金屬工藝學(xué) 第四章-鐵碳合金

碳素鋼機(jī)械部:唐建衛(wèi)４.1鐵碳合金的基本組織鐵素體:碳溶解在α—Fe中的間隙固溶體(F）。F在727℃最大WC=0.0218%.塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度低.適合于塑性加工.奧氏體：碳溶解在γ—Fe中的間隙固溶體（A）。A在1148℃時(shí)最大WC=2.11%.其強(qiáng)度、硬度較高,塑性好、韌性好.也適合塑性加工.滲碳體：鐵與碳形成的金屬化合物（Fe3C）,其WC=6.69,熔點(diǎn)為1227℃。硬度很高（HBW=800），塑性、韌性幾乎為零

４.1鐵碳合金的基本組織珠光體：是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體（P）,具有細(xì)晶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化效應(yīng),使其具在較高的強(qiáng)度和硬度,又具有一定的韌性和塑性。具有珠光組織的鐵碳合金通常加熱到奧氏體狀態(tài)進(jìn)行塑性加工.

４.1鐵碳合金的基本組織萊氏體：是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏體與滲碳體的共晶體（Ld）。WC>2.11％的鐵碳合金從液態(tài)冷卻至1148℃時(shí),將從液相中同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體,這種由奧氏體和滲碳體呈均勻分布的復(fù)相物稱高溫萊氏體.用符號(hào)Ld表示.高溫萊氏體冷卻至727℃時(shí),其中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w.這樣的萊氏體是珠光體和滲碳體呈均勻分布的復(fù)相物,稱為低溫萊氏體,用L`d.表示.其硬度很高，塑性,韌性極差。

1)奧氏體是： a.碳在γ-

Fe

中的間隙固溶體b.碳在α-

Fe

中的間隙固溶體

c.碳在α-

Fe

中的有限固溶體

3)T10鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

a.0.1

%b.1.0

%c.10

%

4)鐵素體的機(jī)械性能特點(diǎn)是：

a.強(qiáng)度高、塑性好、硬度低b.強(qiáng)度低、塑性差、硬度低

c.強(qiáng)度低、塑性好、硬度低

2)珠光體是一種： a.單相固溶體b.兩相混合物c.Fe

與

C

的化合物第二節(jié)鐵碳合金相圖的分析一、概述⒈特征點(diǎn)鐵碳合金狀態(tài)圖1215389121227ALAL+AL+Fe3C?F+AFPF+PLd’LdLd’+Fe3C?Ld+Fe3C?Ld’+Fe3CⅡ+PFe3CⅡ+PFe3CⅡ+ALd+Fe3CⅡ+APQSECDFKG圖2.27Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→0.772.114.36.69溫度/℃→72711480?ⅡⅢ123

鐵碳合金相圖中主要特性點(diǎn)的含義

特性點(diǎn)的符號(hào)溫度t/℃含碳量wc%含義ACDEGPSQ

1538114812271148

912

727

727

室溫04.36.692.1100.020.770.0008純鐵的熔點(diǎn)共晶點(diǎn)滲碳體的熔點(diǎn)碳在奧氏體中的最大溶解度α-Te

γ-Te同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)碳在鐵素體中的最大溶解度共析點(diǎn)碳在鐵素體中的溶解度鐵碳合金相圖①ACD線—液相線②AECF線—固相線③ECF線—共晶線④AC線—奧氏體結(jié)晶開(kāi)始線⑤AE線—奧氏體結(jié)晶終了線⑥GS線—鐵素體從A中析出開(kāi)始線⑦PQ線—C在鐵素體中的溶解度曲線，此線以右有Fe3CⅢ析出線鐵碳合金相圖⑧ES線—C在A中的溶解度曲線，析出線此線以右有Fe3CⅡ⑨PSK線—共析線⑩CD線—一次滲碳體結(jié)晶開(kāi)始線鐵碳合金相圖

相圖特點(diǎn)：4個(gè)單相區(qū),5個(gè)兩相區(qū):L+A區(qū),L+Fe3C?區(qū),A+F區(qū),A+Fe3CⅡ區(qū),F+(Fe3C)3區(qū).兩種反應(yīng)：1148℃1、共晶反應(yīng)

一定成分的液相在一定的溫度下同時(shí)結(jié)晶出兩種成分和結(jié)構(gòu)均不相同的固相的反應(yīng)。L4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反應(yīng)的產(chǎn)物即萊氏體Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)2、共析反應(yīng)

