiáng)度硬度較高。 過共析鋼（0.77% WC 2.11%）具有P+ Fe3C 組織，當(dāng)WC0.9%，硬度隨含碳量升高而升高，但因 Fe3C 形成連續(xù)網(wǎng)狀，故強(qiáng)度、和塑性都隨含碳量升高而下降。共析鋼 800過共析鋼 800鋼按含碳量的分類低碳鋼低碳鋼：（：（W WC C0.30%0.30%） 低碳鋼的強(qiáng)度硬度比較低，但塑性韌性較低碳鋼的強(qiáng)度硬度比較低，但塑性韌性較好；好； 中碳鋼中碳鋼：（：（0.30%0.30%W WC C0.60%0.60%） 中碳鋼有較好的綜合力學(xué)性能；中碳鋼有較好的綜合力學(xué)性能；高碳鋼高碳鋼：（：（W WC C0.60%0.60%） 高碳鋼的硬度和耐磨性高，但脆

9、性較大。高碳鋼的硬度和耐磨性高，但脆性較大。4.4 4.4 鐵碳合金知識(shí)在生產(chǎn)中的應(yīng)用鐵碳合金知識(shí)在生產(chǎn)中的應(yīng)用1. 在選擇鋼鐵材料方面的應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)(如鋼筋、支架)、日用五金制品(如鐵絲、螺栓和螺帽、鋼制家具)、電器零件(如冰箱外殼、電風(fēng)扇葉片)等，由于這些產(chǎn)品對(duì)強(qiáng)度要求不很高，但要求鋼材有較好的塑性，以便加工成型，所以常選用低碳鋼。機(jī)械零件如齒輪、軸等，要求材料有良好的綜合力學(xué)性能，也就是說，材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性都要達(dá)到一定水平。通常選用中碳鋼。 白口鑄鐵硬度高，脆性大，不能鍛造，難以切削加工，一般不用來制造機(jī)械零件。但它的鑄造性能很好，可以用鑄造的方法來生產(chǎn)一些對(duì)耐磨性要求很高的產(chǎn)品，如犁鏵、球磨機(jī)磨球等。 彈簧要求較高的彈性和強(qiáng)度，一般選用含碳量為0508的鋼。 刀具和冷沖壓模具要求高的硬度和耐磨性，一般選用的高碳鋼。4.4 鐵碳合金知識(shí)在生產(chǎn)中的應(yīng)用2.在鍛壓生產(chǎn)中的應(yīng)用3.在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用4.在熱處理生產(chǎn)中的應(yīng)用人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，