材料科学基础—张代东—chap4 铁碳合金相图

1、主讲：匡唐清华东交通大学材料工程系华东交通大学材料工程系材料科学基础材料科学基础Fundamentals of Material ScienceFMS第第4章章 铁碳合金相图铁碳合金相图知识要点掌握程度相关知识铁碳合金组元性质熟悉铁和碳元素性质铁和碳元素性质，掌握铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变铁、碳、渗碳体；-Fe、-Fe、-Fe；铁素体、奥氏体FeFe3C典型合金平衡结晶过程熟悉FeFe3C相图各点相图各点线面的物理意义线面的物理意义，掌握相图中的基本反应基本反应，注重典型合金平衡结晶过程分析平衡结晶过程分析和杠杆定律的应用杠杆定律的应用FeFe3C相图分析：线、区物理意义，平衡反应；典型

2、合金平衡结晶过程：工业纯铁、钢、白口铸铁FeFe3C相图的应用掌握以相组成物和组织组以相组成物和组织组成物标示的成物标示的FeFe3C相相图图，熟悉其在生产中的基本应用组织组成物标示的FeFe3C相图，含碳量与材料力学性能，相图在选材、工艺制定中的应用碳钢掌握碳钢编号原则和分类碳钢编号原则和分类钢中常存杂质元素，碳钢分类，常用碳钢FMS概述概述纯铁纯铁渗碳体渗碳体FMS概述概述u 铁碳合金铁碳合金 p碳钢碳钢(Steels) p铸铁铸铁(Cast irons) u碳的存在形式碳的存在形式p渗碳体渗碳体Fe3C(亚稳相亚稳相)p石石 墨墨(稳定相稳定相)uFe-Fe3C相图相图p亚稳定相图亚稳定

3、相图 ， Wc=0-6.69%pWc6.69%的铁碳合金脆性极大，的铁碳合金脆性极大，没使用价值没使用价值p含碳量含碳量 6.69%的的Fe3C为稳定金属为稳定金属化合物，可作为一个组元化合物，可作为一个组元uFe-C相图（铁相图（铁-石墨相图）石墨相图）p稳定相图，稳定相图， Wc=0-100%p虚线所示虚线所示FMS4.1 铁碳合金组元性质铁碳合金组元性质u组元组元u基本相基本相FMS4.1.1 铁元素和碳元素铁元素和碳元素u铁元素铁元素 p26th元素，过渡族金属元素，过渡族金属u碳元素碳元素 p原子序数原子序数6；原子量；原子量12.01；密度；密度2.25g/cm3p有金刚石、石墨、

4、富勒烯、碳纳米管等形式；有金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管等形式；在铁碳合金中以固溶单质原子或石墨等形式在铁碳合金中以固溶单质原子或石墨等形式存在存在p石墨石墨硬度硬度35HBW；塑性接近于零；塑性接近于零；层内为共价键，层间为分子键；层内为共价键，层间为分子键；优良固体润滑剂；优良固体润滑剂； Fe数值数值原子量55.85熔点1538汽化温度2738密度7.87g/cm3FMS4.1.2 铁碳合金组元铁碳合金组元u纯铁及其性能特点纯铁及其性能特点 p塑性、韧性好，强度很低，少做结构材料塑性、韧性好，强度很低，少做结构材料p1kg高纯铁高纯铁/4000元元p1吨钢吨钢/4000元元 p具有铁磁性

5、，用于要求软磁性的场合（仪器仪表铁心）具有铁磁性，用于要求软磁性的场合（仪器仪表铁心）性性 能能纯纯 铁铁45钢钢(退火退火)铁含量wFe99.899.9% 99.55%左右抗拉强度b176274MPa600 (MPa) 屈服强度0.298166MPa355 (MPa)伸长率3050%16%断面收缩率7080%40%冲击吸收功aK160200J/cm2硬度5080HBW197HBWFMS4.1.2 铁碳合金组元铁碳合金组元u铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变 bccCfccCbccFeFeFe9121394FMS4.1.2 铁碳合金组元铁碳合金组元u铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变p晶格类型变化

6、晶格类型变化相变相变晶粒细化晶粒细化p钢性能钢性能合金化、热处理合金化、热处理固态相变固态相变同素异晶同素异晶转变转变 bccCfccCbccFeFeFe9121394FMS4.1.2 铁碳合金组元铁碳合金组元u铁素体和奥氏体铁素体和奥氏体 名称名称符号符号晶格晶格最大溶碳量最大溶碳量Wc性能性能铁素体铁素体碳溶于-Fe中的间隙固间隙固溶体溶体bcc0.09% (1495)奥氏体奥氏体A或碳溶于-Fe中的间 隙固溶体fcc2.11% (1148)硬度较低(HB170220) ，塑性高(40%50%) 具有顺磁性铁素体铁素体F或碳溶于-Fe中的间隙固溶体bcc0.0218% (727)0.008

7、% (室温)与纯铁基本相同，塑性、韧 性好，而强度、硬度低，并有铁磁性FMS4.1.2 铁碳合金组元铁碳合金组元u渗碳体渗碳体 (Cementite，Fe3C) p铁和碳形成的铁和碳形成的间隙化合物间隙化合物，晶，晶体结构复杂，含碳量为体结构复杂，含碳量为6.69%p熔点为熔点为1227p在在230 C以下具有铁磁性以下具有铁磁性。 p硬硬(HB800)而脆，塑性极低（延而脆，塑性极低（延伸率接近于伸率接近于0） p钢铁材料中的主要强化相钢铁材料中的主要强化相FMS4. 2 Fe-Fe3C相图分析相图分析uFe-Fe3C相图由相图由包晶转变包晶转变、共晶转变共晶转变和和共析转变共析转变三三部分

8、连接而成部分连接而成FMS4. 2.1 相图中的点、线、区及其意义相图中的点、线、区及其意义u点：点：16个个符号符号温度温度/C（%）说明说明A15380纯铁的熔点纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液态合金的成份包晶转变时液态合金的成份C11484.30共晶点共晶点D12276.69渗碳体的熔点渗碳体的熔点E11482.11碳在碳在-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度F11486.69渗碳体的成分渗碳体的成分G9120转变温度（转变温度（A3）H14950.09碳在碳在-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度J14950.17包晶点包晶点K7276.69渗碳体的成分渗碳体的成分N13940转变温

9、度（转变温度（A4）P7270.0218碳在碳在-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度S7270.77共析点（共析点（A1）Q6000.0057碳在碳在-Fe中的溶解度中的溶解度FMS4. 2.1 相图中的点、线、区及其意义相图中的点、线、区及其意义u线线p液相线液相线ABCDp固相线固相线AHJECFp两条磁性转变线两条磁性转变线770（居里点）（居里点）铁素体铁素体磁性转变线磁性转变线230渗碳渗碳 体体磁性转变磁性转变线线FMS4. 2.1 相图中的点、线、区及其意义相图中的点、线、区及其意义u三条等温转变线三条等温转变线CFePCS3727共析线共析线包晶线包晶线共晶线共晶线CFeLECS

10、31148珠光体珠光体P莱氏体莱氏体LdJCHBL1495奥氏体奥氏体AFMS4. 2.2 包晶转变（水平线包晶转变（水平线HJB）uwc0.09%p匀晶转变匀晶转变为为铁素体固溶体铁素体固溶体p再发生固溶体的再发生固溶体的同素异晶转变同素异晶转变，得到单相奥氏体，得到单相奥氏体u0.09% wc 0.53%p1495恒温，恒温，wc=0.53%液相与液相与wc=0.09%的的铁素铁素体体包晶反应包晶反应，得到，得到wc=0.17%的单相奥氏体的单相奥氏体p铁碳合金包晶转变温度高，包晶偏析不严重铁碳合金包晶转变温度高，包晶偏析不严重u0.53% wc 0.0218%p727恒温，恒温，wc=0

11、.77%的奥的奥氏体共析转变为氏体共析转变为wc=0.0218%的铁素体的铁素体和渗和渗碳体碳体Fe3C组成的混合物珠组成的混合物珠光体光体Pp珠光体层片状，渗碳体与铁珠光体层片状，渗碳体与铁素体含量约为素体含量约为1/8；金相组；金相组织中，厚片为铁素体，薄片织中，厚片为铁素体，薄片为渗碳体为渗碳体7273SPFe C FMS4. 2.1 相图中的点、线、区及其意义相图中的点、线、区及其意义u三条特性曲三条特性曲线线固态转固态转变线变线PQ线：线：碳在碳在F中的固溶度曲线，中的固溶度曲线，当温度低于此曲线时，从当温度低于此曲线时，从F中析中析出三次渗碳体（记为出三次渗碳体（记为Fe3CIII

12、）。）。ES线：线：碳在奥氏体中的溶碳在奥氏体中的溶解度曲线。当温度低于此解度曲线。当温度低于此曲线时，就要从奥氏体中曲线时，就要从奥氏体中析出二次渗碳体，用析出二次渗碳体，用Fe3C表示表示,也叫也叫Acm线。线。GS线线:A析出析出F的起始的起始温度，或温度，或F全部转变全部转变为为A的终了温度，又的终了温度，又称称A3线线FMS4. 2.1 相图中的点、线、区及其意义相图中的点、线、区及其意义u区区p 5个单相区个单相区L、Fe3C p7个两相区个两相区L+、L+、L+Fe3C、 +、+ Fe3C、+、+Fe3C p3个三相区个三相区 L+(HJB线线)L+Fe3C(ECF线线)+ Fe

13、3C(PSK线线)FMS4. 3 Fe-Fe3C相图典型合金平衡结晶过程相图典型合金平衡结晶过程u工业纯铁工业纯铁(Wc0.0218%) u碳钢碳钢(0.0218Wc2.11%) p白口铸铁白口铸铁全部碳以全部碳以Fe3C形成形成 p灰口铸铁灰口铸铁部分或全部碳以石墨形式存部分或全部碳以石墨形式存 在在FMS4. 3.1 工业纯铁工业纯铁(Wc0.0218%)FMS4. 3.1 工业纯铁工业纯铁(Wc0.0218%)u结晶过程结晶过程pLL+ (12) 匀晶转变匀晶转变p + (34) 同素异晶转变，同素异晶转变，晶界优先形核晶界优先形核p + (56) 同素异晶转变，晶界优先形核同素异晶转变

14、，晶界优先形核p +Fe3CIII (7) 脱溶转变，晶界上片状析出脱溶转变，晶界上片状析出u室温组织：室温组织：+Fe3CuFe3CIII最大量计算：最大量计算：0.326%FMS4. 3.1 工业纯铁工业纯铁(Wc0.0218%)u组织组织FMS4. 3.2 钢钢u共析钢共析钢( (Wc=0.77%)pLL+ 匀晶转变（匀晶转变（12）p+PP(F+Fe3C)共析转变（共析转变（3）pF F+Fe3CIII脱溶转变（脱溶转变（3） Fe3CIII与与Fe3C联接，难辨、量少联接，难辨、量少对珠光体的组织性能影响对珠光体的组织性能影响不明显不明显p室温组织室温组织 P(F+Fe3C)FMS4

15、. 3.2 钢钢-共析钢共析钢( (Wc=0.77%)u珠光体中铁素体和渗碳体含量计算珠光体中铁素体和渗碳体含量计算FMS4. 3.2 钢钢u亚共析钢亚共析钢(0.0218%Wc0.77%)pLL+ L + (12)匀晶转变匀晶转变pL+L + + (2)包晶转变包晶转变pLL+ (23)匀晶转变匀晶转变p + F (45)同素异晶转变同素异晶转变p + P(F +Fe3C) P (5)共析转变共析转变pF F+Fe3CIII (5)脱溶沉淀，量少忽略脱溶沉淀，量少忽略p室温组织：室温组织：F+PF产生在共析转产生在共析转 变之前，称为变之前，称为先共析铁素体先共析铁素体FMS4. 3.2 钢

16、钢-亚共析钢亚共析钢(0.0218%Wc0.77%)u室温相组成室温相组成p+Fe3Cu组织组成物组织组成物含量计算含量计算(wC=0.40%)u相组成物相组成物含量计算含量计算(wC=0.40%)FMS4. 3.2 钢钢-亚共析钢亚共析钢(0.0218%Wc0.77%)u室温组织室温组织-铁素体铁素体F珠光体珠光体P20钢钢40钢钢65钢钢FMS4. 3.2 钢钢-过共析钢（过共析钢（0.77%Wc2.11%）u结晶过程结晶过程匀晶转变匀晶转变共析转变共析转变脱溶转变脱溶转变脱溶转变脱溶转变FMS4. 3.2 钢钢-过过共析钢（共析钢（0.77%Wc2.11%）u室温组织室温组织pP+Fe3

17、CIIu相组成相组成p+ Fe3Cu Fe3CII最大量计算：最大量计算：FMS4. 3.2 钢钢-过过共析钢（共析钢（0.77%Wc2.11%）u组织组织FMS共析、亚共析、亚/过共析钢的显微组织示意图过共析钢的显微组织示意图共析钢共析钢亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢FMS4. 3.3 白口铸铁白口铸铁u共晶白口铸铁（共晶白口铸铁（Wc=4.3%）pLL+Ld(+Fe3C)Ld (1)共晶反应，莱氏体共晶反应，莱氏体pLd(+Fe3C)+Fe3C+Fe3C （12）脱溶转变，高温脱溶转变，高温Ldp + P P(F+ Fe3C) (2)共析反应，共析反应， Fe3C与与Fe3C难区分难区分

18、pF F + Fe3CIII (2)脱溶脱溶转变，转变， Fe3CIII较少，可忽略较少，可忽略p室温组织室温组织室温室温莱氏体莱氏体Ld(P+ Fe3CII+ Fe3C)形态与高温共晶莱氏体相同，但形态与高温共晶莱氏体相同，但组织组成物和相组成物都发生变组织组成物和相组成物都发生变化化FMS4. 3.3 白口铸铁白口铸铁-共共晶（晶（Wc=4.3%）u室温组织：室温组织：Ld u相组成：相组成：+ Fe3CuLd-Ld转变转变pLd(+ Fe3C)Ld(P+ Fe3CII+ Fe3C)白色白色- -共晶渗碳体共晶渗碳体黑色黑色- -珠光体珠光体FMS4. 3.3 白口铸铁白口铸铁u亚共晶白口

19、铸铁亚共晶白口铸铁（2.11%Wc4.3%）匀晶转变匀晶转变共晶转变共晶转变脱溶转变脱溶转变共析转变共析转变FMS4. 3.3 白口铸铁白口铸铁-亚共亚共晶（晶（2.11%Wc4.3%）u室温组织室温组织pP+Ldu相组成相组成p+ Fe3Cu组织组成物含量计算组织组成物含量计算(以以wC=3.0%为例为例)先共晶先共晶奥氏体：奥氏体：莱氏体：莱氏体：先共晶奥氏体析先共晶奥氏体析出的二次渗碳体：出的二次渗碳体：FMS4. 3.3 白口铸铁白口铸铁-亚共亚共晶（晶（2.11%Wc4.3%）u组织组织FMS4. 3.3 白口铸铁白口铸铁u过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁（4.3%Wc6.69%）匀晶转

20、变匀晶转变共晶转变共晶转变脱溶转变脱溶转变共析转变共析转变FMS4. 3.3 白口铸铁白口铸铁-过共过共晶（晶（4.3%Wc6.69%）u室温组织室温组织pFe3CI+Ldp一一次渗碳体较为粗大次渗碳体较为粗大u相组成相组成p+ Fe3Cu组织组成物含量计算组织组成物含量计算(以以wC=5.0%为例为例)先共先共晶渗碳体：晶渗碳体：莱氏体：莱氏体：%3 .29%1003 . 469. 63 . 40 . 53ICFew%7 .70%1003 . 469. 60 . 569. 6LdwFMS4. 3.3 白口铸铁白口铸铁-过共过共晶（晶（4.3%Wc6.69%）u组织组织FMS铸铁室温组织铸铁室

21、温组织共晶白口铁共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁一一次渗碳体次渗碳体莱氏体莱氏体珠光体珠光体莱氏体莱氏体莱氏体莱氏体珠光体珠光体渗碳体渗碳体FMS4. 3 Fe-Fe3C相图典型合金平衡结晶过程相图典型合金平衡结晶过程u室温组织室温组织种类种类分类名称分类名称含碳量含碳量室温平衡组织室温平衡组织铁铁工业纯铁工业纯铁0.0218铁素体；或铁素体+三次渗碳体钢钢亚共析钢亚共析钢0.0218-0.77先共析铁素体+珠光体共析钢共析钢0.77珠光体过共析钢过共析钢0.77-2.11先共析二次渗碳体+珠光体铸铁铸铁亚共晶铸铁亚共晶铸铁2.11-4.3珠光体+二次渗碳体+莱氏体共

22、晶铸铁共晶铸铁4.3莱氏体过共晶铸铁过共晶铸铁4.3-6.69一次渗碳体+莱氏体FMS杠杆定律应用杠杆定律应用u问题：计算在共析反应完成之后含碳量问题：计算在共析反应完成之后含碳量0.17%C的的亚亚共析钢中相的相对含量和组织相对含量共析钢中相的相对含量和组织相对含量p相含量相含量p组织相对含量组织相对含量%2 . 20218. 069. 60218. 017. 03PKPOWCFe%8 .9713CFeFWW%8 .190218. 077. 00218. 017. 0PSPOWP%2 .801PWWFFMS4. 4 Fe-Fe3C相图的应用相图的应用FMS4. 4.1 以组织组成物标示的以组

23、织组成物标示的Fe-Fe3C相图相图u组织组成物标注的相图组织组成物标注的相图ABCDFENGPSKQJHALFFeFe3CLAL AI3CFeLAFCFeA3CFeF3CFeP3dLCFeP3dLCFeA3CFeLd3CFeLd3FPPdLdLFMS4. 4.1 以组织组成物标示的以组织组成物标示的Fe-Fe3C相图相图ABCDFENGPSKQJHALFFeFe3CLAL ACFeL3AFCFeA3CFeF3CFeP3dLCFeP3dLCFeA3CFeLd3CFeLd3FPPdLdLFMS4. 4.1 以组织组成物标示的以组织组成物标示的Fe-Fe3C相图相图u含碳量对平衡组织的影响含碳量对

24、平衡组织的影响(随随Wc增加增加) FMS4. 4.1 以组织组成物标示的以组织组成物标示的Fe-Fe3C相图相图u含碳量对平衡组织的影响含碳量对平衡组织的影响(随随Wc增加增加) FMS4. 4.1 以组织组成物标示的以组织组成物标示的Fe-Fe3C相图相图u含碳量对相形态的影响含碳量对相形态的影响(随随C%增加增加) pF形态形态从从A中析出，呈中析出，呈块状块状共析所得共析所得P中，与中，与Fe3C呈呈交错层片交错层片状状pFe3C形态形态从从F中析出中析出Fe3CIII，沿晶界小片状沿晶界小片状共析所得共析所得P中，中， Fe3C与与F交错层片状交错层片状从从A中析出中析出Fe3CII

25、，沿晶界沿晶界网状网状分布分布共晶共晶所得所得Ld中，中， Fe3C 为为连续基体连续基体，较粗大，有时呈鱼骨状，较粗大，有时呈鱼骨状过共晶过共晶匀晶所得匀晶所得Fe3CI，粗大条状粗大条状FMS4. 4.1 以组织组成物标示的以组织组成物标示的Fe-Fe3C相图相图u含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响p铁素体是铁素体是软韧软韧相相，强度、硬度很低，强度、硬度很低p渗碳体渗碳体是是硬脆硬脆相相p珠光体中，珠光体中，渗碳体以细片状分散地渗碳体以细片状分散地分布在铁素体的基体上，起了分布在铁素体的基体上，起了强化强化作用。与铁素体相比，珠光体具有作用。与铁素体相比，珠光体具有较高的强度和

26、硬度，但塑性较高的强度和硬度，但塑性较差较差珠光体力学性能珠光体力学性能抗拉强度1000MPa屈服强度600MPa伸长率10%断面收缩率12-15%硬度241HBWFMS4. 4.1 以组织组成物标示的以组织组成物标示的Fe-Fe3C相图相图u含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响pWc，HB、脆性、脆性 pWc，塑性、韧性，塑性、韧性p强度先强度先后后，Wc1.0%时最大时最大过共析，从过共析，从A中析出的中析出的Fe3CII沿晶界沿晶界网状网状分布，脆性增大，强度降低分布，脆性增大，强度降低p工程上应保证所使用的铁碳合金工程上应保证所使用的铁碳合金具有适当的塑性和韧性，对碳素具有适当

27、的塑性和韧性，对碳素钢和普通低中合金钢，含碳量一钢和普通低中合金钢，含碳量一般不超过般不超过1.3%p白口铸铁脆性很大，强度很低白口铸铁脆性很大，强度很低FMS4. 4.2 Fe-Fe3C相图在选材上的应用相图在选材上的应用u铁碳合金相图总结了铁碳合金相图总结了合金组织及性能随成分的变化规律合金组织及性能随成分的变化规律，便于根据工件的工作环境和性能要求来便于根据工件的工作环境和性能要求来选择材料选择材料p低碳钢低碳钢(0.100.25%C)塑性，韧性好塑性，韧性好，如建，如建 筑结构和容器等筑结构和容器等p中碳钢中碳钢(0.250.60%C)强度、塑性、韧性都强度、塑性、韧性都 较好较好，如

28、轴，如轴 p高碳钢高碳钢(0.61.3%C)硬度高、耐磨硬度高、耐磨性好，如工性好，如工 具具 p白口铸铁白口铸铁高的硬度和脆性，抗磨损高的硬度和脆性，抗磨损能力很能力很 好好可用来制造需要耐磨而不受冲击的零件，可用来制造需要耐磨而不受冲击的零件， 如：轧辊和球磨机的铁球等如：轧辊和球磨机的铁球等也是可锻铸铁的原料也是可锻铸铁的原料FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相图在制定加工工艺上的应用相图在制定加工工艺上的应用uFe-Fe3C相图总结了相图总结了不同成分的合金组织随温度变不同成分的合金组织随温度变化的规律化的规律，为制定热加工及热处理工艺提供了依据，为制定热加工及热处理工艺提供了依据p切

29、削切削中碳钢合适，强度、塑性、韧性都中碳钢合适，强度、塑性、韧性都 较好较好p冷塑性变形冷塑性变形Wc0.25%(低碳钢低碳钢)，变形阻力小，变形阻力小FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相图在制定加工工艺上的应用相图在制定加工工艺上的应用u热轧热轧/锻锻p单相奥氏体单相奥氏体(Wc%2.11%)塑性好，变形抗力小塑性好，变形抗力小p始轧始轧/锻温度在固相线以下锻温度在固相线以下100-200，以免氧化，以免氧化和过烧；（一般和过烧；（一般1150-1250）p终轧终轧/锻温度不能过高，以免奥氏体晶粒粗大；锻温度不能过高，以免奥氏体晶粒粗大；不能过低，以免塑性降低产生裂纹，亚共析钢略不能过低，以

30、免塑性降低产生裂纹，亚共析钢略高于高于GS线，过共析钢略低于线，过共析钢略低于ES线；（一般线；（一般750-850）FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相图在制定加工工艺上的应用相图在制定加工工艺上的应用u铸造铸造p浇铸温度在液相线浇铸温度在液相线150左右左右p共晶成分共晶成分(Wc=4.3%)熔点低、结晶温度范围窄，流熔点低、结晶温度范围窄，流动性好，分散缩孔少，组织致密动性好，分散缩孔少，组织致密 u焊接焊接p分析焊缝区的焊接组织，并用适当热处理分析焊缝区的焊接组织，并用适当热处理 方法来减方法来减轻或消除组织不均匀性。轻或消除组织不均匀性。 u热处理热处理p确定碳钢热处理加热温度确定碳

31、钢热处理加热温度FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相图在制定加工工艺上的应用相图在制定加工工艺上的应用u切削性能切削性能: 中碳钢合适中碳钢合适u可可锻性能锻性能: 低碳钢好低碳钢好u焊接焊接性能性能: 低碳钢好低碳钢好u铸造铸造性能性能: 共晶合金好共晶合金好u热处理热处理性能性能:切削加工的基本形式切削加工的基本形式焊缝组织焊缝组织模模锻锻FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相图在制定加工工艺上的应用相图在制定加工工艺上的应用FMS4. 4.3 Fe-Fe3C相图在制定加工工艺上的应用相图在制定加工工艺上的应用FMS4. 5 碳钢碳钢u在钢铁中占重要地位在钢铁中占重要地位u易冶炼加工，价格低

32、廉，力学性能能满足一般要易冶炼加工，价格低廉，力学性能能满足一般要求，应用广泛求，应用广泛FMS4. 5.1 钢中常存的杂质元素钢中常存的杂质元素u由冶炼时所用原材料以及冶炼方法和工艺由冶炼时所用原材料以及冶炼方法和工艺 操作等操作等所带入钢中的化学元素所带入钢中的化学元素 p冶炼残余，由脱氧剂带入，冶炼残余，由脱氧剂带入，Mn、Si、Al、 S、P难清除难清除 p生产过程中形成，微量元素生产过程中形成，微量元素O、H、N等等 p与炼钢时的矿石、废钢有关，如与炼钢时的矿石、废钢有关，如Cu、Sn、 Pb、Cr等等FMS硅和锰硅和锰( (有益元素有益元素) )uSip脱氧脱氧p溶于溶于F，强化，

33、强化F，量少影响不显著，量少影响不显著uMnp清除清除FeO，脱氧，降低脆性，脱氧，降低脆性p化合化合MnS，除硫，除硫p溶于溶于F，强化，强化FFMSS硫硫( (有害元素有害元素) )uFeS形式，能引起钢在热加工时或高形式，能引起钢在热加工时或高 温工作下开裂温工作下开裂(热脆热脆)u增加增加Mn，可消除热，可消除热 脆脆FMSP磷磷 ( (有害元素有害元素) )u溶于溶于F，有很强的固溶强化作用，有很强的固溶强化作用u低温韧性差低温韧性差(冷脆冷脆)uS、P击沉了击沉了“泰坦尼克号泰坦尼克号”FMSN氮氮( (有害元素有害元素) )u钢中过饱和钢中过饱和N在常温放置过程中会发在常温放置过

34、程中会发 生生时效脆化时效脆化u加加Ti、V、Al等元素可消除等元素可消除 时效倾向时效倾向FMSH氢氢( (有害元素有害元素) )u氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆氢脆u当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其形成微裂纹，其 内壁为白色，称为白点内壁为白色，称为白点FMSO O氧氧( (有害元素有害元素) )u钢中的氧化物易成为钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源疲劳裂纹源FMS4. 5.2 碳钢的分类碳钢的分类u按钢的含碳量分类按钢的含碳量分类u按钢的用途分类按钢的用途分类p碳素结构钢碳素

35、结构钢制造工程构件及机械零件制造工程构件及机械零件多属低碳钢和中碳钢多属低碳钢和中碳钢p碳素工具钢碳素工具钢制造刀具、量具和模具制造刀具、量具和模具多属高碳钢多属高碳钢低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢Wc/% 0.25 0.60FMS4. 5.2 碳钢的分类碳钢的分类u按钢的质量分类按钢的质量分类 (有害物质有害物质S、P含量）含量） 钢种类钢种类含硫量含硫量Ws含磷量含磷量Wp普通普通碳素钢碳素钢0.050%0.045%优质优质碳素钢碳素钢 0.035%0.035%高级优质高级优质碳素钢碳素钢 0.030%0.030%特级优质特级优质碳素钢碳素钢0.020%0.025%FMS4. 5.3 常用碳钢常用碳钢u我国钢号表示我国钢号表示p拼音拼音字母字母性能指标、等级、类型性能指标、等级、类型p元素元素符号符号p数字数字性能值、含量性能值、含量FMS4. 5.3 常用碳钢常用碳钢u普通碳素结构钢普通碳素结构钢pQ数字数字(屈服强度值屈服强度值)+ 质量等级质量等级(A D)+脱氧方法或性能脱氧方法或性能拼音字拼音字母母沸腾钢沸腾钢-F；半镇静钢；半镇静钢-b；镇静钢镇静钢-Z；特殊镇静钢；特殊镇静钢-TZ (两者可不标两者可不标)耐候耐候-NH；高耐候；高耐候-GNHQ235AF屈服强度屈服强度235MPa的的A级沸腾钢级沸腾钢Q295GNH屈服强度屈服强度295M