一定成分的固相在一定的溫度下同時(shí)析出兩種成分和結(jié)構(gòu)均不相同的新的固相的反應(yīng)。A2.11%c

727℃F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反應(yīng)的產(chǎn)物即珠光體:

P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c典型合金結(jié)晶過(guò)程分析1班鐵碳合金含碳量為2.11%—6.69%的鐵碳合金。共晶生鐵：

含碳量為4.3%;亞共晶生鐵：含碳量在2.11%—4.3%之間；過(guò)共晶生鐵：含碳量在4.3%—6.69%之間；含碳量小于0.02%的鐵碳合金。工業(yè)純鐵鋼生鐵

含碳量為0.02%—2.11%的鐵碳合金。根據(jù)金相組織的不同，可分為三種。共析鋼：含碳量為0.77%;亞共析鋼：含碳量在0.02%—0.77%之間；過(guò)共析鋼：含碳量在0.77%—2.11%之間；5.含碳量對(duì)鐵碳合金組織性能的影響(2)對(duì)力學(xué)性能的影響含碳量越高，鋼的強(qiáng)度和硬度越高，而塑性和韌性越低。這是由于含碳量越高，鋼中的硬脆相-Fe3C越多的緣故。而當(dāng)含碳量超過(guò)0.9％時(shí)，達(dá)到碳的過(guò)共析，在晶界析出網(wǎng)狀二次滲碳體，使鋼的強(qiáng)度有所降低。四、含碳量與鐵碳合金機(jī)械性能的關(guān)系亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時(shí)，組織為100%P,鋼的性能即P的性能。＞0.9%C，F(xiàn)e3CⅡ?yàn)榫Ы邕B續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C，組織中有以Fe3C為基的Le’,合金太脆.3．鐵碳合金的

成分-組織-性能關(guān)系含碳量與相的相對(duì)量關(guān)系：C%↑→F%↓，F(xiàn)e3C%↑含碳量與組織關(guān)系：

圖（a）和（b）含碳量與性能關(guān)系HB：取決于相及相對(duì)量強(qiáng)度：C%=0.9%時(shí)最大塑性、韌性：隨C%↑而↓復(fù)習(xí)提問(wèn)1、恨“鐵”不成“鋼”2、共析鋼、亞共析鋼、過(guò)共析鋼的含碳量及常溫組織錳硫硅磷一、鋼中常存元素及其對(duì)性能的影響鋼中常存雜質(zhì)元素錳（Mn）的作用有益作用有害影響來(lái)源：煉鋼時(shí)加入的脫氧劑（有益元素）能與硫（S）化合形成硫化錳（MnS），F(xiàn)eS+Mn=Fe+MnS，減輕硫（S）的有害影響；少量能溶入鐵素體（F）中起固溶強(qiáng)化作用。含量過(guò)高會(huì)造成鋼的塑性下降。一般不要超過(guò)0.8％.硅（Si）的作用有益作用有害影響來(lái)源：煉鋼時(shí)加入的脫氧劑（有益元素）能消除氧化鐵夾雜對(duì)鋼的不良響2FeO+Si=2Fe+SiO2少量能溶入鐵素體（F）中起固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的強(qiáng)度、硬度及彈性。過(guò)多會(huì)造成塑性下降，沖擊性能變差。含量一般不超過(guò)0.4％.磷（P）的作用有益作用有害影響來(lái)源：煉鋼原料和燃料。（有害元素）少量能溶入鐵素體（F）中，使強(qiáng)度、硬度顯著提高。引起鋼的塑性和韌性急劇下降，尤其在低溫時(shí)脆性更大，這種現(xiàn)象稱為冷脆性。含量﹤0.045％硫（S）來(lái)源：煉鋼原料和燃料。（有害元素）有害影響在鋼中形成FeS,FeS與Fe形成低熔點(diǎn)（985℃）共晶體分布在晶界上，使得對(duì)鋼進(jìn)行熱加工時(shí)容易脆化開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。含量＜0.05％雜質(zhì)元素總結(jié)MnP

總結(jié)SiS元素有益與有害是相對(duì)的：硅錳雖有益，但也不是多多益善；硫磷雖有害，但煉鐵過(guò)程中又不可避免其存在，因此應(yīng)嚴(yán)格控制其含量二、碳素鋼的分類按含碳量按質(zhì)量按用途按脫氧程度低碳鋼中碳鋼高碳鋼

