铁碳合金NXPowerLite课件

1、铁碳合金 nxpowerlite1第四章第四章 铁碳合金铁碳合金 一、铁碳合金的基本组织一、铁碳合金的基本组织 二、铁碳合金的结晶过程二、铁碳合金的结晶过程 三、铁碳合金相图分析三、铁碳合金相图分析 四、合金相图的应用四、合金相图的应用 五、碳素钢五、碳素钢fe-cr合金相图合金相图铁碳合金 nxpowerlite2一、铁碳合金的基本组织一、铁碳合金的基本组织 碳在碳在 -fe-fe中的固溶体称中的固溶体称铁素体铁素体, , 用用f f 或或 表示。表示。 碳在碳在 -fe-fe中的固溶体称中的固溶体称 - - 铁素体铁素体，用，用 表示。表示。 都是体心立方间隙固溶体都是体心立方间隙固溶体。

2、铁素体的溶碳能力很低铁素体的溶碳能力很低, ,在在727727时最大为时最大为0.0218%0.0218%，室温下仅为，室温下仅为0.0008%0.0008%。 铁素体的组织为多面体晶粒，铁素体的组织为多面体晶粒，性能与纯铁相似性能与纯铁相似。l 组元：组元：fe、cl 相相l 铁素体：铁素体：铁素体铁素体bcc的八面体的八面体和四面体间隙和四面体间隙铁碳合金 nxpowerlite3 奥氏体奥氏体: : 碳在碳在 -fe-fe中的固溶体称中的固溶体称奥氏体奥氏体。用用 a a 或或 表示表示。是面心立方晶。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，素体大，1

3、1481148时最大时最大, , 为为2.11%2.11%。l组织为不规则多面体晶组织为不规则多面体晶粒粒, 晶界较直。晶界较直。强度低、强度低、塑性好塑性好，钢材热加工都钢材热加工都在在 区进行。区进行。碳钢室温碳钢室温组织中无奥氏体。组织中无奥氏体。奥氏体奥氏体fcc的八面体间隙的八面体间隙铁碳合金 nxpowerlite4 渗碳体：渗碳体：即即fefe3 3c, c, 含碳含碳6.69%, 6.69%, 用用fefe3 3c c或或c cm m表示。表示。 fefe3 3c c硬度高、强度低，脆性大，塑性几乎为零。硬度高、强度低，脆性大，塑性几乎为零。lfe3c是一个亚稳相，在一是一个亚

4、稳相，在一定条件下可发生分解：定条件下可发生分解：fe3c3fe+c(石墨石墨), 该反该反应对铸铁有重要意义。应对铸铁有重要意义。l由于碳在由于碳在 -fe中的溶解度中的溶解度很小，因而很小，因而常温下碳在铁常温下碳在铁碳合金中主要以碳合金中主要以fe3c或或石石墨墨的形式存在的形式存在。 铸铁中的石墨铸铁中的石墨钢中的渗碳体钢中的渗碳体铁碳合金 nxpowerlite5（4）珠光体）珠光体l共析转变的产物是共析转变的产物是 与与fe3c的机械混合物的机械混合物, 称称作作珠光体珠光体，用，用p表示。表示。l珠光体的组织特点是两相珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布呈片层相间分布,性能介性能

5、介于两相之间，强度较高，于两相之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较硬度适中，塑性和韧性较好。好。l+l+ l+ fe3c+ + fe3c + f+ fe3c珠光体珠光体(光镜光镜)铁碳合金 nxpowerlite6l（5）莱氏体）莱氏体l共晶产物是共晶产物是 奥氏体奥氏体与与渗碳渗碳体体的机械混合物，称作的机械混合物，称作莱莱氏体氏体，用，用le表示。表示。莱氏体莱氏体莱氏体的莱氏体的力学性能力学性能与与渗碳体相似，硬度很渗碳体相似，硬度很高，塑性极差。高，塑性极差。铁碳合金 nxpowerlite7 合金的结晶过程比纯金属复杂，常用合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图相图进行分析进行分析.

6、 . 相图相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。过程的简明图解。又称又称状态图状态图或或平衡图平衡图。铁碳合金 nxpowerlite8 相图相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度变化的规律，变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据艺的重要依据。 根据组元数根据组元数, , 分为二元相图、三元相图和多元相图。分为二元相图、三元相图和多元相图。fe-c二元相图二元相图三元相图三元相图铁碳合金 nxpowerlite9（1 1）二元相图

7、的建立）二元相图的建立 几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是是热分析法热分析法。铁碳合金 nxpowerlite10 二元相图的建立步骤为：二元相图的建立步骤为： 以以cu-nicu-ni合金合金( (白铜白铜) )为例为例 1. 1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。 2. 2. 将临界点标在温度将临界点标在温度- -成分坐标中的成分垂线上。成分坐标中的成分垂线上。l3. 将垂线上将垂线上相同意义的相同意义的点连接起

