鐵碳合金相圖分析

第七章鐵碳合金7.1概述7.2純鐵7.3碳與鐵碳合金中的相7.4Fe-Fe3C相圖7.5Fe-C相圖7.6鐵碳合金成分、組織與性能間的關(guān)系7.7鋼中的雜質(zhì)1整理ppt

7.1概述鋼鐵是鐵與碳的合金，各種合金鋼也是在鐵與碳的根底上，為了具有某種特殊的性能而添加一些合金元素。鋼鐵是目前人類社會(huì)中最重要的金屬材料。因此，鐵與碳的合金是最重要的合金。鐵碳元素在地殼中占41.2％，儲(chǔ)量集中，易于開(kāi)采，而且易于從礦石中復(fù)原成金屬；鐵碳合金的強(qiáng)韌性配合得好；2整理ppt鐵碳合金可形成兩個(gè)同素異構(gòu)體，多種組織，性能變化范圍寬；776℃以下，具有鐵磁性；熔點(diǎn)為1538℃，熱激活過(guò)程可以在不太高的溫度下進(jìn)行?？梢杂幸鉄o(wú)意地參加其它元素，得到各種各樣的性能。3整理ppt7.2純鐵1.鐵元素的化學(xué)特性化學(xué)元素鐵的原子序數(shù)是26，在第四周期，屬于過(guò)渡族，原子量是55.85，原子軌道是－3d64s2。鐵的熔點(diǎn)是1538℃，汽化溫度是2738℃，密度為7.87g/cm3。2.純鐵的多形性從高溫到低溫，純鐵由液相依次發(fā)生了三種多形性變化：4整理ppt液相〔L〕δ-Feγ-Feα-Fe其中：δ-Fe為體心立方晶體結(jié)構(gòu)。γ-Fe為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，此時(shí)發(fā)生第一次同素異形轉(zhuǎn)變；γ-Fe面心立方的邊長(zhǎng)為0.36563nm，最近原子間距為0.25850nm，原子半徑0.12925nm，四面體間隙的邊長(zhǎng)為0.02908nm，八面體間隙邊長(zhǎng)為0.05350nm。α-Fe為體心立方晶體結(jié)構(gòu)，此時(shí)發(fā)生第二次同素異形轉(zhuǎn)變；α-Fe體心立方的邊長(zhǎng)為0.28663nm，最近原子間距為0.24821nm，原子半徑0.12410nm，四面體間隙的邊長(zhǎng)為0.03596nm，八面體間隙邊長(zhǎng)為0.01862mm。1538℃1394℃912℃5整理ppt純鐵的性能與應(yīng)用力學(xué)性能：σb＝176～274MPaσ0.2＝98～166MPaδ＝30～50％，ψ＝70～80％

HB＝50～80aK＝1.5～2MNm/m2

應(yīng)用：主要應(yīng)用于電子材料，作為鐵芯。6整理ppt7.3碳與鐵碳合金中的相碳的物理化學(xué)特性碳的原子序數(shù)是6，原子量是12.01，密度是2.25g/cm3。碳的原子半徑為0.34nm。碳有兩種存在形式：石墨和金剛石，石墨較為廣泛。石墨是由碳原子層組成，層內(nèi)原子呈正六邊形。層內(nèi)原子由共價(jià)鍵結(jié)合，原子間距為0.142nm。層間原子由弱金屬鍵結(jié)合，間距為0.34nm。石墨的晶體結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，其中a＝0.46nm，c＝0.670nm，每個(gè)晶胞含有四個(gè)原子。7整理ppt碳在鐵中的固溶體碳與鐵通過(guò)相互作用可形成鐵素體和奧氏體兩種間隙固溶體以及化合物滲碳體。鐵素體是碳原子作為間隙式溶質(zhì)溶入到體心立方晶體鐵α-Fe的間隙中形成的間隙式固溶體。C在α-Fe的溶解度是：G(wt%)＝2.55exp〔－9700/RT〕，碳在體心立方中的溶解度十分有限，727℃時(shí)，C在α-Fe中的溶解度是0.022％。鐵素體有與純鐵相同的性能，居里點(diǎn)是770℃。常用符號(hào)：F或α奧氏體是碳原子作為間隙式溶質(zhì)溶入到γ-Fe中的間隙形成的間隙式固溶體。8整理ppt

