第三章铁碳合金

1、以相组成表示的铁碳相图以相组成表示的铁碳相图 类类 别别合合 金金C% / mass.%纯纯 铁铁工业纯铁工业纯铁0.0218碳碳钢钢亚共析钢亚共析钢0.02180.77共析钢共析钢0.77过共析钢过共析钢0.772.11铸铸铁铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁2.114.3共晶白口铸铁共晶白口铸铁4.3过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁4.36.69第四节第四节 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响一、对平衡组织的影响一、对平衡组织的影响铁碳合金的成分与组织的关系铁碳合金的成分与组织的关系二、对力学性能的影响二、对力学性能的影响含碳量对平衡状态下碳钢力学性能的影响含

2、碳量对平衡状态下碳钢力学性能的影响三、对工艺性能的影响三、对工艺性能的影响（一）切削加工性能（一）切削加工性能 低碳钢中的铁素体较多，切削加工性能不好。高低碳钢中的铁素体较多，切削加工性能不好。高碳钢中渗碳体多，切削性能也差。中碳钢中的铁素碳钢中渗碳体多，切削性能也差。中碳钢中的铁素体与渗碳体的比例适当，硬度和塑性也比较适中，体与渗碳体的比例适当，硬度和塑性也比较适中，其切削加工性能较好。一般认为，钢的硬度大致为其切削加工性能较好。一般认为，钢的硬度大致为250HBW时切削加工性能较好。时切削加工性能较好。（二）可锻性（二）可锻性 金属的可锻性是指金属在压力加工时，能改变形金属的可锻性是指金属

3、在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。状而不产生裂纹的性能。 低碳钢的可锻性较好，随着含碳量的增加，可锻低碳钢的可锻性较好，随着含碳量的增加，可锻性逐渐变差。钢加热到高温可获得单相奥氏体组织，性逐渐变差。钢加热到高温可获得单相奥氏体组织，具有良好的可锻性。具有良好的可锻性。 白口铸铁无论在低温或高温，其组织都是以硬而白口铸铁无论在低温或高温，其组织都是以硬而脆的渗碳体为基体，其可锻性能很差。脆的渗碳体为基体，其可锻性能很差。（三）铸造性（三）铸造性1、流动性、流动性 钢液的流动性随含碳量的增加而提高。浇注温度越钢液的流动性随含碳量的增加而提高。浇注温度越高，流动性越好。当浇注温度一定时，

4、过热度越大，高，流动性越好。当浇注温度一定时，过热度越大，流动性越好。流动性越好。 铸铁因其液相线温度比钢低，其流动性总是比钢好。铸铁因其液相线温度比钢低，其流动性总是比钢好。亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度间隔缩小，流亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度间隔缩小，流动性也随之提高。共晶铸铁其结晶温度最低，同时又动性也随之提高。共晶铸铁其结晶温度最低，同时又是在恒温下凝固，流动性最好。过共晶铸铁随着含碳是在恒温下凝固，流动性最好。过共晶铸铁随着含碳量的增加，流动性变差。量的增加，流动性变差。2、收缩性、收缩性（1）液态收缩）液态收缩 从浇注温度到开始凝固（液相线温度）从浇注温度到开始凝固（液相

5、线温度）这一温度范围内的收缩称为液态收缩。这一温度范围内的收缩称为液态收缩。（2）凝固收缩）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止（固相线温度）从凝固开始到凝固终止（固相线温度）这一温度范围内的收缩称为凝固收缩。这一温度范围内的收缩称为凝固收缩。（3）固态收缩）固态收缩 从凝固终止至冷却到室温这一温度范围从凝固终止至冷却到室温这一温度范围内的收缩称为固态收缩。内的收缩称为固态收缩。 液态收缩和凝固收缩称为液态收缩和凝固收缩称为体收缩体收缩，是铸件产生缩孔、，是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。固态收缩称为缩松缺陷的基本原因。固态收缩称为线收缩线收缩，是铸件产，是铸件产生内应力、变形和裂纹等缺陷的基本原

6、因。生内应力、变形和裂纹等缺陷的基本原因。 随着含碳量的增加，钢的体收缩不断增大，固态收随着含碳量的增加，钢的体收缩不断增大，固态收缩不断减小。对于化学成分一定的钢，浇注温度越高，缩不断减小。对于化学成分一定的钢，浇注温度越高，液态收缩越大。液态收缩越大。3、枝晶偏析、枝晶偏析 固相线和液相线的水平距离和垂直距离越大，枝晶固相线和液相线的水平距离和垂直距离越大，枝晶偏析越严重。铸铁的成分越靠近共晶点，偏析越小；偏析越严重。铸铁的成分越靠近共晶点，偏析越小；相反，越远离共晶点，则枝晶偏析越严重。相反，越远离共晶点，则枝晶偏析越严重。第五节第五节 钢中的杂质元素及钢锭组织钢中的杂质元素及钢锭组织（