8、来，点连接起来，并标上相应并标上相应的数字和字的数字和字母。母。铁碳合金 nxpowerlite11 相图中，相图中，结晶开始点的连线叫结晶开始点的连线叫液相线液相线。结晶终了。结晶终了点的连线叫点的连线叫固相线固相线。铁碳合金 nxpowerlite12（2 2）二元相图的基本类型分析）二元相图的基本类型分析l两组元在液态和固两组元在液态和固态下均无限互溶时态下均无限互溶时所构成的相图称所构成的相图称二二元匀晶相图元匀晶相图。l以以cu-ni合金为例合金为例进行分析。进行分析。1、二元匀晶相图、二元匀晶相图铁碳合金 nxpowerlite13 相图由两条线构成相图由两条线构成，上面是液相线，

9、下上面是液相线，下面是固相线。面是固相线。 相图被两条线分为相图被两条线分为三个相区三个相区，液相线，液相线以上为以上为液相区液相区l l ，固相线以下为固相线以下为 固固溶体区溶体区，两条线之，两条线之间为两相共存的间为两相共存的两两相区相区（l + l + ）。 ll+ 成分成分（wt%ni）温度温度（）cuni液相线液相线固相线固相线ab铁碳合金 nxpowerlite14 合金的结晶过程合金的结晶过程 除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以合金合金为例说明。为例说明。l当液态金属自高当液态金属自高温冷却到温冷却到 t1温度温度时，开始结晶出时，

10、开始结晶出成分为成分为 1的固溶的固溶体，其体，其ni含量高含量高于合金平均成分。于合金平均成分。l l+ 铁碳合金 nxpowerlite15 随温度下降，随温度下降，固溶体重量增固溶体重量增加，液相重量加，液相重量减少减少。同时，。同时，液相成分沿液液相成分沿液相线变化，固相线变化，固相成分沿固相相成分沿固相线变化线变化。l这种从液相中结晶出单一固相的转变称为这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变匀晶转变或或匀晶反应匀晶反应。铁碳合金 nxpowerlite16 成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t t3 3时时, ,最后一滴最后一滴

11、l l3 3成分的液体也转变为固溶体，此时成分的液体也转变为固溶体，此时固溶体固溶体的成分又变回到合金成分的成分又变回到合金成分 3 3上来上来。 液固相线不仅是相区分界线液固相线不仅是相区分界线, , 也是结晶时两相的成分也是结晶时两相的成分变化线变化线；匀晶转变是变温转变匀晶转变是变温转变。l l+ 铁碳合金 nxpowerlite17 杠杆定律杠杆定律 处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用成分，还可用杠杆定律杠杆定律求出两平衡相的相对重量。求出两平衡相的相对重量。 现以现以cu-nicu-ni合金为例推导杠杆定律：合金为例推

12、导杠杆定律： 确定两平衡相的成分：确定两平衡相的成分：设合金成分为设合金成分为x x，过，过x x做成做成分垂线。在成分垂线相当分垂线。在成分垂线相当于温度于温度t 的的o点作水平线，点作水平线，其与液固相线交点其与液固相线交点a、b所所对应的成分对应的成分x1、x2即分别即分别为液相和固相的成分。为液相和固相的成分。12 tllobaxx1x2ab铁碳合金 nxpowerlite18 枝晶偏析枝晶偏析 合金的结晶只有在缓慢冷却条合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶件下才能得到成分均匀的固溶体。体。但实际冷速较快，结晶时但实际冷速较快，结晶时固相中的原子来不及扩散，使固相中的原

13、子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴含有较多的先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素高熔点元素（如（如cu-nicu-ni合金中合金中的的nini）, , 后结晶的枝晶间含有后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素较多的低熔点元素( (如如cu-nicu-ni合合金中的金中的cu)cu)。铁碳合金 nxpowerlite19 在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作象称作枝晶偏析枝晶偏析。 不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。 冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重冷速越大，液固相线间距越大，枝晶

14、偏析越严重。 枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。l生产上常将铸件加热到固相线以下生产上常将铸件加热到固相线以下 100-200 长长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火扩散退火。铁碳合金 nxpowerlite20平衡组织平衡组织枝晶偏析组织枝晶偏析组织铁碳合金 nxpowerlite212、相图的分析步骤、相图的分析步骤 实际二元相图常比较复杂，可按下列步骤进行分析。实际二元相图常比较复杂，可按下列步骤进行分析。fe- fe3c相

15、图相图l 分清相图中包括哪些分清相图中包括哪些基本类型相图基本类型相图l 确定相区确定相区l 相区接触法则：相区接触法则：相邻相邻两个相区的相数差为两个相区的相数差为1l 单相区的确定单相区的确定l 液相线以上为液相区液相线以上为液相区;铁碳合金 nxpowerlite22 靠纯组元的封闭区是以该组元为基单相固溶体区靠纯组元的封闭区是以该组元为基单相固溶体区; ; 相图中的垂线可能是稳定化合物相图中的垂线可能是稳定化合物 ( (单相区单相区) )，也可，也可能是相区分界线；能是相区分界线；l 相图中部出现的相图中部出现的成分可变的单相区成分可变的单相区是以化合物为基的是以化合物为基的单相固溶体

16、区；单相固溶体区；l 相图中每一条水相图中每一条水平线必定与三个单平线必定与三个单相区点接触相区点接触。fefe3csqpnkjhgfedcbaa+ fe3ca+fl+aa+ l+ f all+ fe3cf+ fe3ca+ fe3ca+ fe3c+lelele+ fe3cle+ fe3clep+ fe3c+lep+ fe3cp+fpf+ fe3cc%铁碳合金 nxpowerlite23 两相区的确定：两相区的确定：两个单相区之间夹有一个两相两个单相区之间夹有一个两相区区，该两相区的相由两相邻单相区的相组成。，该两相区的相由两相邻单相区的相组成。l 三相区的确定三相区的确定:二元相图中的水二元相

