第三章-鐵碳合金-教學(xué)

1、第第三三章章 鐵碳合金鐵碳合金（1 1）重要概念：）重要概念：鐵素體鐵素體 奧氏體奧氏體 珠光體珠光體 萊氏體萊氏體 共晶滲碳共晶滲碳體體 共析滲碳體共析滲碳體 二次滲碳體二次滲碳體（2 2）熟記鐵碳相圖）熟記鐵碳相圖：弄清重要溫度與成分點(diǎn)、重要線意義；：弄清重要溫度與成分點(diǎn)、重要線意義；鐵碳合金中各種相的本質(zhì)與特征鐵碳合金中各種相的本質(zhì)與特征（3 3）典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析）典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析：室溫平衡組織中相及：室溫平衡組織中相及組織組成物相對(duì)量的計(jì)算，熟悉各組織特征組織組成物相對(duì)量的計(jì)算，熟悉各組織特征（4 4）掌握）掌握鐵碳合金的成分鐵碳合金的成分組織性能之間的關(guān)系組織性能

2、之間的關(guān)系 鐵碳相圖 碳鋼與鑄鐵是使用最為廣泛的金屬材料，是鐵和碳組成的碳鋼與鑄鐵是使用最為廣泛的金屬材料，是鐵和碳組成的合金，不同成分的碳鋼與鑄鐵，組織和性能也不同。在研究和合金，不同成分的碳鋼與鑄鐵，組織和性能也不同。在研究和使用鋼鐵材料、制定其熱加工和熱處理工藝以及分析工藝廢品使用鋼鐵材料、制定其熱加工和熱處理工藝以及分析工藝廢品的原因時(shí)，都需要應(yīng)用鐵碳相圖。的原因時(shí)，都需要應(yīng)用鐵碳相圖。 在鐵碳合金中，根據(jù)結(jié)晶條件不同，組元碳可具有碳化物在鐵碳合金中，根據(jù)結(jié)晶條件不同，組元碳可具有碳化物FeFe3 3C(C(滲碳體）和石墨兩種形式，滲碳體在熱力學(xué)上是一個(gè)亞穩(wěn)滲碳體）和石墨兩種形式，滲碳

3、體在熱力學(xué)上是一個(gè)亞穩(wěn)定相（定相（meta-stable phase),meta-stable phase),而石墨是穩(wěn)定相。在通常情況下，而石墨是穩(wěn)定相。在通常情況下，鐵碳合金是按鐵碳合金是按Fe- FeFe- Fe3 3C C系進(jìn)行轉(zhuǎn)變，本章我們討論的鐵碳相圖系進(jìn)行轉(zhuǎn)變，本章我們討論的鐵碳相圖實(shí)際上就是實(shí)際上就是Fe- FeFe- Fe3 3C C相圖。相圖。u純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 金屬的多晶型性（同素異構(gòu)現(xiàn)象）金屬的多晶型性（同素異構(gòu)現(xiàn)象） 多晶型性轉(zhuǎn)變（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）多晶型性轉(zhuǎn)變（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變） 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變-Fe -Fe -Feu純鐵的成分及性

4、能純鐵的成分及性能 純鐵（工業(yè)純鐵）：含雜質(zhì)純鐵（工業(yè)純鐵）：含雜質(zhì)0.10%0.10%0.20%0.20% 性能：性能：b b=180=180230MPa 230MPa 0.20.2=100=100170MPa 170MPa =30% =30%50% =70%50% =70%80% 80% a ak k=128=128160J/cm 160J/cm 2 2 HBS=50 HBS=5080801394 1394 912 912 A4A3A2一、鐵碳合金的基本組織一、鐵碳合金的基本組織n是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在在727時(shí)時(shí)最大為最大

5、為0.0218%，室溫下僅為，室溫下僅為0.0008%。n鐵素體的組織為多邊形晶粒，鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。性能與純鐵相似。鐵素體鐵素體l 組元：組元：Fe、 Fe3Cl 相相l(xiāng) 鐵素體：鐵素體：l碳在碳在 -Fe中的固溶體稱中的固溶體稱鐵素鐵素體體, 用用F 或或 表示。表示。u 鐵素體（鐵素體（F或或） 定義：碳溶于定義：碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體中所形成的間隙固溶體 晶格結(jié)構(gòu)：晶格結(jié)構(gòu)：bcc 最大溶解度：最大溶解度：0.0218%0.0218%（727727） 性能：性能： b b=180=180230MPa 230MPa 0.20.2=100=100170MP

6、a HBS=50170MPa HBS=508080 =30% =30%50% =70%50% =70%80% a80% ak k=160=160200J/cm 200J/cm 2 2u-鐵素體：鐵素體：碳溶于碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，中所形成的間隙固溶體， 最大溶解度：最大溶解度：0.09%0.09%（14951495） 鐵碳合金的相和組織組成鐵碳相圖n 奧氏體奧氏體:n碳在碳在 -Fe中的固溶體稱中的固溶體稱奧氏體奧氏體。用。用A或或 表示。表示。n是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148時(shí)最大為時(shí)最大為2.11%。72