由于面心立方的八面體間隙較大，因此γ-Fe的溶碳能力較高，1147℃時(shí)碳在γ-Fe中有最大溶解度，2.14％。奧氏體有較好的塑性，具有順磁性。常用A或γ表示。

滲碳體是鐵與碳組成的化合物Fe3C。滲碳體具有復(fù)雜的斜方晶格，其中a＝0.4524nm，b＝0.5089nm，c＝0.6743nm。單胞中有12個(gè)Fe原子，4個(gè)碳原子，F(xiàn)e：C＝3：1。晶胞中每個(gè)碳原子周?chē)?個(gè)鐵原子，組成一個(gè)三角棱柱，碳原子位于三角棱柱的中心。含碳為6.69％。滲碳體具有很高的硬度，HV＝950～1050，而塑性幾乎為零，常溫下具有鐵磁性，居里點(diǎn)是230℃，熔點(diǎn)計(jì)算值為1227℃。9整理ppt鐵碳合金相圖滲碳體在熱力學(xué)中上是個(gè)亞穩(wěn)定的相，石墨才是穩(wěn)定的相。但在實(shí)際中，石墨的外表能很大，形核需要很高的能壘，一般條件下，碳大多和鐵結(jié)合成滲碳體，只有在極緩慢冷卻或參加某些合金元素使石墨的外表能降低，碳才能以石墨的形式存在。因此，鐵碳相圖有兩類：Ⅰ液體、固溶體和滲碳體之間亞穩(wěn)平衡，是緊靠鐵端局部，其中C含量的范圍是0～6.69％Ⅱ液體、固溶體和石墨之間的穩(wěn)定平衡，其中C含量的范圍是0～100％。通常，相圖中有虛實(shí)兩線，實(shí)線表示Ⅰ類，虛線表示Ⅱ類，無(wú)虛線局部表示兩者共有，此稱為雙線鐵碳相圖。

10整理ppt7.4Fe-Fe3C相圖1.Fe-Fe3C相圖123456ABCDEFGHNJPMOSKQ1538℃1394℃1154℃1148℃910℃770℃738℃727℃230℃1493℃Lγαγ＋CmL+Cmα＋CmFeFe3Cγ+L11整理ppt符號(hào)溫度/℃ω（C）/%說(shuō)明A1538℃0純鐵的熔點(diǎn)B1493℃0.53包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的成分C1147℃4.30共晶點(diǎn)D1227℃6.69滲碳體的熔點(diǎn)E1147℃2.14碳在γ-Fe中的最大溶解度F1147℃6.69共晶反應(yīng)生成的滲碳體G912℃0α-Fe向γ-Fe轉(zhuǎn)變溫度（A3）H1493℃0.09碳在δ-Fe中的最大溶解度12整理pptJ1493℃0.16包晶點(diǎn)K727℃6.69共析反應(yīng)生成的滲碳體M770℃0純鐵的磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)N1394℃0γ-Fe向δ-Fe的轉(zhuǎn)變溫度（A4）O770℃～0.5ω（C）≈0.5％合金的磁性轉(zhuǎn)變溫度P727℃0.022碳在α-Fe中的最大溶解度S727℃0.76共析點(diǎn)（A1）Q600℃0.0057600℃時(shí)碳在α-Fe中的溶解度13整理ppt由上可知，F(xiàn)e-Fe3C相圖中有以下組成局部：液相線：ABCD固相線：AHJECF五個(gè)單相區(qū)：L，δ，γ，α和Fe3C七個(gè)兩相區(qū)：L＋δ，L＋γ，L＋Fe3C，δ＋γ，α＋γ，α＋Fe3C，γ＋Fe3C兩條磁性轉(zhuǎn)變線：MO〔鐵素體的〕及過(guò)230℃的虛線〔滲碳體的〕三條水平相變線：HJB——包晶轉(zhuǎn)變線ECF——共晶轉(zhuǎn)變線PSK——共析轉(zhuǎn)變線14整理ppt三個(gè)相變包晶轉(zhuǎn)變：1493℃時(shí)，B點(diǎn)成分的液相和H點(diǎn)成分的δ鐵素體進(jìn)行包晶反響生成J點(diǎn)成分的奧氏體，即LB+δH=γJ共晶轉(zhuǎn)變：1147℃時(shí)，C點(diǎn)成分的液相通過(guò)共晶轉(zhuǎn)變生成E點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體，即LC＝γE＋Fe3C。反響得到的共晶體γE＋Fe3C稱為萊氏體，用字母Ld表示。萊氏體繼續(xù)冷卻至727℃時(shí)，萊氏體中的奧氏體要發(fā)生相變，相變后的萊氏體用表示。共析反響：727℃時(shí)，S點(diǎn)成分的奧氏體共析分解成P點(diǎn)成分的鐵素體和滲碳體，即γS＝αP＋Fe3C。所得到的共析體αP＋Fe3C稱為珠光體，用P表示。15整理ppt3.鐵碳合金的平衡結(jié)晶和組織轉(zhuǎn)變1〕鐵碳合金的分類工業(yè)純鐵：碳含量小于0.022％的鐵碳合金稱為工業(yè)純鐵，其特點(diǎn)是在冷卻過(guò)程中不發(fā)生共析反響。鋼：碳含量在0.022～2.14％之間的鐵碳合金稱為鋼，其特點(diǎn)是結(jié)晶過(guò)程不發(fā)生共晶反響。根據(jù)室溫組織的不同，鋼又分為：共析鋼：碳含量為0.76％亞共析鋼：碳含量在0.022～0.76％之間過(guò)共析鋼：碳含量在0.76～2.14％之間鑄鐵：碳含量在2.14～6.69％之間的鐵碳合金稱為鑄鐵，又稱白口鐵。16整理ppt白口鐵的特點(diǎn)是結(jié)晶過(guò)程發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，因而有較好的鑄造性能。但滲碳體量很多，質(zhì)脆，不能鍛造。根據(jù)室溫組織的不同，白口鐵又分為：共晶白口鐵：碳含量為4.30％亞共晶白口鐵：碳含量在2.11～4.30％之間過(guò)共晶白口鐵：碳含量在4.30～6.69％之間2〕各類鐵碳合金的組織轉(zhuǎn)變工業(yè)純鐵

a1a2a3a4a5a6a7高溫液相開(kāi)始冷卻：在a1點(diǎn)溫度開(kāi)始從液相中結(jié)晶出δ鐵素體結(jié)晶完畢后在a2點(diǎn)溫度開(kāi)始形成單相δ冷卻至a3點(diǎn)溫度時(shí)開(kāi)始從δ相的晶界上中析出γ相，直至a4點(diǎn)溫度冷卻至a5點(diǎn)溫度時(shí)，在γ相晶界上17整理ppt析出α鐵素體，至a6點(diǎn)溫度時(shí)γ相全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣料嘣赼7點(diǎn)溫度時(shí)，α鐵素體中的碳到達(dá)飽和，繼續(xù)冷卻將從α鐵素體中析出Fe3CⅢ，分布在α鐵素體的晶界上。室溫下的平衡組織：α鐵素體＋Fe3CⅢ

共析鋼高溫鋼液開(kāi)始冷卻：b1溫度時(shí)從液相中結(jié)晶析出γ相，直至b2點(diǎn)溫度時(shí)完畢單相γ一直保存至b3點(diǎn)溫度在b3點(diǎn)溫度發(fā)生共析反響，得到珠光體利用杠桿定律，可計(jì)算珠光體中α鐵素體和滲碳體的相對(duì)量：b1b2b3PS18整理ppt

在珠光體團(tuán)中，珠光體中α鐵素體和滲碳體是有一定位向關(guān)系的：珠光體是由交替排列的片層鐵素體和滲碳體構(gòu)成的。19整理ppt

亞共析鋼當(dāng)合金自液相冷卻時(shí)：在c1點(diǎn)溫度開(kāi)始結(jié)晶析出δ鐵素體在c2點(diǎn)溫度時(shí)，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)換，即液相成分變到B點(diǎn)，δ相成分變到H點(diǎn)，轉(zhuǎn)變生成J點(diǎn)成分的γ相。此時(shí)δ相消失，但仍留有過(guò)剩的L相剩余液相在繼續(xù)冷卻過(guò)程中，結(jié)晶生成γ相，至c3點(diǎn)溫度結(jié)束，得到單相的γ相，直至c4點(diǎn)在c4點(diǎn)溫度時(shí)，開(kāi)始在晶界位置處有α相析出，繼續(xù)降低溫度，α相不斷增多在c5點(diǎn)溫度，γ相成分變到S點(diǎn)，共析反響生成成分為P點(diǎn)的α相，形成珠光體。c1c2c4c3c5HBJPS20整理ppt通常將共析反響前從奧氏體中析出的鐵素體稱為先共析鐵素體。利用杠桿定律，設(shè)碳含量是0.3％的亞共析鋼，那么共析反響后組織中的先共析鐵素體和珠光體的相對(duì)量為：此時(shí)，合金中α與Fe3C兩相的相對(duì)量為：21整理ppt

亞共析鋼的室溫平衡組織是先共析鐵素體和珠光體。亞共析鋼中的先共析鐵素體可能呈現(xiàn)不同的形態(tài)：先共析鐵素體在奧氏體晶界上形核后，可形成沿原奧氏體晶界的網(wǎng)狀先共析鐵素體；也可沿奧氏體晶內(nèi)某特定晶面生長(zhǎng)成相互平行的片狀，即魏氏組織。過(guò)共析鋼d1d2d3PSd4當(dāng)合金從液相開(kāi)始冷卻：在d1點(diǎn)溫度開(kāi)始結(jié)晶出γ相，直至d2點(diǎn)溫度時(shí)結(jié)束，得到單相γ在d3點(diǎn)溫度時(shí)，奧氏體中的碳得到飽和，繼續(xù)冷卻時(shí)，奧氏體中析出二次滲碳體Fe3CⅡ

，呈網(wǎng)狀沿奧氏體晶界析出在d4點(diǎn)溫度時(shí)，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，s點(diǎn)成分的奧氏體共析分解，形成珠光體。22整理ppt共析反響后，過(guò)共析鋼的室溫組織是Fe3CⅡ和珠光體。設(shè)有一碳含量為1.0％的過(guò)共析鋼，那么應(yīng)用杠桿定律，可知二者在組織中的相對(duì)量為：過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物隨鋼中含碳量的增多而增多，網(wǎng)狀碳化物對(duì)鋼的性能有極惡劣的影響，特別是造成鋼的塑性和沖擊韌性的大幅降低，因此在實(shí)際生產(chǎn)中一定要防止或消除這種網(wǎng)狀碳化物。23整理pptECS當(dāng)合金自液相冷卻時(shí)：到達(dá)共晶溫度，發(fā)生共晶反響，形成萊氏體，即奧氏體和滲碳體的兩相混合物繼續(xù)冷卻，萊氏體中的滲碳體不變，其中的奧氏體成分沿ES線變化，從奧氏體中析出Fe3CⅡ，附著在共晶體的滲碳體上，難以觀察冷卻到共析溫度時(shí)，奧氏體成分變到S點(diǎn)，萊氏體中的奧氏體發(fā)生共析分解形成珠光體〔這種經(jīng)共析反響的萊氏體稱為低溫萊氏體〕珠光體在低溫時(shí)繼續(xù)析出三次滲碳體。