17、图中的水平线是三相区，平线是三相区，其三个相由与该其三个相由与该三相区点接触的三相区点接触的三个单相区的相三个单相区的相组成。组成。fe-fe3c相图相图铁碳合金 nxpowerlite24恒温下由一个固相同时恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同析出两个成分结构不同的新固相。的新固相。 + 共析反应共析反应恒温下由一个液相包着恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新一个固相生成另一个新的固相。的固相。l + 包晶反应包晶反应恒温下由一个液相同时恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不结晶出两个成分结构不同的新固相。同的新固相。l l + 共晶反应共晶反应说明说明反应式反应式图形特征图形特征

18、反应名称反应名称常见三相等温水平线上的反应常见三相等温水平线上的反应铁碳合金 nxpowerlite25 分析典型合金的结晶过程分析典型合金的结晶过程铁碳合金 nxpowerlite26第三节第三节 铁碳合金相图铁碳合金相图 铁碳合金铁碳合金碳钢碳钢和和铸铁铸铁，是工业应用，是工业应用最广的合金。最广的合金。 含碳量为含碳量为0.0218% 0.0218% 2.11%2.11%的的称称钢钢 含碳量为含碳量为 2.11% 2.11% 6.69%6.69%的的称称铸铁铸铁。铁碳合金 nxpowerlite27 铁和碳可形成一系列稳定化合物：铁和碳可形成一系列稳定化合物： fefe3 3c c、 f

19、efe2 2c c、 fecfec，它们都可以作为纯组元看待。，它们都可以作为纯组元看待。 含碳量大于含碳量大于fefe3 3c c成分（成分（6.69%6.69%）时，合金太脆，已）时，合金太脆，已无实用价值。无实用价值。 实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是fe- fefe- fe3 3c c相图相图。铁碳合金 nxpowerlite28铁碳合金相图铁碳合金相图是研是研究铁碳合金最基本究铁碳合金最基本的的工具工具，是研究碳是研究碳钢和铸铁的成分、钢和铸铁的成分、温度、组织及性能温度、组织及性能之间关系的之间关系的理论基理论基础础,是制定热加工、是制定热加工、热处理、冶炼和铸

20、热处理、冶炼和铸造等工艺造等工艺依据依据。铁碳合金 nxpowerlite29二、铁碳合金相图的分析二、铁碳合金相图的分析 特征点特征点 ljng +fe3c +fe3cl+fe3cl+ + 铁碳合金 nxpowerlite30 特征线特征线 液相线液相线abcdabcd， 固相线固相线ahjecfahjecf 三条水平线：三条水平线： hjbhjb：包晶线：包晶线l lb b+ +h h j j ecfecf：共晶线：共晶线l lc c e e+fe+fe3 3c c 共晶产物是共晶产物是 与与fefe3 3c c的机械的机械混合物，称作混合物，称作莱氏体莱氏体，用，用lele表示。表示。为

21、蜂窝状。以为蜂窝状。以fefe3 3c c为基，为基，性能硬而脆。性能硬而脆。莱氏体莱氏体铁碳合金 nxpowerlite31 pskpsk：共析线：共析线 s s f fp p+ fe+ fe3 3c c 共析转变的产物是共析转变的产物是 与与fefe3 3c c的机械混合物的机械混合物, , 称称作作珠光体珠光体，用，用p p表示。表示。l珠光体的组织特点是珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。性能介于两相之间。 psk线又称线又称a1线线 。l+l+ l+ fe3c+ + fe3c + f+ fe3c珠光体珠光体(光镜光镜)扫描电镜形貌扫描电镜形貌铁碳

22、合金 nxpowerlite32 其它相线其它相线 gs,gpgs,gp 固溶固溶体转变线体转变线, , gsgs又称又称a a3 3 线。线。 hn,jnhn,jn 固溶固溶体转变线。体转变线。 eses碳在碳在 -fe-fe中的固中的固溶线。溶线。又称又称a ac mc m线。线。 pqpq碳在碳在 -fe-fe中的固溶中的固溶线。线。铁碳合金 nxpowerlite33 三个三相区：三个三相区：即即hjb hjb ( (l+l+ + + ) )、ecfecf( (l+l+ + fe+ fe3 3c c) )、pskpsk( ( + + + fe+ fe3 3c c) )三条水平线三条水平

23、线 l 相区相区l 五个单相区：五个单相区： l、 、 、 、fe3c l 七个两相区七个两相区: l+ 、l+ 、l+fe3c、 + 、 +fe3c、 + 、 +fe3c 铁碳合金 nxpowerlite34三、铁碳合金的结晶过程三、铁碳合金的结晶过程 钢钢 (0.02182.11%c) (0.02182.11%c) 高温组织为单相高温组织为单相奥奥氏体氏体 亚共析钢亚共析钢 (0.02180.77%c)(0.02180.77%c) 共析钢共析钢 (0.77%c)(0.77%c) 过共析钢过共析钢 (0.772.11%c)(0.772.11%c)l铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：铁碳相图

24、上的合金，按成分可分为三类：l 工业纯铁工业纯铁(0.0218%c) 组织为单相铁素体。组织为单相铁素体。工业纯铁工业纯铁铁碳合金 nxpowerlite35 白口铸铁白口铸铁 (2.116.69%c)(2.116.69%c) 铸造性能好铸造性能好, , 硬硬而脆而脆 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (2.114.3%c)(2.114.3%c) 共晶白口铸铁共晶白口铸铁(4.3%c)(4.3%c) 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 (4.36.69%c)(4.36.69%c)铁碳合金 nxpowerlite36 工业纯铁的结工业纯铁的结晶过程晶过程 合金液体在合金液体在1-21-2点间转变为点间转变

25、为 铁铁素体素体，3-43-4点间点间 奥氏体奥氏体，5-5-6 6点间点间 。到。到7 7点，从点，从 中析出中析出fefe3 3c c。nsjbh l+ + + 铁碳合金 nxpowerlite37 随温度下降，随温度下降，fefe3 3c c量不断增加量不断增加, ,合金的室温下组织合金的室温下组织为为f+ fef+ fe3 3c c。 室温下室温下fefe3 3c c最大量最大量为为: : %3 . 0%1000008. 069. 60008. 00218. 0iii3cfe ql从铁素体中析出的渗碳体称从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，三次渗碳体，用用fe3c表示。表示。 fe3c

26、以不连续网状或片状分布于晶界。以不连续网状或片状分布于晶界。铁碳合金 nxpowerlite38 工业纯铁的结晶过程工业纯铁的结晶过程 铁碳合金 nxpowerlite39 共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程 l合金液体在合金液体在1-2点间转变为点间转变为 ,到到s点发生共点发生共析转变：析转变： s p+fe3c, 全部转变为全部转变为珠光体。珠光体。铁碳合金 nxpowerlite40 珠光体珠光体在光镜下呈指纹状在光镜下呈指纹状. . 转变结束时，珠光体中相转变结束时，珠光体中相的相对重量百分比为：的相对重量百分比为：l珠光体中的渗碳体称珠光体中的渗碳体称共共析渗碳体析渗碳体。ls点以下

27、，共析点以下，共析 中析出中析出fe3c，与共析，与共析fe3c结合结合不易分辨。不易分辨。室温组织为室温组织为p.%.%.%q,%.pkskqc fe321188810088802180696770696 q珠光体珠光体铁碳合金 nxpowerlite41 共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程铁碳合金 nxpowerlite42 亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程 0.090.53%c0.090.53%c亚共析钢冷亚共析钢冷却时发生包晶反应。却时发生包晶反应。 以以0.45%c0.45%c的钢为例的钢为例 合金在合金在 4 4 点以前通过匀点以前通过匀晶晶包晶包晶匀晶反应全匀晶反应全部转变为部

28、转变为 。到。到4 4点，由点，由 中析出中析出 。到。到5点，点， 成分沿成分沿gs线变到线变到s点，点， 发生发生共析反应转变为珠光体。温度继续下降，共析反应转变为珠光体。温度继续下降， 中析出中析出fe3c，由于与共析，由于与共析fe3c结合结合, 且量少且量少, 忽略不计。忽略不计。 +fe3cgspabjh铁碳合金 nxpowerlite43铁碳合金 nxpowerlite44 亚共析钢室温下的组织为亚共析钢室温下的组织为f+pf+p。 在在0.02180.77%c0.02180.77%c 范围范围内内珠光体的量随含碳量增珠光体的量随含碳量增加而增加加而增加。含含0.45%c钢的组织

29、钢的组织含含0.20%c钢的组织钢的组织含含0.60%c钢的组织钢的组织铁碳合金 nxpowerlite45 过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程 合金在合金在1212点转变为点转变为 , , 到到 3 3 点点, , 开始析出开始析出fefe3 3c c。从奥氏体中析出的从奥氏体中析出的fefe3 3c c称称二次渗碳体二次渗碳体, , 用用fefe3 3c c表示表示, , 其其沿晶界呈网状沿晶界呈网状分布分布.l温度下降温度下降, fe3c量增加。到量增加。到4点，点， 成分沿成分沿es线变线变化到化到s点，余下点，余下的的 转变为转变为p。在共析温度下在共析温度下fefe3 3c c的

30、相对量？的相对量？铁碳合金 nxpowerlite46铁碳合金 nxpowerlite47 共晶白口铸铁的结晶过程共晶白口铸铁的结晶过程 液相冷却到液相冷却到c c点发生共晶反应全部转变为莱氏体点发生共晶反应全部转变为莱氏体lele, , lele是共晶是共晶 与共晶与共晶fefe3 3c c的机械混合物，的机械混合物，呈蜂窝状。呈蜂窝状。fe3c 铁碳合金 nxpowerlite48 共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为: :%.q%.%.qcfe847252100112696346963 ， lc点以下点以下, 成分沿成分沿es线变化，共晶线变化，共

31、晶 将析出将析出fe3c。fe3c与共晶与共晶fe3c 结结合，不易分辨。合，不易分辨。12 fe3c2pfe3c铁碳合金 nxpowerlite49 温度降到温度降到2 2点，点， 成分达到成分达到0.77%0.77%, , 此时此时, , 相的相对重相的相对重量量: : l在在2点，共晶点，共晶 发生共析反应，转变为珠光体，这种发生共析反应，转变为珠光体，这种由由 p与与 fe3c组成的共晶体称组成的共晶体称低温莱氏体，低温莱氏体，用用le表示表示。2 %.q%.%.qcfe659440100770696346963 ， 点以下，共晶体中珠光点以下，共晶体中珠光体的变化同共析钢。体的变化同

32、共析钢。s铁碳合金 nxpowerlite50铁碳合金 nxpowerlite51 共晶白口铁室温共晶白口铁室温组织为组织为le (p+ le (p+ fefe3 3c)c), , 它保留它保留了共晶转变产物了共晶转变产物的形态特征。的形态特征。铁碳合金 nxpowerlite52 亚共晶白口铸铁的结晶过程亚共晶白口铸铁的结晶过程 合金在合金在 12 12 点间析出点间析出 。到。到 2 2 点，液相成分变点，液相成分变到到c c 点，并转变为点，并转变为 lele。23 23 点间从点间从 中析出中析出 fefe3 3c c, ,一 次一 次 的的fe3c被共被共晶晶 衬托出衬托出来。到来。

33、到3点，点， 转变为转变为p。铁碳合金 nxpowerlite53铁碳合金 nxpowerlite54 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁室温室温组织为组织为p+fep+fe3 3c c+le+le。 室温下组织组成物室温下组织组成物ecfd1234n铁碳合金 nxpowerlite55 过共晶白口铸铁的结晶过程过共晶白口铸铁的结晶过程 1212点间点间从液相中析出从液相中析出fefe3 3c, c, 这种渗碳体这种渗碳体称称一次渗一次渗碳体碳体，用用 fefe3 3c c表示，呈粗条片状。表示，呈粗条片状。到到2 2点，余下的点，余下的液相成分变到液相成分变到c c点并转变为点并转变为lele。d

34、fk3fe3c124铁碳合金 nxpowerlite56 2 2点以下点以下, , fefe3 3c c成分重量不成分重量不再变化再变化, , lele变化同共晶合金变化同共晶合金, ,其其室温组织为室温组织为fefe3 3c c+le+le。 铁碳合金 nxpowerlite57 组织组成物与相组成物标注区别主要在组织组成物与相组成物标注区别主要在 +fe+fe3 3c c和和l 组织组成物在铁碳合金相图上的标注组织组成物在铁碳合金相图上的标注 + fe3c + fe3c +fe3c两个两个相区相区. +fe3c相区中相区中有四个有四个组织组成物区组织组成物区, +fe3c相区相区中中有七个

35、组织有七个组织组成物区。组成物区。铁碳合金 nxpowerlite58fefe3csqpnkjhgfedcbaa+ fe3ca+fl+aa+ l+ f all+ fe3cf+ fe3ca+ fe3ca+ fe3c+lelele+ fe3cle+ fe3clep+ fe3c+lep+ fe3cp+fpf+ fe3cc%温度温度铁碳合金 nxpowerlite59 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 含碳量对室温平衡组织的影响含碳量对室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为： 钢钢铁素体铁素体 亚共

36、析钢亚共析钢过共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢共析钢白白 口口 铸铸 铁铁二次渗碳体二次渗碳体工工业业纯纯铁铁珠光体珠光体莱氏体莱氏体一次渗碳体一次渗碳体fe3c钢钢 铁铁分分 类类组织组组织组成物相成物相对量对量%相组成相组成物相对物相对量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次渗碳体三次渗碳体铁碳合金 nxpowerlite60 含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响 铁素体铁素体强度、硬度低，塑性好，而强度、硬度低，塑性好，而渗碳体渗碳体则硬而脆则硬而脆 亚共析钢亚共析钢

37、随含碳量增加，随含碳量增加，p p量量 增加，增加，钢的强度、硬度升高钢的强度、硬度升高, , 塑性、韧性下降塑性、韧性下降. .l0.77%c时时, 组织为组织为100% p, 钢钢的性能即的性能即p的性能。的性能。l0.9%c，fe3c为晶界连续为晶界连续网状，网状，强度下降强度下降, 但硬度仍上但硬度仍上升。升。l2.11%c，组织中有以组织中有以fe3c为基的为基的le,合金太脆合金太脆.铁碳合金 nxpowerlite61 含碳量对工艺性能的影响含碳量对工艺性能的影响 切削性能切削性能: : 中碳钢合适中碳钢合适 可锻性能可锻性能: : 低碳钢好低碳钢好 焊接性能焊接性能: : 低碳

38、钢好低碳钢好 铸造性能铸造性能: : 共晶铸铁好共晶铸铁好 热处理性能热处理性能: : 中碳钢、低碳钢中碳钢、低碳钢铸铸造造焊缝组织焊缝组织模锻模锻切削加工的基本形式切削加工的基本形式车车刨刨钻钻铣铣磨磨铁碳合金 nxpowerlite62l 铁碳合金相图总结了铁碳合金组织和性能随成分的变化规律。这样，就可以根据零件的服务条件和性能要求，来选择合适的材料。 根据相图中成分组织性能关系的规律，可以按照零件或工具性能要求，进行合理的选材。如果需要塑性好韧性高的材料时，则可选用铁素体组织多的碳钢；对于要求综合机械性能较高的材料，可选用组织是铁素体加珠光体的碳钢。当需要硬度高、耐磨性好的材料时，则应选

39、含碳更高的其组织是珠光体加渗碳体的碳钢。铁碳合金 nxpowerlite63l二、焊接方面二、焊接方面l 焊接时从焊缝到母材各区域的加热温度是不同的，可根据铁碳合金相图分析，可选用低碳钢作为焊接接头。三、铸造方面三、铸造方面 铸造生产中, 合理地确定浇注温度对产品的质量起着重要的作用。浇注温度过高, 会使液态金属的吸气量和总收缩量增大, 易在铸件中形成气孔、缩孔等缺陷; 浇注温度过低, 会使液态金属流动性变差, 在浇注中容易产生冷隔和浇不足等缺陷。根据fe-fe3c相图可以合理地确定浇注温度一般定为液相线以上50100。铁碳合金 nxpowerlite64l 铸钢件存在不可避免的组织缺陷(缩孔

40、、疏松、气孔等),零件若直接用金属切削加工制造,会存在金属纤维被切断,这些都导致机械性能不高,因此工程上一些重要的零件都要求用锻件。 钢材锻造时,需要把钢加热到一定的温度范围内进行,即确定钢的始锻温度(开始锻造的温度)和终锻温度(停止锻造的温度)。我们知道,奥氏体的塑性较好,随温度升高奥氏体的变形抗力也不断减小,因此必须把钢加热到fe-fe3c相图奥氏体单相区中的适当的温度范围。铁碳合金 nxpowerlite65 其选择原则是始锻温度不能过高,过高会使金属产生过烧或熔化的现象。 碳素钢的始锻温度通常定为固相线以下200左右。而终锻温度不能过低,过低会使金属的塑性显著降低, 这样锻造时易形成锻

41、造裂纹。碳素钢的终锻温度应在gs e线附近,一般定为800左右,如图所示。铁碳合金 nxpowerlite66l 根据铁碳合金相图拟订淬火、退火、正火等各种热处理加热规范，有着特别重要的意义。铁碳合金 nxpowerlite67第五节第五节 碳素钢碳素钢 1 1、mn: mn: 0.8%0.8%时为杂质时为杂质, , 是有益元素。作用为：是有益元素。作用为： 强化铁素体；强化铁素体； 消除硫的有害作用。消除硫的有害作用。一、杂质元素对性能的影响l钢中的杂质一般是指mn、si、p、s。是由原料带入或脱氧残留的元素。 含碳量在含碳量在0.0218%2.11%之间且不含有特意加之间且不含有特意加入合

42、金元素的铁碳合金称为碳素钢。入合金元素的铁碳合金称为碳素钢。铁碳合金 nxpowerlite68 强化铁素体；强化铁素体； 增加钢液流动性。增加钢液流动性。 3 3、s s：是有害元素。：是有害元素。 常以常以fesfes形式存在形式存在。易与易与fefe在晶界在晶界上形成低熔点共晶上形成低熔点共晶( (985985) )，热加，热加工时工时( (1150120011501200) )，由于其熔化，由于其熔化而导致开裂，称而导致开裂，称热脆性热脆性。 钢中的硫应控制在钢中的硫应控制在0.045%0.045%以下。以下。l2、si：0.5%时为杂质，是有益元素。作用为： 合金晶界的低熔点硫化物共

43、晶铁碳合金 nxpowerlite69 mnmn可消除硫的有害作用可消除硫的有害作用, , fes + mn fe + mnsfes + mn fe + mns， mnsmns熔点高熔点高( (16001600) )。 4 4、p p：也是有害元素：也是有害元素。 能全部溶入铁素体中，使钢能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，在常温下硬度提高，塑性、塑性、韧性急剧下降韧性急剧下降，称，称冷脆性冷脆性。 p p一般控制在一般控制在0.045%0.045%以下。以下。钢中的mns夹杂比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中 铁碳合金 nxpowerlite70 5

44、5、气体元素气体元素 n n：室温下室温下n n在铁素体中溶解在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和度很低，钢中过饱和n n在常温放在常温放置过程中以置过程中以fenfen、fefe4 4n n形式析出使形式析出使钢变脆钢变脆, , 称称时效脆化时效脆化。 加加titi、v v、alal等元素可使等元素可使n n固定，固定，消除时效倾向。消除时效倾向。 o o：氧在钢中以氧化物的形式氧在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合力弱，不易存在，其与基体结合力弱，不易变形，易成为疲劳裂纹源。变形，易成为疲劳裂纹源。钢中tin夹杂钢中氧化物夹杂铁碳合金 nxpowerlite71 h h：常温下氢在钢中的溶解

45、度也很低。当氢在钢中常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆氢脆。 当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形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，其内壁为白色，称成微裂纹，其内壁为白色，称白点白点或或发裂发裂。铁碳合金 nxpowerlite721 1、按化学成分分、按化学成分分 中碳钢 0.250.6%c高碳钢 0.6%c低碳钢 0.25%c碳素钢铁碳合金 nxpowerlite73钢钢 类类碳碳 素素 钢钢ps普通质量钢普通质量钢0.0450.045优优 质质 钢钢0.0350.035高级优质钢高级优质

46、钢0.0300.030特级优质钢特级优质钢0.0250.020 2 2、按质量分、按质量分 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分分普通质量钢普通质量钢、优质钢优质钢、高级优质钢高级优质钢和和特级优质钢特级优质钢. . 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下： 铁碳合金 nxpowerlite743、按冶炼方法分、按冶炼方法分转炉炼钢平炉炼钢平炉钢转炉钢电炉钢 按 炉 别 分沸腾钢：脱氧不充分，浇注时c与o反应镇静钢:脱氧充分，组织致密，成材率低半镇静钢：介于前两者之间。 发生沸腾。这种钢成材率高，但不致密按脱氧

47、程度分特殊镇静钢铁碳合金 nxpowerlite754、按金相组织分、按金相组织分珠光体钢贝氏体钢马氏体钢铁素体钢奥氏体钢莱氏体钢 按正火组织分亚共析钢共 析 钢过共析钢 按退火组织分电弧炉炼钢铁碳合金 nxpowerlite765、按用途分、按用途分 工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆渗 碳 钢调 质 钢弹 簧 钢滚动轴承钢耐 磨 钢机器用钢结 构 钢刃具钢模具钢量具钢工 具 钢挤压模具铁碳合金 nxpowerlite77 二、钢的编号二、钢的编号 我国钢材的编号是采用我国钢材的编号是采用汉汉语拼音字母语拼音字母、化学元素符化学元素符号号和和阿拉伯数字阿拉伯数字相结合的相结合的方法。方法。 采

48、用汉语拼音字母表示钢采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母语拼音中选取第一个字母. .铁碳合金 nxpowerlite78常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号号（gb/t 2212000）名称名称符号符号位置位置名称名称符号符号位置位置碳素结构钢碳素结构钢q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾低合金高强度钢低合金高强度钢q头头锅炉用钢锅炉用钢g尾尾易切削钢易切削钢y头头焊接气瓶用钢焊接气瓶用钢hp尾尾碳素工具钢碳素

49、工具钢t头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢lz头头(滚珠滚珠)轴承钢轴承钢g头头机车车轴用钢机车车轴用钢jz头头焊接用钢焊接用钢h头头沸腾钢沸腾钢f尾尾铆螺钢铆螺钢ml头头半镇静钢半镇静钢b尾尾船用钢船用钢国际符号国际符号镇静钢镇静钢z尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢l尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢tz尾尾压力容器用钢压力容器用钢r尾尾质量等级质量等级a.b.c.d.e尾尾铁碳合金 nxpowerlite79 1 1、普通碳素结构钢、普通碳素结构钢 q+q+最低屈服强度值最低屈服强度值+ +质量等级符号质量等级符号+ +脱氧方法符号脱氧方法符号 q q表示表示“屈服强度屈服强度”；屈服强度值单位是；屈服强度值

50、单位是mpampa； 质量等级符号为质量等级符号为a a、b b、c c、d d、e e。由。由a a到到e e，其，其p p、s s含含量依次下降，质量提高。量依次下降，质量提高。l脱氧方法符号: 沸腾钢f；镇静钢z；半镇静钢b；特殊镇静钢tz。l如碳素结构钢牌号表示为q235af、q235bz。铁碳合金 nxpowerlite80 碳素结构钢碳素结构钢的硫、磷含量较多，但由于的硫、磷含量较多，但由于冶炼容易，冶炼容易，工艺性好，价格便宜工艺性好，价格便宜，在力学性能上一般能满足普通机械，在力学性能上一般能满足普通机械零件及工程结构件的要求，因此用量很大，约占钢材零件及工程结构件的要求，因此

51、用量很大，约占钢材总量总量的的7070。这类钢中的这类钢中的s s、p p和非金属夹杂物含量比优质碳素和非金属夹杂物含量比优质碳素结构钢多，在相同含碳量及热处理条件下，其结构钢多，在相同含碳量及热处理条件下，其塑性、韧性塑性、韧性较低较低。加工成形后一般不进行热处理，大都在热轧状态下。加工成形后一般不进行热处理，大都在热轧状态下直接使用，通常轧制成板材、带材及各种型材。直接使用，通常轧制成板材、带材及各种型材。 碳素结构钢碳素结构钢一般以热轧空一般以热轧空冷状态供应。冷状态供应。q195钢的碳的质量分数很低，钢的碳的质量分数很低，塑性好。常用作螺钉、螺母及塑性好。常用作螺钉、螺母及各种薄板，也

52、可用来代替优质各种薄板，也可用来代替优质碳素结构钢碳素结构钢08或或10钢，制造冲钢，制造冲压件、焊接结构件。压件、焊接结构件。q275钢强度较高，可代替钢强度较高，可代替30钢、钢、40钢用于制造较重要的某钢用于制造较重要的某些零件，以降低原材料成本。些零件，以降低原材料成本。铁碳合金 nxpowerlite81齿轮加工方钢 2 2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢 牌号用两位数字表示牌号用两位数字表示。 这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。 如如4545钢钢平均含碳量为万分之四十五平均含碳量为万分之四十五( (即即0.45%0.45%) ) 的优质碳素

53、结构钢。的优质碳素结构钢。铁碳合金 nxpowerlite82钢带* * 说明：说明： 含含mnmn量为量为0.71.0%0.71.0%时，在两位数字后加元素符时，在两位数字后加元素符号号“mnmn”，如，如40mn40mn。l 对于沸腾钢和半镇静钢, 在钢号后分别加字母f和b，如08f、10b。l 高级优质钢在钢号后加字母a，如20a。铁碳合金 nxpowerlite83 优质碳素结构钢优质碳素结构钢的含的含硫、磷量较低硫、磷量较低( s0.030%、 p0.035%)，非金属夹杂物较少，钢的非金属夹杂物较少，钢的品质较高，品质较高，塑性、韧性塑性、韧性都都比比(普通普通)碳素结构钢好，碳素

54、结构钢好，主要用于制造较主要用于制造较重要的机重要的机械零件械零件。 08f、10f钢钢的碳的质量分数低，的碳的质量分数低，塑性好，焊接塑性好，焊接性能好性能好，主要用于制造，主要用于制造冲压件冲压件和和焊接件焊接件。铁碳合金 nxpowerlite84 15、20、25钢钢属于渗碳钢，这类属于渗碳钢，这类钢强度较低，但钢强度较低，但塑性塑性和和韧性较高韧性较高，焊，焊接性能及冷冲压性能较好。可以制造接性能及冷冲压性能较好。可以制造各种受力不大，但要求各种受力不大，但要求高韧性的零件高韧性的零件；此外还可用作此外还可用作冷冲压件冷冲压件和和焊接件焊接件。 30、35、40、45，50、55钢钢

55、属于调质钢，经淬火加高温回属于调质钢，经淬火加高温回火后，具有良好的火后，具有良好的综合力学性能综合力学性能，主要用于要求，主要用于要求强度强度、塑性塑性和和韧性韧性都较高的机械零件，如轴类零件，这类钢在机械制造中应都较高的机械零件，如轴类零件，这类钢在机械制造中应用最广泛，其中以用最广泛，其中以45钢钢更为突出。更为突出。 60、65，70钢钢属于弹簧钢，经淬火加中温回火后可获得高属于弹簧钢，经淬火加中温回火后可获得高的的弹性极限、高的屈强比弹性极限、高的屈强比，主要用于，主要用于制造弹簧制造弹簧等弹性零件及耐等弹性零件及耐磨零件。磨零件。 渗碳钢渗碳钢经渗碳、淬火加低温回火后，表面硬度可经

56、渗碳、淬火加低温回火后，表面硬度可达达60hrc以上，以上，耐磨性好耐磨性好，而心部具有一定的强度和，而心部具有一定的强度和韧性，可用来制作要求表面耐磨并能承受冲击载荷的韧性，可用来制作要求表面耐磨并能承受冲击载荷的零件。零件。铁碳合金 nxpowerlite85 7 7、铸造碳钢、铸造碳钢 zg + zg + 两位数字两位数字 zgzg表示表示“铸钢铸钢”； 两位数字表示屈服强度，两位数字表示屈服强度，抗拉强度。抗拉强度。铸钢件2.5吨大齿轮铸件一般用于制造形一般用于制造形状复杂、状复杂、机械性能机械性能要求比要求比铸铁高的零件，例如水压铸铁高的零件，例如水压机横梁、轧钢机机架、重机横梁、轧

57、钢机机架、重载大齿轮等。载大齿轮等。铁碳合金 nxpowerlite861、zg200-400 有良好的有良好的塑性塑性、韧性韧性和和焊接焊接性能。用性能。用于制造承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如于制造承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如机座、变速箱壳机座、变速箱壳等。等。2、zg230-450 有一定的有一定的强度强度和较好的和较好的塑性塑性、韧性韧性，焊接性焊接性能良好，切削加工性好。用于制造承受载荷不能良好，切削加工性好。用于制造承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如大，要求韧性的各种机械零件，如砧座、外壳、轴承砧座、外壳、轴承盖、底板、阀体、犁柱盖、底板、阀体、犁柱等。等

58、。3、zg270-5004、zg310-5705、zg340-640铁碳合金 nxpowerlite87 碳素工具碳素工具钢是用于制作钢是用于制作刃具刃具、模具模具和和量具量具的碳素的碳素钢。其钢。其加工性良好加工性良好，价格低廉价格低廉，使用范围广泛使用范围广泛，在工，在工具生产中用量较大。碳素工具钢根据使用目的的不同具生产中用量较大。碳素工具钢根据使用目的的不同可分为可分为碳素刃具钢碳素刃具钢、碳素模具钢碳素模具钢和和碳素量具钢碳素量具钢。碳素。碳素刃具钢用于制作切削工具，碳素模具钢用于制作冷、刃具钢用于制作切削工具，碳素模具钢用于制作冷、热加工模具，碳素量具钢用于制作测量工具。热加工模具，碳素量具钢用于制作测量工具。4、碳素工具钢碳素工具钢铁碳合金 nxpowerlite88 t + t + 数字数字 t t表示表示“碳素工具钢碳素工具钢” ； 数字表示平均含碳量的千分之几。数字表示平均含碳量的千分之几。 如如t8t8其平均含碳量为千分之八其平均含碳量为千分之八(0.8%c)(0.8%c)。* * 说明：说明：碳素工具钢都是优质以上碳素工具钢都