7、7 時(shí)為時(shí)為0.77%l組織為不規(guī)則多面體晶粒，組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。晶界較直。強(qiáng)度低、塑性強(qiáng)度低、塑性好好，鋼材熱加工都在鋼材熱加工都在 區(qū)區(qū)進(jìn)行進(jìn)行.l碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。奧氏體奧氏體 奧氏體組織金相圖奧氏體組織金相圖u奧氏體（奧氏體（A或或） 定義：碳溶于定義：碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體（高溫組織）中所形成的間隙固溶體（高溫組織） 晶格結(jié)構(gòu)：晶格結(jié)構(gòu)：fcc 溶解度：溶解度：0.77% (727) 0.77% (727) 2.11% (1148) 2.11% (1148) 性能：性能：b b400MPa HBS=170400MPa HBS=1

8、70220 =40%220 =40%50% 50% 高塑性、無(wú)磁性高塑性、無(wú)磁性 鐵碳合金的相和組織組成鐵碳相圖n 滲碳體：滲碳體：即即Fe3C, 含碳含碳6.69%, 用用Fe3C或或Cm表示。表示。nFe3C硬度高、強(qiáng)度低硬度高、強(qiáng)度低( b 35MPa), 脆性大脆性大, 塑性幾乎為零塑性幾乎為零lFe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), 該反應(yīng)該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。對(duì)鑄鐵有重要意義。l由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度很中的溶解度很小，因而小，因而常溫下碳在鐵碳合常溫下碳在鐵碳合金中主要以金中主要以Fe3C或

9、或石墨石墨的形的形式存在。式存在。 鑄鐵中的石墨鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體鋼中的滲碳體滲碳體組織金相圖滲碳體組織金相圖u 滲碳體（滲碳體（FeFe3 3C C） 定義：定義：Fe 與與 C 所形成的金屬化合物所形成的金屬化合物 晶格結(jié)構(gòu)：復(fù)雜正交晶格結(jié)構(gòu)：復(fù)雜正交 性能：性能：HBS=800 0 HBS=800 0 00 硬而脆硬而脆鋼中強(qiáng)化相（耐磨性好）鋼中強(qiáng)化相（耐磨性好） Fe Fe3 3C 3Fe+CC 3Fe+C（石墨）石墨）弱的鐵磁性弱的鐵磁性(230 )(230 ) 石墨碳石墨碳 晶格結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單六方晶格結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單六方 性能性能: 加工性能加工性能 機(jī)械性能機(jī)械性能鐵碳合金的相和組織

10、組成高溫高溫鐵碳相圖石墨的晶體結(jié)構(gòu)n珠光體：珠光體：鐵素體鐵素體與與Fe3C的機(jī)械混合物的機(jī)械混合物，用，用P表示。表示。l珠光體的組織特點(diǎn)是兩相珠光體的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布呈片層相間分布,性能介性能介于兩相之間。于兩相之間。珠光體珠光體珠光體珠光體 ( P )u 珠光體（珠光體（P）定義：定義：F與與 FeFe3 3C C 所形成的機(jī)械混合物（平均含碳量：所形成的機(jī)械混合物（平均含碳量：0.77%0.77%）性能：性能： b b750MPa HBS=180 20%750MPa HBS=180 20%25% 25% a ak k=30=3040J/cm40J/cm2 2 綜合性能綜合性

11、能鐵碳合金的相和組織組成n萊氏體：萊氏體： 與與Fe3C的機(jī)械混合物的機(jī)械混合物n高溫萊氏體高溫萊氏體：727 以上，奧氏體與滲碳體，以以上，奧氏體與滲碳體，以Le表示表示n低溫萊氏體：低溫萊氏體：727 以下，珠光體與滲碳體，以以下，珠光體與滲碳體，以Le表示表示n為蜂窩狀為蜂窩狀, 以以Fe3C為基，性能硬而脆。為基，性能硬而脆。萊氏體萊氏體萊氏體萊氏體 ( Ld )u 萊氏體（萊氏體（L Ld d、 或或 L Le e 、 ）定義：定義：A與與 FeFe3 3C C 所形成的機(jī)械混合物（平均含碳量：所形成的機(jī)械混合物（平均含碳量：4.3%4.3%）性能：硬而脆性能：硬而脆鐵碳合金的相和組

12、織組成 鐵碳合金的基本相鐵碳合金的基本相 符號(hào)符號(hào)表示表示概念概念性能性能相相固相固相固溶體固溶體鐵素體鐵素體F F碳溶于碳溶于 FeFe中中的間隙固溶體的間隙固溶體具有良好的塑性和韌性，具有良好的塑性和韌性，但強(qiáng)度硬度不高但強(qiáng)度硬度不高奧氏體奧氏體A A碳溶于碳溶于 FeFe中中的間隙固溶體的間隙固溶體與溶碳量和晶粒大小有與溶碳量和晶粒大小有關(guān)，硬度較低而塑性較關(guān)，硬度較低而塑性較高，易于鍛壓成形高，易于鍛壓成形金屬化金屬化合物合物滲碳體滲碳體FeFe3 3C C具有復(fù)雜晶格的具有復(fù)雜晶格的間隙化合物間隙化合物硬度很高而塑性和韌性硬度很高而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大幾乎為零，脆性極大液相液

13、相L L 單相組織單相組織: F: F、A A、 FeFe3 3C C 萊氏體萊氏體LdLd:(A:(A FeFe3 3C C) )在共晶點(diǎn)上得到在共晶點(diǎn)上得到, ,塑性韌性很差塑性韌性很差, ,是硬而脆的組織是硬而脆的組織 變態(tài)萊氏體變態(tài)萊氏體(L(Ld): Pd): PFeFe3 3C C 珠光體珠光體P:(FP:(F FeFe3 3C C) )在共析點(diǎn)上得到，具有良好的力學(xué)性能在共析點(diǎn)上得到，具有良好的力學(xué)性能鐵碳合金的相和組織組成鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖是研究是研究鐵碳合金最基本的鐵碳合金最基本的工工具具，是研究碳鋼和鑄是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系

14、的織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ),是制定熱是制定熱加工、熱處理、冶煉加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝和鑄造等工藝依據(jù)依據(jù).二、鐵碳合金狀態(tài)圖二、鐵碳合金狀態(tài)圖n含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）時(shí)，合金太脆，）時(shí)，合金太脆，已無(wú)實(shí)用價(jià)值。已無(wú)實(shí)用價(jià)值。n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- Fe3C相圖相圖。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%) Fe - Fe3C 相圖相圖FeTFe3Cu Fe-Fe Fe-Fe3 3C C亞穩(wěn)平衡相圖亞穩(wěn)平衡相圖相區(qū)相區(qū)重要線重要線ABCDABCDAHJECFAHJECFCDCDHJBHJBECFECFPSK

15、PSK（A A1 1）GSGS（A A3 3）ESES（A Acmcm）PQPQ鐵碳合金相圖分析鐵碳相圖L+AFAL+Fe3CA+FF+Fe3CA+Fe3C+L+ALAB0.53C4.3DE 2.11FGS0.77P0.0218KQJ0.17HFeFe3C0.096.691148 727 1394 WC(%)T() ES: ES: 相的溶解度曲線相的溶解度曲線 PQ: PQ: 相的溶解度曲線相的溶解度曲線 GS: GS: 先共析先共析 相析出線相析出線重要點(diǎn)重要點(diǎn)N N、G G 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)HH、E E、PP最大溶解度點(diǎn)最大溶解度點(diǎn)J J、C C、S S 包晶、共晶、共析點(diǎn)包晶

16、、共晶、共析點(diǎn)A A、D FeD Fe、FeFe3 3C C 熔點(diǎn)熔點(diǎn)包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)共析反應(yīng)共析反應(yīng)17. 0149509. 053. 01495ALALJHB 即CFeALCFeALEC311. 211483 . 431148 即CFeFACFeFAPS30218. 072777. 03727 即L+AFAL+Fe3CA+FF+Fe3CA+Fe3C+L+ALAB0.53C4.3DE2.11FGS0.77P0.02KQJ0.17HFeFe3C0.096.69N鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相圖分析 Fe - Fe3C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C

17、4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK( P+Fe3C )n 特征點(diǎn)特征點(diǎn) LJNGAA +Fe3CP +Fe3CL+Fe3CL+AF +A n 特征線特征線n 液相線液相線ACD， 固相線固相線AECF n 水平線：水平線：nECF：共晶線：共晶線LC E+Fe3Cn共晶產(chǎn)物是共晶產(chǎn)物是A與與Fe3C的機(jī)械混合的機(jī)械混合物，稱作物，稱作萊氏體萊氏體, 用用Le表示。為表示。為蜂窩狀蜂窩狀, 以以

18、Fe3C為基，性能硬而為基，性能硬而脆。脆。萊氏體萊氏體（二）鐵碳合金的組織轉(zhuǎn)變（二）鐵碳合金的組織轉(zhuǎn)變n工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 ( ingot iron )n共析鋼共析鋼 ( eutectoid steel )n亞共析鋼亞共析鋼 ( hypoeutectoid steel )n過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 ( hypereutectoid steel )n共晶白口鐵共晶白口鐵 ( eutectoid white iron )n亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵( hypoeutectoid white iron )n過(guò)共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵( hypereutectoid white iron )u 鐵碳合金分類(lèi)鐵碳合