普通碳鋼優(yōu)質(zhì)碳鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳鋼結(jié)構(gòu)鋼工具鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼按鋼的含碳量分類碳素鋼C≥0.60%C=0.25%~0.60%低碳鋼高碳鋼中碳鋼C≤0.25%C代表含碳量，含碳量越高硬度越高，塑性越差。按鋼的質(zhì)量分類碳素鋼S≤0.025%P≤0.025%S≤0.035%P≤0.035%普通鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼S≤0.050%P≤0.045%S代表含硫量，P代表含磷量。按鋼的用途分類碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼工具鋼制造各種刀具，模具，量具機(jī)械零件，工程結(jié)構(gòu)件，建筑結(jié)構(gòu)件按冶煉時(shí)的脫氧程度不同分類碳素鋼脫氧程度完全的鋼Z脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼b沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度不完全的鋼F三、碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)及用途應(yīng)用各種鋼板和型材如:廠房,橋梁,船舶,和受力不大的機(jī)械零件,如:鉚釘,螺釘,螺母.成分含碳量一般<0.30%,且含雜質(zhì)和非金屬夾雜物較多(冶煉較容易,價(jià)格便宜.)熱處理一般只做正火處理,以起到細(xì)化晶粒均勻組織,提高機(jī)械性能的目的。

性能能滿足一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件的要求1、（普通）碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)(Q×××AF)Q:屈服強(qiáng)度XXX:屈服強(qiáng)度的數(shù)值A(chǔ)、質(zhì)量等級(jí)，除此還有，BCD級(jí),D級(jí)最高F:脫氧方法符號(hào).F為沸騰鋼,除此還有B,Z,TZ如:Q235DTZ,表示屈服強(qiáng)度為235MPa質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)的特殊鎮(zhèn)靜鋼Q196Bb

1班表示屈服強(qiáng)度為196MPa的B級(jí)半鎮(zhèn)靜鋼Q265DF表示屈服強(qiáng)度為265MPa的D級(jí)沸騰鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用應(yīng)用Q185Q225Q235一般橋梁、建筑結(jié)構(gòu)，普通機(jī)械零件，如螺釘、螺母等。Q255Q275可用于受力較大的機(jī)械零件，如鏈輪、拉桿等。應(yīng)用其中最為典型和常用的牌號(hào)為Q235，屈服強(qiáng)度介于高低之間，能滿足較廣的需要，且冶煉容易，價(jià)格便宜。2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼成分含碳量一般<0.90%,含雜質(zhì)和非金屬夾雜物較少。熱處理使用前一般都需要進(jìn)行熱處理。牌號(hào)用兩位數(shù)表示，這兩位數(shù)表示該鋼中含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，應(yīng)用制造重要的機(jī)械零件08～25#鋼的應(yīng)用法蘭盤(pán)銷子墊圈螺釘30～55#鋼的應(yīng)用連桿曲軸齒輪聯(lián)軸器60#以上鋼的應(yīng)用彈簧板簧彈簧墊圈3.碳素工具鋼成分含碳量一般＞0.70%,

（高碳鋼）含雜質(zhì)和非金屬夾雜物較少,(多為優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼.)牌號(hào)方法“T”開(kāi)頭，后面的數(shù)字代表鋼中平均含碳的千分?jǐn)?shù)，若后面的大寫(xiě)字母為A代表等級(jí)為高級(jí)優(yōu)質(zhì)性能高硬度，高耐磨性熱處理必須經(jīng)淬火回火處理。練習(xí)T9表示平均含碳為0.9％的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T12A表示平均含碳為1.2％的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T8Mn表示平均含碳為0.8％的較高含錳量?jī)?yōu)質(zhì)碳素工具鋼T8T10T12鏨子鋸條銼刀

我們?cè)谥圃熹S刀、鋸條、鏨子等工具時(shí)若選材不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)哪些情況？思考題1、牌號(hào)中的數(shù)字是含碳量的（）。2、工具鋼都是（）或（）。3、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼應(yīng)在牌號(hào)的末尾用（）表示。千分?jǐn)?shù)

優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼A思考題高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼4、鑄造碳鋼成分含碳量一般0.20%～0.60﹪,含雜質(zhì)和非金屬夾雜物較少,(多為優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼.