第五章铁碳合金相图和碳钢

1、第五章 铁碳合金相图和碳钢第一节 相结构第二节 Fe-Fe3C相图分析第三节 碳钢第一节 纯铁、铁碳合金的相结构及其性能 许多金属在固态下只有一种晶体结构，如铝、铜、银许多金属在固态下只有一种晶体结构，如铝、铜、银等金属在固态时无论温度高低，均为面心立方晶格。钨、等金属在固态时无论温度高低，均为面心立方晶格。钨、钼、钒等金属则为体心立方晶格。但有些金属在固态下，钼、钒等金属则为体心立方晶格。但有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格形式，如铁、钴、钛等。这类存在两种或两种以上的晶格形式，如铁、钴、钛等。这类金属在冷却或加热过程中，其晶格形式会发生变化。金属在冷却或加热过程中，其晶格形式会发生

2、变化。金属金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。现象，称为同素异构转变。 纯铁的同素异构转变可概括如下：纯铁的同素异构转变可概括如下： FeFeFe1394912bccbccfcc1.1.铁碳合金的组元铁碳合金的组元 Fe Fe 铁是过渡族元素，熔点为铁是过渡族元素，熔点为15381538，密度是，密度是7.87g/cm7.87g/cm3 3。 Fe Fe3 3C C 是一种具有复杂结构的间隙化合物，通常称为渗碳体。是一种具有复杂结构的间隙化合物，通常称为渗碳体。 含碳量含碳量6.69%6.69%，硬度很

3、高，强度低，塑性韧性很差。理论熔化，硬度很高，强度低，塑性韧性很差。理论熔化温度温度12271227。是介稳定化合物，条件适当时，会分解成单质状。是介稳定化合物，条件适当时，会分解成单质状态的石墨态的石墨C C 。液相液相L L：铁与碳的液溶体。：铁与碳的液溶体。相：高温铁素体，是碳在相：高温铁素体，是碳在-Fe-Fe中的间隙固溶体，呈体心中的间隙固溶体，呈体心立方晶格，在立方晶格，在13941394以上存在。以上存在。相：铁素体，是碳在相：铁素体，是碳在-Fe-Fe中的间隙固溶体，呈体心立方中的间隙固溶体，呈体心立方晶格。碳的固溶度极小。强度低、硬度低、塑性好。晶格。碳的固溶度极小。强度低、

4、硬度低、塑性好。相：奥氏体，是碳在相：奥氏体，是碳在-Fe-Fe中的间隙固溶体，呈面心立方中的间隙固溶体，呈面心立方晶格。其中碳的固溶度在晶格。其中碳的固溶度在11481148时为时为2.11%2.11%。强度较低，硬度。强度较低，硬度不高，易于塑性变形。不高，易于塑性变形。 Fe Fe3 3C C相相: :渗碳体，是一个金属化合物，根据其生成条件不同渗碳体，是一个金属化合物，根据其生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态，对铁碳合金的力学性能有有条状、网状、片状、粒状等形态，对铁碳合金的力学性能有很大影响。很大影响。 在铁碳合金中，由于铁和碳的交互作用，可形成下列五在铁碳合金中，由于铁和碳

5、的交互作用，可形成下列五种基本组织种基本组织： 奥氏体（奥氏体（A A）珠光体（）珠光体（P P）铁素体（铁素体（F F）莱氏体（）莱氏体（LdLd、L Ld d）渗碳体（渗碳体（FeFe3 3C C、FeFe3 3C C、FeFe3 3C C ） 图3-2 铁素体晶胞示意图八面体八面体含碳量：含碳量：0-0.0218%(727 )0-0.0218%(727 ) 0-0.0008%( 0-0.0008%(室温室温) )温度范围：温度范围：912912力学性能：强度、硬度低；塑力学性能：强度、硬度低；塑性好。性好。GPQSECJNBDFK+Fe3C0.77GPQSECJNBDFK+Fe3C114

6、87274.3：（ ）+ Fe+ Fe3 3C C两种相。两种相。：高温莱氏体或低温莱氏体，用符号：高温莱氏体或低温莱氏体，用符号LdLd或或LdLd表示。表示。：4.3%(4.3%(称共晶白口铸铁称共晶白口铸铁) )：1148-7271148-727， 727 727LCL Ld d（ E+Fe3C）1148室温组织室温组织: : L Ld d(P + Fe(P + Fe3 3C C +Fe+Fe3 3C C） 铁碳合金相图铁碳合金相图是表示在缓慢冷却是表示在缓慢冷却的条件下，表明铁的条件下，表明铁碳合金成分、温度、碳合金成分、温度、组织变化规律的简组织变化规律的简明图解，它也是选明图解，它