19、金分類(lèi)根據(jù)組織特征，將鐵碳合金分為七種類(lèi)型：根據(jù)組織特征，將鐵碳合金分為七種類(lèi)型： （1）工業(yè)純鐵 Wc0.0218 （2）共析鋼 Wc=0.77 （3）亞共析鋼 Wc=0.02180.77 （4）過(guò)共析鋼 Wc=0.772.11 （5）共晶白口鐵 Wc=4.3 （6）亞共晶白口鐵 Wc=2.114.3 （7）過(guò)共晶白口鐵 Wc=4.306.69鋼鑄鐵 ASB鐵碳合金及平衡結(jié)晶室溫平衡組織室溫平衡組織:F+ Fe:F+ Fe3C C Fe3C含量最大的是Wc=0.0218%的合金，用杠桿定律求出其含量： %33. 069. 60218. 0 CFe3w工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 wc0.0218% 0.

20、0218% 鐵碳合金及平衡結(jié)晶室溫平衡組織室溫平衡組織:100% P:100% P（F F和和FeFe3 3C C）組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0218. 069. 677. 069. 688.7%88.7%=11.3%常溫下的組織構(gòu)成：P共析鋼共析鋼 wc=0.77% wc=0.77% 鐵碳合金及平衡結(jié)晶不同放大倍數(shù)下珠光體不同放大倍數(shù)下珠光體P P的顯微組織的顯微組織 鐵碳合金及平衡結(jié)晶共析鋼的平衡組織共析鋼的平衡組織鐵碳合金及平衡結(jié)晶亞共析鋼亞共析鋼 0.0218%0.0218%wc 0.77% 0.77% 組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.40%C0.40%C室溫

21、平衡組織室溫平衡組織:F+P:F+P，其相對(duì)量為：，其相對(duì)量為：0218. 077. 040. 077. 01 149.549.550.550.5鐵碳合金及平衡結(jié)晶0.40%49.50.20%C0.20%C含含0.2%C鋼的組織鋼的組織含含0.45%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的平衡組織亞共析鋼的平衡組織 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%范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加鐵碳合金及平衡結(jié)晶硝酸酒精侵蝕苦味酸侵蝕室溫平衡組織室溫平衡組織:P+ Fe:P+ Fe3 3C C ，其相對(duì)量為：

22、，其相對(duì)量為：過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 0.077%0.077%wc2.11% 2.11% 鐵碳合金及平衡結(jié)晶過(guò)共析鋼平衡組織過(guò)共析鋼平衡組織含含1.4%C鋼的組織鋼的組織鐵碳合金及平衡結(jié)晶1148發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變： LC E+ Fe3C變態(tài)萊氏體Ld(P+ Fe3C共 Fe3C)共晶白口鐵共晶白口鐵 wc=4.3% =4.3% 室溫平衡組織室溫平衡組織:100% Ld鐵碳合金及平衡結(jié)晶亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵 2.11%2.11%wc 4.3%4.3%室溫平衡組織室溫平衡組織:P+ Fe:P+ Fe3 3C C+ +LdLd 鐵碳合金及平衡結(jié)晶室溫平衡組織： Fe3C+ Ld過(guò)共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵4.

23、3% 4.3% wc 6.69%0.9%后，強(qiáng)度反而下降；含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響 非組織敏感性能非組織敏感性能 主要取決于相構(gòu)成，包括組成相的硬度和相對(duì)數(shù)量，而受它們的形態(tài)主要取決于相構(gòu)成，包括組成相的硬度和相對(duì)數(shù)量，而受它們的形態(tài)的影響相對(duì)較小。的影響相對(duì)較小。 相構(gòu)成：相構(gòu)成： F FFeFe3 3C C 隨碳含量增加，高硬度的隨碳含量增加，高硬度的FeFe3 3C C增多而低硬度的增多而低硬度的F F減少，故合金硬度線性減少，故合金硬度線性增大，從增大，從80HBS(100%F)80HBS(100%F)增大到增大到800HBW(100%Fe800HBW(100%Fe3 3C)C

24、) 亞共析鋼硬度與相構(gòu)成或碳含量關(guān)系：亞共析鋼硬度與相構(gòu)成或碳含量關(guān)系： HB80HB80w(F) % + 800w(F) % + 800w(Few(Fe3 3C) %C) %含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響 對(duì)組織形態(tài)很敏感。故不僅與相構(gòu)成有關(guān)，更主要的與組成相的形對(duì)組織形態(tài)很敏感。故不僅與相構(gòu)成有關(guān)，更主要的與組成相的形態(tài)、分布即組織構(gòu)成有極大關(guān)系。態(tài)、分布即組織構(gòu)成有極大關(guān)系。 b b (0.30.4)HB HRC (0.30.4)HB HRC 40 40 b b 8.618.61103/(100-HRC)103/(100-HRC)HRC HRC 4040亞共析鋼：亞共析鋼： F F先先