共晶白口鐵24整理ppt共晶反響后萊氏體中兩相的相對(duì)量是：亞共晶白口鐵ECSf1f2f3當(dāng)合金自液相冷卻時(shí)：在f1點(diǎn)溫度時(shí)開(kāi)始結(jié)晶出奧氏體，之后液相成分沿BC線變化，γ相成分沿JE線變化冷卻到f2時(shí)，液相成分變化到C點(diǎn)，γ相成分變化到E點(diǎn)，此時(shí)液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成萊氏體繼續(xù)冷卻，奧氏體成分沿ES線變化，到達(dá)f3點(diǎn)時(shí)，S點(diǎn)成分的奧氏體〔包25整理ppt括先共晶的奧氏體和萊氏體中的奧氏體〕發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，珠光體轉(zhuǎn)變后的萊氏體稱為低溫萊氏體繼續(xù)冷卻，從珠光體和低溫萊氏體中的鐵素體中都有三次滲碳體析出。過(guò)共晶白口鐵ECSg1g2g3當(dāng)合金自液相冷卻時(shí)：在g1點(diǎn)溫度，從液相中開(kāi)始結(jié)晶出滲碳體〔這種從液相中直接析出的滲碳體為一次滲碳體〕冷卻到g2點(diǎn)溫度時(shí)，剩余液相成分變到C點(diǎn)，發(fā)生共晶反響，得到萊氏體繼續(xù)冷卻，奧氏體成分沿ES線變化，到達(dá)g3點(diǎn)時(shí)，S點(diǎn)成分的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，26整理ppt

形成珠光體，共析轉(zhuǎn)變后的萊氏體稱為低溫萊氏體繼續(xù)冷卻，從珠光體和低溫萊氏體中的鐵素體中析出三次滲碳體。總結(jié)：從Fe-Fe3C相圖可知，鐵碳合金室溫下的相組成物都是鐵素體和滲碳體，并且隨含碳量的增加，滲碳量不斷增多。而相比之下，室溫組織組成物卻有α、Fe3CⅢ、P、Fe3CⅡ、Fe3CⅠ

和。27整理ppt7.5Fe-C相圖1.Fe-C相圖AGNQαG

123456BCDEFHJPMOSK1538℃1394℃1154℃1148℃910℃770℃738℃727℃230℃1493℃Lγγ＋G

α＋G0251015202528整理ppt與Fe-Fe3C相圖的不同之處：1〕液相線：ABC固相線：AHJ2〕在Fe-Fe3C相圖中所有析出滲碳體的線、點(diǎn)，在Fe-C相圖中除位置除有所改變外，都是析出石墨：線析出初次石墨線析出二次石墨線通過(guò)共晶轉(zhuǎn)變形成的共晶體是奧氏體與片狀石墨組成的團(tuán)狀組織，即一個(gè)共晶領(lǐng)域是一個(gè)奧氏體－石墨共晶團(tuán)。29整理ppt

用掃描電鏡可以觀察到石墨的空間形態(tài)，由此可以證明，在一個(gè)共晶領(lǐng)域內(nèi)石墨是相互連接成多枝狀的。光學(xué)顯微鏡下觀察到的條狀石墨乃是這些多枝狀石墨片的截面。線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，得到的共析組織是鐵素體與石墨組成。石墨呈點(diǎn)狀分布在鐵素體基體上，但在含碳量大于2.08％的合金中，二次石墨和共析石墨一般都依附在共晶石墨上生長(zhǎng)。30整理ppt2.各類鐵碳合金中的石墨形態(tài)接近共晶成分的鐵碳合金：A型石墨無(wú)方向性均勻分布B型石墨呈片狀與點(diǎn)狀聚集成的菊花狀分布亞共晶成分的鐵碳合金：亞共晶合金如果碳含量偏低，那么在共晶轉(zhuǎn)變之前有較多的先共晶奧氏體呈樹(shù)枝狀析出，此時(shí)奧氏體—石墨共晶只能在枝晶間生長(zhǎng)。此時(shí)石墨呈D型分布。A型B型31整理pptD型石墨在枝晶間呈點(diǎn)片狀分布過(guò)共晶成分的鐵碳合金：過(guò)共析成分的鐵碳合金凝固后組織中含有初次石墨