7、也是选择材料和制定有关择材料和制定有关热处理工艺时的重热处理工艺时的重要依据。要依据。第二节 铁碳合金相图包晶转变包晶转变匀匀晶晶转转变变共晶转变共晶转变共析转变共析转变在1495 发生包晶转变 1495LB+HJ在1148发生共晶转变 1148 LCE+Fe3C 在727发生共析转变 727SP+Fe3C共晶点：L LC C1148Ld ( A + Fe3C )共析点：A AS S 727P ( FP + Fe3C )纯铁的同素异构转变点：- Fe912- Fe- Fe- Fe1394ECF : ECF : 共晶线共晶线 ，发生共晶转变。，发生共晶转变。1148LC( AE + Fe3C )

8、PSK : PSK : 共析线共析线 ，发生共析转变。，发生共析转变。AS727( FP + Fe3C ) : PSK , : PSK , 共析转变线。共析转变线。 : GS , : GS , 奥氏体和铁素体相互转变线。奥氏体和铁素体相互转变线。: ES , : ES , 碳在奥氏体中的溶解度曲线。碳在奥氏体中的溶解度曲线。 : : 析出一次渗碳体，由析出一次渗碳体，由L L析出析出FeFe3 3C C。 : : 析出二次渗碳体，由析出二次渗碳体，由A A析出析出FeFe3 3C C。 : : 析出三次渗碳体，由析出三次渗碳体，由F F析出析出FeFe3 3C C。: P、S、E、C、K。 E

9、F、ES、GS、FK。 : 共晶转变、共析转变。 : 1148 、727 。 ：Wc0.0218% Wc0.0218% ：Wc =0.0218-2.11%Wc =0.0218-2.11%亚共析钢亚共析钢 0.0218-0.77%0.0218-0.77%共析钢共析钢 0.77%0.77%过共析钢过共析钢 0.77-2.11%0.77-2.11%：Wc =2.11-6.69% Wc =2.11-6.69% 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11-4.3%2.11-4.3%共晶白口铸铁共晶白口铸铁 4.3%4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 4.3-6.69%4.3-6.69% 3. 在铸造方面的

10、应用 由铁碳相图可知钢在高温时处于奥氏体状态，而奥氏体由铁碳相图可知钢在高温时处于奥氏体状态，而奥氏体的强度较低，塑性好，有利于进行塑性变形。的强度较低，塑性好，有利于进行塑性变形。 因此，钢材的锻造、轧制等均选择在单相奥氏体的适当因此，钢材的锻造、轧制等均选择在单相奥氏体的适当温度范围内进行。温度范围内进行。第三节第三节 碳碳 钢钢：非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢合金钢合金钢 图3-12 含碳量对钢力学性能的影响 实际使用的非合金钢并不是单纯的铁碳合金，实际使用的非合金钢并不是单纯的铁碳合金，由于冶炼时所用原料以及冶炼工艺方法等影响，钢由于冶炼时所用原料以及冶炼工艺方法等影响，钢中总不免有

11、少量其他元素存在，如硅、锰、硫、磷、中总不免有少量其他元素存在，如硅、锰、硫、磷、铜、铬、镍等，这些并非有意加入或保留的元素一铜、铬、镍等，这些并非有意加入或保留的元素一般作为杂质看待。它们的存在对钢的性能有较大的般作为杂质看待。它们的存在对钢的性能有较大的影响。影响。 溶于铁素体，形成置换固溶体，使铁素体强化；溶于铁素体，形成置换固溶体，使铁素体强化；溶于渗碳体，形成合金渗碳体，提高硬度；溶于渗碳体，形成合金渗碳体，提高硬度；形成形成MnSMnS，减轻硫的有害作用。，减轻硫的有害作用。溶于铁素体，使铁素体强化；溶于铁素体，使铁素体强化；形成形成FeOFeO，改善钢质。，改善钢质。形成形成FeS,FeS,提高钢的脆性；提高钢的脆性；FeSFeS和和FeFe形成低熔点的共晶体，产生形成低熔点的共晶体，产生热脆热脆现象。现象。可提高钢的含锰量，形成可提高钢的含锰量，形成MnS,MnS,避免热脆现象。避免热脆现象。溶于铁素体，强化铁素体；溶于铁素体，强化铁素体；会产生会产生冷脆冷脆现象；现象；三、常用碳钢Wc =0.09%-0.33% WMn=0.37%-0.65% Ws0.035-0.05% Wp0.035%-0.045% Wsi =0.30%牌号牌号：屈服点的字母屈服点的字母 屈服点数值屈服点数值 质量等级