7、一）锰和硅的影响（一）锰和硅的影响 锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢的强锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢的强度和硬度，当含锰量不高（度和硬度，当含锰量不高（wMn0.8）时，可以稍微）时，可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性。提高或不降低钢的塑性和韧性。 碳钢中的含硅量碳钢中的含硅量wSi一般小于一般小于0.5，它也是钢中的有，它也是钢中的有益元素。硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，显著益元素。硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，显著提高钢的强度和硬度，但含量较高时，将使钢的塑性和提高钢的强度和硬度，但含量较高时，将使钢的塑性和韧性下降。韧性下降。一、钢中的杂质元素及其影响

8、一、钢中的杂质元素及其影响（二）硫的影响（二）硫的影响 硫是钢中的有害元素，它是在炼钢时由矿石和燃料带硫是钢中的有害元素，它是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中来的杂质。到钢中来的杂质。 硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称为为热脆热脆。 防止热脆的方法是往钢中加入适当的锰。在一般工业防止热脆的方法是往钢中加入适当的锰。在一般工业用钢中，含锰量常为含硫量的用钢中，含锰量常为含硫量的510倍。倍。 硫能提高钢的切削加工性能。硫能提高钢的切削加工性能。（三）磷的影响（三）磷的影响 一般说来，磷是有害的杂质元素，它是由矿石和生铁一般说来，磷是有害的杂

9、质元素，它是由矿石和生铁等炼钢原料带入的。等炼钢原料带入的。 磷具有很强的固溶强化作用，它使钢的强度、硬度显磷具有很强的固溶强化作用，它使钢的强度、硬度显著提高，但剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性，称著提高，但剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性，称为为冷脆冷脆。此外，磷还具有严重的偏析倾向。此外，磷还具有严重的偏析倾向。 在一定条件下磷也具有一定的有益作用。例如由于它在一定条件下磷也具有一定的有益作用。例如由于它降低铁素体的韧性，可以用来提高钢的切削加工性。它降低铁素体的韧性，可以用来提高钢的切削加工性。它与铜共存时，可以显著提高钢的耐大气腐蚀能力。与铜共存时，可以显著提高钢的耐大气腐蚀能力

10、。（四）氮的影响（四）氮的影响 一般认为，钢中的氮是有害元素，氮的有害作用一般认为，钢中的氮是有害元素，氮的有害作用主要是通过淬火时效和应变时效造成的。主要是通过淬火时效和应变时效造成的。 解决的方法是往钢中加入足够数量的铝。解决的方法是往钢中加入足够数量的铝。（五）氢的影响（五）氢的影响 钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的炉气中吸入的。此外，在含氢的还原性气氛中加热炉气中吸入的。此外，在含氢的还原性气氛中加热钢材、酸洗及电镀等，氢均可被钢件吸收，并通过钢材、酸洗及电镀等，氢均可被钢件吸收，并通过扩散进入钢内。扩散进入钢内。 氢对钢的危害很大。

11、一是引起氢对钢的危害很大。一是引起氢脆氢脆，二是导致钢，二是导致钢材内部产生材内部产生白点白点。（六）氧及其他非金属夹杂物的影响（六）氧及其他非金属夹杂物的影响 非金属夹杂物破坏了钢的基体的连续性，在静载非金属夹杂物破坏了钢的基体的连续性，在静载荷和动载荷的作用下，往往成为裂纹的起点。它们荷和动载荷的作用下，往往成为裂纹的起点。它们的性质、大小、数量及分布状态不同程度地影响着的性质、大小、数量及分布状态不同程度地影响着钢的各种性能，尤其是对钢的塑性、韧性、疲劳强钢的各种性能，尤其是对钢的塑性、韧性、疲劳强度和耐腐蚀性能等危害很大。因此，对非金属夹杂度和耐腐蚀性能等危害很大。因此，对非金属夹杂物

12、应严加控制。物应严加控制。二、钢锭的宏观组织及其缺陷二、钢锭的宏观组织及其缺陷 根据钢中的含氧量和凝固时放出一氧化碳的程度，根据钢中的含氧量和凝固时放出一氧化碳的程度，可将钢锭分为：可将钢锭分为：l 镇静钢镇静钢l 沸腾钢沸腾钢l 半镇静钢半镇静钢（一）镇静钢（一）镇静钢 钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铝进行钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铝进行充分脱氧充分脱氧，使所含，使所含氧的质量分数不超过氧的质量分数不超过0.01（一般常在（一般常在0.0020.003），以至钢液在凝固时不析出一氧化碳，得到成分比较），以至钢液在凝固时不析出一氧化碳，得到成分比较均匀，组织比较致密的钢锭，这种钢叫做镇静钢。均匀，组织比较致密的钢锭，这种钢叫做镇静钢。（二）沸腾钢（