25、+P+P構(gòu)成，均為韌性組織，強(qiáng)度與硬度一致。隨碳含量增加，鋼構(gòu)成，均為韌性組織，強(qiáng)度與硬度一致。隨碳含量增加，鋼中強(qiáng)韌的中強(qiáng)韌的P P組織數(shù)量增加，而強(qiáng)硬度很低的組織數(shù)量增加，而強(qiáng)硬度很低的F F先先不斷下降，故合金強(qiáng)度隨硬不斷下降，故合金強(qiáng)度隨硬度增大而增大。此時(shí)強(qiáng)度與硬度之間有如下關(guān)系式：度增大而增大。此時(shí)強(qiáng)度與硬度之間有如下關(guān)系式：含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響含含1.2%C的鐵碳合金顯微組織的鐵碳合金顯微組織 FeFe3 3C C極脆相，無(wú)塑、韌性；合金塑性極脆相，無(wú)塑、韌性；合金塑性變形完全由變形完全由 F F 提供，隨提供，隨C%C%增高，增高，F(xiàn) F不斷減少，不斷減少，故塑韌性

26、不斷下降。故塑韌性不斷下降。過(guò)共析鋼：過(guò)共析鋼： P + FeP + Fe3 3C C先先，為韌性組織脆性組織，為韌性組織脆性組織 與脆性組織與脆性組織FeFe3 3C C先先的形態(tài)直接相關(guān)：的形態(tài)直接相關(guān)： C C0.9%1.0%0.9%1.0%0.9%1.0%后，后， 隨隨C C而陡降。而陡降。原因原因：C C0.9%1.0%0.9%1.0%0.9%1.0%后，后， 含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響 材料的硬度太軟材料的硬度太軟, ,容易粘刀容易粘刀, ,切削熱大切削熱大, ,影響表面粗糙度。影響表面粗糙度。 材料的硬度太硬材料的硬度太硬, ,刀具磨損嚴(yán)重。刀具磨損嚴(yán)重。 鋼的硬度為鋼的硬

27、度為HB170HB170250250時(shí)，切削加工性能較好。時(shí)，切削加工性能較好。 共晶成分的鑄鐵流動(dòng)性好，縮孔集中，偏析小，鑄造性好。共晶成分的鑄鐵流動(dòng)性好，縮孔集中，偏析小，鑄造性好。 液相線和固相線距離越大，流動(dòng)性差，分散縮孔多，偏析大，鑄造性液相線和固相線距離越大，流動(dòng)性差，分散縮孔多，偏析大，鑄造性越差。所以，鋼的鑄造性差。越差。所以，鋼的鑄造性差。低碳鋼塑性好，可鍛性好。隨含碳量增加，可鍛性變差。低碳鋼塑性好，可鍛性好。隨含碳量增加，可鍛性變差。含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響錳的影響錳的影響: : 脫氧劑。有益元素，碳鋼中不超過(guò)脫氧劑。有益元素，碳鋼中不超過(guò)0.8%0.8% 固溶強(qiáng)

28、化；固溶強(qiáng)化； 形成形成MnSMnS，消除硫的有害影響。，消除硫的有害影響。鋼中的雜質(zhì)元素和鋼錠組織硅的影響硅的影響: : 脫氧劑。有益元素，碳鋼中含量不超過(guò)脫氧劑。有益元素，碳鋼中含量不超過(guò)0.5%0.5% 固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化。 少量的錳、硅、硫、磷及微量的氧、氫、氮等元素，它們會(huì)影響到少量的錳、硅、硫、磷及微量的氧、氫、氮等元素，它們會(huì)影響到鋼的質(zhì)量和性能。鋼的質(zhì)量和性能。00.51.01.52.02.5-75075150225300C,NPSiMnMoNi低碳鐵素體中固溶強(qiáng)化效果低碳鐵素體中固溶強(qiáng)化效果MeMe(%)(%)S S/MPa/MPa硫的影響硫的影響: : 有害元素，礦石和燃料

29、帶入。有害元素，礦石和燃料帶入。 以以FeSFeS夾雜物形式存在晶界上夾雜物形式存在晶界上“熱脆熱脆”。 原因：形成原因：形成Fe+FeSFe+FeS共晶，熔點(diǎn)為共晶，熔點(diǎn)為989989，低于熱加工的加熱溫度，低于熱加工的加熱溫度11501150，而導(dǎo)致熱加工時(shí)開(kāi)裂。，而導(dǎo)致熱加工時(shí)開(kāi)裂。 若鋼中含氧量高時(shí)，還會(huì)形成熔點(diǎn)更低（若鋼中含氧量高時(shí)，還會(huì)形成熔點(diǎn)更低（940940）的）的Fe+FeO+FeSFe+FeO+FeS三相共晶，危害更大。三相共晶，危害更大。防止熱脆：防止熱脆： 降硫。降硫。 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼要求：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼要求：S0.040%0.050%S0.040%0.050% 改變硫

30、的存在方式：加入適當(dāng)?shù)母淖兞虻拇嬖诜绞剑杭尤脒m當(dāng)?shù)腗nMn，MnMn與與S S的化學(xué)親和力大的化學(xué)親和力大于于FeFe，優(yōu)先形成，優(yōu)先形成MnSMnS，MnSMnS的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)16001600，高于熱加工溫度，可避，高于熱加工溫度，可避免熱脆的發(fā)生。免熱脆的發(fā)生。10Fe2030405060708090 FeS500700900110013001500L LL+L+ -Fe-Fe989989L+FeSL+FeS914914 -Fe+-Fe+FeS -Fe+-Fe+FeSFe-FeS相圖相圖磷的影響：磷的影響： 有害雜質(zhì)元素；有害雜質(zhì)元素； 礦石和生鐵等煉鋼原料帶入。礦石和生鐵等煉鋼原料帶入。

31、磷在鋼中固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)，但同時(shí)劇烈地降低鋼的韌性，尤其是磷在鋼中固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)，但同時(shí)劇烈地降低鋼的韌性，尤其是低溫韌性，使韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，稱為低溫韌性，使韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，稱為“冷脆冷脆”。韌性降低體現(xiàn)在兩方面：韌性降低體現(xiàn)在兩方面： (1) (1) 沖擊功沖擊功A Ak k；(2) (2) 韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度T Tk k溫度溫度T()T()T Tk k沖擊韌性沖擊韌性a ak k(J/cm(J/cm2 2) )沖擊吸收功沖擊吸收功A Ak k(J)(J)韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度脆性區(qū)脆性區(qū)韌性區(qū)韌性區(qū)合金元素對(duì)韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響合金元素對(duì)韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響MeMe(%)(%)韌

32、脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度-100-50050200150100CPSiMnCuNiCr00.41.22.03.20.81.62.4 2.8氫氫 高溫下氫大量溶于鋼中。隨溫度下降，氫在鋼中的溶解度急劇降低，氫高溫下氫大量溶于鋼中。隨溫度下降，氫在鋼中的溶解度急劇降低，氫來(lái)不及逸出表面，過(guò)飽和氫逐漸在晶界等缺陷處偏聚，并形成氫氣，由于體來(lái)不及逸出表面，過(guò)飽和氫逐漸在晶界等缺陷處偏聚，并形成氫氣，由于體積膨脹引起大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致微裂紋，這種由氫使鋼變脆的現(xiàn)象稱為積膨脹引起大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致微裂紋，這種由氫使鋼變脆的現(xiàn)象稱為氫脆。氫脆。 嚴(yán)重的缺陷。嚴(yán)重的缺陷。 消除方法：消除方法： 鍛后緩冷。尤其是大型

33、鍛件。鍛后緩冷。尤其是大型鍛件。氮氮 煉鋼時(shí)氮通過(guò)爐氣進(jìn)入鋼中。鋼件快速冷卻時(shí)氮因來(lái)不及析出而過(guò)飽和煉鋼時(shí)氮通過(guò)爐氣進(jìn)入鋼中。鋼件快速冷卻時(shí)氮因來(lái)不及析出而過(guò)飽和固溶在鐵素體中。在隨后放置中逐漸以固溶在鐵素體中。在隨后放置中逐漸以FeFe4 4N N形式析出，降低鋼的韌性。形式析出，降低鋼的韌性。 稱為藍(lán)脆稱為藍(lán)脆( (在在300300上下應(yīng)變時(shí)最易產(chǎn)生上下應(yīng)變時(shí)最易產(chǎn)生) ) 藍(lán)脆是造成船舶、橋梁災(zāi)難性事故的原因之一。藍(lán)脆是造成船舶、橋梁災(zāi)難性事故的原因之一。 消除方法：加消除方法：加AlAl形成形成AlNAlN鋼材中過(guò)飽和氫所引起的缺陷鋼材中過(guò)飽和氫所引起的缺陷氧氧 氧化物夾雜，如氧化物夾

34、雜，如FeOFeO、A1A12 2O O3 3、SiOSiO2 2、MnOMnO、CaOCaO、MgOMgO等，對(duì)等，對(duì)鋼的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等影響很大。鋼的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等影響很大。有害元素的利用：有害元素的利用： S S、P P在易切鋼中的應(yīng)用在易切鋼中的應(yīng)用 P P在炮彈鋼中的應(yīng)用。在炮彈鋼中的應(yīng)用。 (一一)填空題填空題1Cr、V在在-Fe中將形成中將形成 固溶體。固溶體。C、N則形成則形成 固溶體。固溶體。2滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)是滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)是 ，按其化學(xué)式鐵與碳原子的個(gè)數(shù)比為，按其化學(xué)式鐵與碳原子的個(gè)數(shù)比為 。3當(dāng)一塊質(zhì)量一定的純鐵加熱到當(dāng)一塊質(zhì)量一定的純鐵加熱到 溫度時(shí)，

35、將發(fā)生溫度時(shí)，將發(fā)生a-Fe向向-Fe的轉(zhuǎn)變，此時(shí)體積將發(fā)的轉(zhuǎn)變，此時(shí)體積將發(fā)生生 。4共析成分的鐵碳合金平衡結(jié)晶至室溫時(shí)，其相組成物為共析成分的鐵碳合金平衡結(jié)晶至室溫時(shí)，其相組成物為 ，組織成物為，組織成物為 。 5在生產(chǎn)中，若要將鋼進(jìn)行軋制或鍛壓時(shí)，必須加熱至在生產(chǎn)中，若要將鋼進(jìn)行軋制或鍛壓時(shí)，必須加熱至 相區(qū)。相區(qū)。 6當(dāng)鐵碳合金冷卻時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)的反應(yīng)式為當(dāng)鐵碳合金冷卻時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)的反應(yīng)式為 ，其反應(yīng)產(chǎn)物在室溫下被稱為，其反應(yīng)產(chǎn)物在室溫下被稱為 。 7在退火狀態(tài)的碳素工具鋼中，在退火狀態(tài)的碳素工具鋼中，T8鋼比鋼比T12 鋼的硬度鋼的硬度 ，強(qiáng)度，強(qiáng)度 。 8當(dāng)當(dāng)W(C)077一一2

36、11間的鐵碳合金從高溫緩冷至間的鐵碳合金從高溫緩冷至ES線以下時(shí)，將從奧氏體線以下時(shí)，將從奧氏體中析出中析出 ，其分布特征是，其分布特征是 。 9在鐵碳合金中，含三次滲碳體最多的合金成分點(diǎn)為在鐵碳合金中，含三次滲碳體最多的合金成分點(diǎn)為 ，含二次滲碳體最多的合金成，含二次滲碳體最多的合金成分點(diǎn)為分點(diǎn)為 。 10對(duì)某亞共析碳鋼進(jìn)行顯微組織觀察時(shí)，若估計(jì)其中鐵素體約占對(duì)某亞共析碳鋼進(jìn)行顯微組織觀察時(shí)，若估計(jì)其中鐵素體約占10，其，其W(C) = ，大致硬度為大致硬度為 。 11奧氏體是奧氏體是 在在 的固溶體，它的晶體結(jié)構(gòu)是的固溶體，它的晶體結(jié)構(gòu)是 。 12鐵素體是鐵素體是 在在 的固溶體，它的晶體

37、結(jié)構(gòu)是的固溶體，它的晶體結(jié)構(gòu)是 。 13滲碳體是滲碳體是 和和 的金屬間化合物。的金屬間化合物。 14珠光體是珠光體是 和和 的機(jī)械混合物。的機(jī)械混合物。作業(yè)作業(yè)15萊氏體是萊氏體是 和和 的機(jī)械混合物，而變態(tài)萊氏體是的機(jī)械混合物，而變態(tài)萊氏體是 和和 的機(jī)械混合物。的機(jī)械混合物。 16在在FeFe3C相圖中，有相圖中，有 、 、 、 、 五種滲碳體，它們各自的形態(tài)特征五種滲碳體，它們各自的形態(tài)特征是是 、 、 、 、 。 17鋼中常存雜質(zhì)元素有鋼中常存雜質(zhì)元素有 、 、 、 等，其中等，其中 、 是有害元素，它們使鋼產(chǎn)是有害元素，它們使鋼產(chǎn)生生 、 。 18純鐵在不同溫度區(qū)間的同素異晶體有純

38、鐵在不同溫度區(qū)間的同素異晶體有(寫(xiě)出溫度區(qū)間寫(xiě)出溫度區(qū)間) 、 、 。 19碳鋼按相圖分為碳鋼按相圖分為 、 、 ；按；按W(C)分為分為(標(biāo)出標(biāo)出W(C)范圍范圍) 、 、 。 10在鐵在鐵滲碳體相圖中，存在著四條重要的線，請(qǐng)說(shuō)明冷卻通過(guò)這些線時(shí)所發(fā)生的滲碳體相圖中，存在著四條重要的線，請(qǐng)說(shuō)明冷卻通過(guò)這些線時(shí)所發(fā)生的轉(zhuǎn)變并轉(zhuǎn)變并指出生成物。指出生成物。ECF水平線水平線 、 ；PSK水平線水平線 、 ；ES線線 、 ；GS線線 、 。 21 標(biāo)出標(biāo)出FeFe3C相圖相圖(圖圖43)中指定相區(qū)的相組成物：中指定相區(qū)的相組成物： ， ， ， ， 。 ；22鐵碳合金的室溫顯微組織由鐵碳合金的室溫顯

39、微組織由 和和 兩種基本相組成。兩種基本相組成。23若退火碳鋼試樣中先共析鐵素體面積為若退火碳鋼試樣中先共析鐵素體面積為41.6，珠光體的面積為，珠光體的面積為58.4，則其，則其W(C) 。24若退火碳鋼試樣中二次滲碳體面積為若退火碳鋼試樣中二次滲碳體面積為7.3，珠光體的面積為，珠光體的面積為92.7，則其，則其W(C) 。 (二二)判斷題判斷題 1在鐵碳合金中，含二次滲碳體最多的成分點(diǎn)為在鐵碳合金中，含二次滲碳體最多的成分點(diǎn)為W(C)：4.3的合金。的合金。 ( ) 2在鐵碳合金中，只有共析成分點(diǎn)的合金在結(jié)晶時(shí)才能發(fā)生共析反應(yīng)，形成共析組織。在鐵碳合金中，只有共析成分點(diǎn)的合金在結(jié)晶時(shí)才能

40、發(fā)生共析反應(yīng)，形成共析組織。 ( ) 3退火碳鋼的塑性與韌性均隨退火碳鋼的塑性與韌性均隨W(C)的增高而減小。而硬度與強(qiáng)度則隨的增高而減小。而硬度與強(qiáng)度則隨W(C)的增高而不斷增高。的增高而不斷增高。 ( ) 4在鐵碳合金中，滲碳體是一個(gè)亞穩(wěn)相，而石墨才是一個(gè)穩(wěn)定相。在鐵碳合金中，滲碳體是一個(gè)亞穩(wěn)相，而石墨才是一個(gè)穩(wěn)定相。 ( ) 5白口鑄鐵在高溫時(shí)可以進(jìn)行鍛造加工。白口鑄鐵在高溫時(shí)可以進(jìn)行鍛造加工。 ( ) 6因?yàn)榱资逛摪l(fā)生熱脆，而硫使鋼發(fā)生冷脆，故硫磷都是鋼中的有害元素。因?yàn)榱资逛摪l(fā)生熱脆，而硫使鋼發(fā)生冷脆，故硫磷都是鋼中的有害元素。 ( ) 7在室溫下，共析鋼的平衡組織為奧氏體。在室溫下

41、，共析鋼的平衡組織為奧氏體。 ( ) 8純鐵加熱到純鐵加熱到912時(shí)，將發(fā)生時(shí)，將發(fā)生a-Fe一一Fe的轉(zhuǎn)變，體積發(fā)生膨脹。的轉(zhuǎn)變，體積發(fā)生膨脹。 ( ) 9鐵碳合金中，一次滲碳體，二次滲碳體和三次滲碳體具有相同的晶體結(jié)構(gòu)鐵碳合金中，一次滲碳體，二次滲碳體和三次滲碳體具有相同的晶體結(jié)構(gòu) ( ) 10在在FeFe3C相圖中，共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)都是在一定濃度和恒溫下進(jìn)行的。相圖中，共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)都是在一定濃度和恒溫下進(jìn)行的。 ( ) 11在在FeFe3C相圖中，凡發(fā)生共晶反應(yīng)的鐵碳合金叫做白口鐵；凡發(fā)生共析反應(yīng)的鐵碳合金相圖中，凡發(fā)生共晶反應(yīng)的鐵碳合金叫做白口鐵；凡發(fā)生共析反應(yīng)的鐵碳合金叫做鋼

42、。叫做鋼。 ( ) 12 珠光體是單相組織。珠光體是單相組織。 ( ) 13白口鐵是碳以滲碳體形式存在的鐵，所以其硬度很高，脆性很大。白口鐵是碳以滲碳體形式存在的鐵，所以其硬度很高，脆性很大。 ( ) 14W(C)13的鐵碳合金加熱到的鐵碳合金加熱到780時(shí)得到的組織為奧氏體加二次滲碳體。時(shí)得到的組織為奧氏體加二次滲碳體。( ) 15a-Fe是體心立方結(jié)構(gòu)，致密度為是體心立方結(jié)構(gòu)，致密度為68，所以其最大溶碳量為，所以其最大溶碳量為32。( ) 16-Fe是面心立方晶格，致密為是面心立方晶格，致密為074，所以其最大溶碳量為，所以其最大溶碳量為26。( ) 17鋼材的切削加工性隨鋼材的切削加工性隨w(C)增加而變差。增加而變差。 ( ) 18碳鋼進(jìn)行熱壓力加工時(shí)都要加熱到奧氏體區(qū)。碳鋼進(jìn)行熱壓力加工時(shí)都要加熱到奧氏體區(qū)。 ( ) 19