C型：初次石墨呈粗大的片狀

F型：初次石墨呈星狀分布C型F型32整理ppt如果在亞共晶、過(guò)共晶或共晶合金澆注前，向液體中參加少量的鎂或稀土元素，并參加硅進(jìn)行變質(zhì)處理，那么合金凝固后的石墨呈球狀。碳含量大于2.08％并按穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的合金，由于其斷口呈灰色，叫做灰口鑄鐵，當(dāng)石墨呈球狀時(shí)，稱為球墨鑄鐵。33整理ppt7.6含碳量低于2.11％并按亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的合金含碳量低于2.11％的鐵碳合金是純鐵和鋼。而鋼按碳含量的多少又分為亞共析鋼、共析鋼和過(guò)共析鋼。其室溫組織分別為：純鐵——鐵素體和沿晶界分布的三次滲碳體，三次滲碳體的含量隨碳含量的增加而增加。亞共析鋼——鐵素體和珠光體，珠光體的含量隨碳含量的增加而直線增加。

鐵碳合金的成分、組織和性能之間的關(guān)系34整理ppt過(guò)共析鋼——珠光體和二次滲碳體。隨著碳含量的增加，二次滲碳體的含量增多。二次滲碳體沿奧氏體晶界析出，當(dāng)數(shù)量足夠多時(shí)，便會(huì)形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)。純鐵和各類鋼室溫下的相組成都是鐵素體和滲碳體。隨著碳含量的增加，滲碳體量逐漸增多。根據(jù)合金的性能大體上是組成相性能的平均值這一規(guī)律，鐵碳合金的各項(xiàng)性能與碳含量之間大致具有直線關(guān)系。如下圖為碳含量對(duì)緩冷鋼力學(xué)性能與某些物理性能的影響：

00.02180.772.114.350%100%FCmⅡCmⅠC%P室溫組織組成相對(duì)量圖表35整理ppt由圖可知，抗拉強(qiáng)度σb在碳含量接近1.0％是出現(xiàn)峰值，這是因?yàn)橛捎诖嘈缘亩螡B碳體在碳含量高于1.0％時(shí)會(huì)形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，使鋼的脆性大增，因而會(huì)使脆性的二次滲碳體處出現(xiàn)早期的裂紋并開(kāi)展成斷裂，使抗拉強(qiáng)度隨之降低。在拉伸實(shí)驗(yàn)中，拉伸曲線具有明顯的上、下屈服點(diǎn)?！踩鐖D曲線a〕同時(shí)還觀察到應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。應(yīng)變時(shí)效：如果在超過(guò)下屈服點(diǎn)以后卸載并立即重新加載進(jìn)行試驗(yàn)，試樣將發(fā)生彈性變形直到第一次的卸載點(diǎn)為止，0.02180.772.114.3050%100%FCmC%0.02180.772.114.3性能CmFHBC%相組成相對(duì)量圖表組織與性能圖表36整理ppt在其后發(fā)生塑性變形時(shí)，不出現(xiàn)屈服點(diǎn)〔如圖曲線b〕。如果在卸載后放置一段時(shí)間或在200℃左右短時(shí)間加熱后再試驗(yàn)，那么屈服點(diǎn)將重新出現(xiàn)，并伴有屈服應(yīng)力提高〔如圖曲線c〕。上屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)abc應(yīng)變應(yīng)力37整理ppt含碳量在2.11～6.69％并按亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的合金1〕組織特性這類合金的組織中至少含有總量為31.5％的滲碳體，并以含有萊氏體為其特征。亞共晶鑄鐵：隨著碳含量的增加，萊氏體含量由0％增至100％。過(guò)共晶鑄鐵：隨著碳含量的增加，萊氏體含量由100％減至0％，但初次滲碳體的含量卻由0％增至100％。2〕性能特性滲碳體很脆，萊氏體又是以滲碳體為基體的共晶體，因此這類合金都具有很大的脆性，但同時(shí)，硬度和耐磨性都很高，在某些條件下可用于外表要求很高硬度和耐磨性的零件。38整理ppt按穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的合金1〕組織特性按穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)變后，所有合金在室溫下均由鐵素體和石墨組成。2〕性能特性這類合金的強(qiáng)度和塑性都很差，這是因?yàn)椋鸿F素體本來(lái)是個(gè)強(qiáng)度很低而塑性很高的相，而石墨本來(lái)幾乎沒(méi)有機(jī)械強(qiáng)度。由這樣兩種相組成混合物時(shí)，石墨的存在一方面減少了鐵素體承受機(jī)械載荷的有效斷面積，另一方面又由于石墨呈片狀，具有的尖端效應(yīng)造成應(yīng)力集中，幾乎使合金的塑性喪失殆盡。39整理ppt實(shí)際生產(chǎn)中的合金轉(zhuǎn)變實(shí)際上，含碳量小于2.11％的合金在一般情況下都是按照亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的。含碳量高于2.08％的合金，在實(shí)際生產(chǎn)中是把成分控制在共晶或亞共晶范圍內(nèi)，在高溫區(qū)，按穩(wěn)定系統(tǒng)凝固與轉(zhuǎn)變，得到共晶與二次石墨；在低溫區(qū)，按亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變得到珠光體。L2.08A4.3Ld0.68A0.0218Fα－FeG共晶G二次G共析G三次第一階段第二階段第三階段40整理ppt如圖，鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得的組織名稱程度第一階段第二階段第三階段顯微組織灰口鑄鐵充分進(jìn)行充分進(jìn)行充分進(jìn)行F＋G充分進(jìn)行充分進(jìn)行部分進(jìn)行F＋P＋G充分進(jìn)行充分進(jìn)行不進(jìn)行P＋G麻口鑄鐵部分進(jìn)行部分進(jìn)行不進(jìn)行＋P＋G白口鐵不進(jìn)行不進(jìn)行不進(jìn)行

＋P＋Fe3C41整理ppt5.石墨化的一些規(guī)律1〕合金元素促進(jìn)石墨化的合金元素：C、Si、Al、Ni、Co阻礙石墨化的合金元素：Cr、W、Mo、Y、Mn、S2〕高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫，可促進(jìn)石墨化。3〕可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵的吸振性、鑄造性、切削加工性較好。變質(zhì)處理的球墨鑄鐵，其力學(xué)性能近于鋼的水平。42整理ppt7.7鋼中的雜質(zhì)鋼中雜質(zhì)的來(lái)源由于原料和冶煉工藝的限制，實(shí)際使用的鋼中都含有≤0.4％Si、≤0.8％Mn、≤0.07％S、≤0.09％P以及微量的氣體元素O、H、N等。其中，Si和Mn是在鋼的冶煉過(guò)程中必須參加的脫氧劑，而S、P、O、N、H等那么是從原料或大氣中帶來(lái)而在冶煉使不能去凈的雜質(zhì)。2.雜質(zhì)元素對(duì)鋼組織性能的影響Si和Mn在鋼脫氧時(shí)，Si和Mn可把FeO復(fù)原成鐵，并形成SiO2和43整理pptMnO。Mn還可與鋼液中的S形成MnS。這些反響產(chǎn)物大局部進(jìn)入爐渣，小局部殘留在鋼中成為非金屬夾雜物。Si和Mn，凝固后溶于奧氏體或鐵素體中，Mn還可溶于滲碳體，形成合金滲碳體〔Fe，Mn〕3C。溶于鐵素體中的Si和Mn可提高鐵素體的強(qiáng)度，因而也提高鋼的強(qiáng)度。當(dāng)它們的含量大約不超過(guò)1％時(shí)，不降低鋼的塑性和韌性。所以，認(rèn)為Si和Mn是鋼中的有益元素。值得注意的是：冷鐓件和冷沖壓件的鋼材，因Si對(duì)鐵素體的強(qiáng)化作用，使鋼的彈性極限升高，以至在加工過(guò)程中造成模具的磨損過(guò)大，動(dòng)力消耗過(guò)大，因此冷鐓件和冷沖壓件常常采用含Si很低，不脫氧的沸騰鋼。44整理pptSS可溶于液態(tài)鐵中，但在固態(tài)鐵中的溶解度極小，并可與鐵形成FeS。FeS又可與γ鐵形成熔點(diǎn)為989℃的〔Fe＋FeS〕的共晶體，這種共晶體將在鋼液凝固后期凝固，并存在于奧氏體枝晶間。由于S含量一般不超過(guò)0.1%,故〔Fe＋FeS〕共晶體的量也很少，幾乎都是離異共晶。如果鋼中存在〔Fe＋FeS〕共晶體，在加熱到1150～1200℃之間時(shí)，它們就會(huì)成為液體，一經(jīng)鍛打，鋼就會(huì)沿晶界開(kāi)裂。這種現(xiàn)象叫做熱脆或紅脆。即使不經(jīng)壓力加工，網(wǎng)狀FeS的存在對(duì)鋼的力學(xué)性能也是損害極大的。如果鋼液脫氧不良，含較多FeO，還會(huì)形成熔點(diǎn)更低的〔Fe＋FeO＋FeS)三相共晶體，其危害更大。45整理ppt鋼中的Mn可以減弱S對(duì)鋼的有害作用。由于Mn和S化學(xué)親和力大于Fe和S的化學(xué)親和力，所以在含Mn的鋼中，S和Mn形成MnS，從而防止了FeS的形成。MnS的熔點(diǎn)在1600℃，高于熱加工溫度，并在高溫下具有一定的塑性，故不會(huì)使鋼發(fā)生熱脆。但MnS畢竟是一種非金屬夾雜物，起著割斷鋼的基體連續(xù)性的作用，會(huì)降低鋼的疲勞強(qiáng)度、塑性和韌性。此外，S含量過(guò)高，會(huì)使鋼鑄件在鑄造應(yīng)力的作用下發(fā)生熱裂，對(duì)焊接件而言易于在焊縫處發(fā)生熱裂，同時(shí)還易于在焊接過(guò)程中生成SO2氣體，使焊縫產(chǎn)生氣孔和疏松。所以，S是一種有害元素。普通質(zhì)量鋼中其含量≤0.055％；優(yōu)質(zhì)鋼中其含量在0.040％以下；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼那么≤0.030％；要求更高時(shí)，甚至限制其含量≤0.020％。46整理ppt

但S在個(gè)別情況下表現(xiàn)出對(duì)鋼性能的有利作用。如在易削鋼中同時(shí)提高M(jìn)n和S的含量，使鋼中含有較多的MnS。MnS可降低鋼的塑性，使切削易于斷裂。MnS還在切削過(guò)程中起到一定的潤(rùn)滑作用，減小刀具與工件之間的摩擦，延長(zhǎng)刀具的壽命。

PP在α－Fe中有最大溶解度，1049℃可達(dá)2.55％。雖然隨著溫度的降低，溶解度將不斷下降，但在室溫仍達(dá)1％左右，遠(yuǎn)大于鋼中的一般P含量。因此在一般情況下，鋼中的P全部存在于固溶體中。由于Fe-P相圖中液相線和固相線距離很大，因此P在Fe中具有很強(qiáng)的偏析傾向。47整理ppt在鐵基合金中，P對(duì)鐵素體較之其它元素具有更強(qiáng)的固溶強(qiáng)化能力，但在P含量較高時(shí)，它會(huì)劇烈地降低鋼的塑性和韌性。P在低溫下會(huì)變脆，這種現(xiàn)象叫做冷脆，開(kāi)始變脆的溫度叫做韌脆轉(zhuǎn)化溫度，它與鋼的成分和組織狀態(tài)有關(guān)。P會(huì)降低鋼的沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉(zhuǎn)化溫