铁碳合金相图与碳钢学习教案

1、会计学1铁碳合金铁碳合金(hjn)相图与碳钢相图与碳钢第一页，共40页。0.09 0.17 0.5314956.69相图(xin t)中点、线、区的意义 点的意义：点的意义：A A：纯铁的熔点：纯铁的熔点：15381538； D D：Fe3CFe3C的熔点：的熔点：12271227；N N ： 纯 铁 同 素 异 构 转 变 点 ，： 纯 铁 同 素 异 构 转 变 点 ， Fe(1394)Fe(1394) -Fe -Fe；G: G: 纯铁同素异构转变点，纯铁同素异构转变点，-Fe-Fe（912912） FeFe；S S：共析点，：共析点，AS(727) AS(727) P(FP + Fe3C

2、) P(FP + Fe3C)；C: C: 共晶点，共晶点，LC(1148) LC(1148) Ld(AE + Ld(AE + Fe3C)Fe3C)；E E：碳在：碳在A A体中的最大溶解体中的最大溶解(rngji)(rngji)度点，度点，11481148溶解溶解(rngji)2.11%(rngji)2.11%的碳；亦是钢的碳；亦是钢与生铁（铸铁）的分界点；与生铁（铸铁）的分界点； L+Fe3C第第3页页/共共40页页第2页/共40页第二页，共40页。线的意义线的意义液相线液相线 ABCD固相线固相线 AHJECF恒温恒温(hngwn)转变水平线转变水平线HJB 包晶转变包晶转变H+LB AJ

3、 (1495) ECF 共晶转变共晶转变 LCLd(AE +Fe3C) (1148)PSK 共析转变共析转变 ASP(FP+Fe3C) (727)GS线：线：AF,亦称亦称A3线；线； ES线：线：AFe3C,亦称亦称Acm线线 0.09 0.17 0.5314956.69莱氏体( Ld)-奥氏体和渗碳体混合物珠光体（P）-铁素体和渗碳体层片状混合物L+Fe3C第第4页页/共共40页页第3页/共40页第三页，共40页。 区的意义(yy)：（1）单相区：L、A、F；（2）两相区：L+、L+A、L+Fe3C、+A、A+F、A+Fe3CF+Fe3C（3）三相共存点： J点：(L+A) C点：（L+A

4、+ Fe3C）； S点：（A+F+ Fe3C）；0.09 0.17 0.5314956.69L+Fe3C第第5页页/共共40页页第4页/共40页第四页，共40页。相图中的组织(zzh)组成ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227(I)第第6页页/共共40页页第5页/共40页第五页，共40页。三个恒温(hngw

5、n)转变包晶转变：恒温下由一包晶转变：恒温下由一定定(ydng)成分的固相成分的固相和一定和一定(ydng)成分的成分的液相相互作用形成另一液相相互作用形成另一种成分的新固相。种成分的新固相。共晶转变：恒温下由一共晶转变：恒温下由一定定(ydng)成分的液相成分的液相转变为两种一定转变为两种一定(ydng)成分的固相。成分的固相。共析转变：恒温下由一共析转变：恒温下由一定定(ydng)成分的固相成分的固相转变为两种一定转变为两种一定(ydng)成分的固相。成分的固相。第第7页页/共共40页页第6页/共40页第六页，共40页。珠光体P：（Pearlite）共析转变(zhunbin)产物，AP(F

6、+Fe3C) 第第8页页/共共40页页第7页/共40页第七页，共40页。莱氏体Ld/ Ld:(Ledeburite)，共晶转变(zhunbin)产物，LLd (A+Fe3C) Ld（P+ Fe3C）； 第第9页页/共共40页页第8页/共40页第八页，共40页。典型合金组织转变分析及其相组成(z chn)和组织组成(z chn)的计算第第10页页/共共40页页第9页/共40页第九页，共40页。铁-碳合金相图中钢的平衡(pnghng)组织转变铁碳平衡合金三种类型(lixng)：工业纯铁、钢及白口铸铁钢又可分成下列三种类型(lixng)：共析钢:Wc=0.77%（即S点成分）的钢；亚共析钢:Wc=0

7、.02%0.8%（即PS点之间成分）的钢过共析钢:Wc=0.8%2.11%（即SE点之间成分）的钢而白口铸铁又可分成下列三种类型(lixng)：共晶白口铸铁（C点成分，Wc=4.3%）；亚共晶白口铸铁（C点以左，Wc=2.11%4.3%）；过共晶白口铸铁（C点以右，Wc=4.3%6.69%）第第11页页/共共40页页第10页/共40页第十页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513

8、949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227工业工业(gngy)纯铁纯铁亚共晶亚共晶(n jn)白口铁白口铁共析钢共析钢过共析钢过共析钢过共晶过共晶(n jn)白口铁白口铁共晶白口铁共晶白口铁亚共析钢亚共析钢(I)第第12页页/共共40页页第11页/共40页第十一页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.1

9、14.36.690.090.170.5312270.02%0.40%1.2%0.77%2.11%3.0%4.3%5.0%(I)第第13页页/共共40页页第12页/共40页第十二页，共40页。(1)工业(gngy)纯铁（C0.01%）：LL+AAA+FFF+Fe3C ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312270.

10、01%WF= （6.69-0.01）/6.69=99.85%WFe3C=1-WF=0.015%(I)第第14页页/共共40页页第13页/共40页第十三页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227040%L L+A A F+A F+P 相组成(z chn)：WF=(6.69-0.40)/6.69=94

11、.%组织组成(z chn)：WP=(0.40-0.0218)/(0.77-0.0218)=50.5%亚共析钢(I)第第15页页/共共40页页第14页/共40页第十四页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312270.77%共析钢（C0.77%）：LL+AAP 相组成(z chn)：WF= (6.69-0

12、.77)/6.69=88.4组织组成(z chn)：WP=100%(I)第第16页页/共共40页页第15页/共40页第十五页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312271.2%过共析钢（C1.2%）：L L+A A A+ Fe3C P+ Fe3C 相组成(z chn): WF=(6.69-1.2)/6

13、.69=82%组织组成(z chn)：WP=(6.69-1.2)/(6.69-0.77)(I)第第17页页/共共40页页第16页/共40页第十六页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312272.11%相组成(z chn)：WF=(6.69-2.11)/6.69=68.5%组织组成(z chn)：WP=

14、(6.69-2.11)/(6.69-0.77)=77% WFe3CII=1-WF=23%(I)第第18页页/共共40页页第17页/共40页第十七页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312273.0%亚共晶(n jn)白口铁（C3.0%）：LL+AA+LdA+ Fe3C+LdP+ Fe3C+Ld 相组成

15、(z chn)：WF=(6.69-3.0)/6.69=55%组织组成(z chn)WLd=(3.0-2.11)/(4.3-2.11)=40.6%WP=(6.69-2.11)/(6.69-0.77)*(1-40.6%)=59.4%*77%=45.7%WFe3CII=1-40.6%-45.7%=13.7%(I)第第19页页/共共40页页第18页/共40页第十八页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271

16、538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312274.3%共晶(n jn)白口铁（C4.3%）LLdLd 相组成(z chn)：WF=(6.69-4.3)/6.69=35.7%组织组成(z chn)：Ld=100%(I)第第20页页/共共40页页第19页/共40页第十九页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02

17、180.772.114.36.690.090.170.531227过共晶(n jn)白口铁（C5.0%）：LL+ Fe3CLd+ Fe3CLd+ Fe3C 5.0%相组成(z chn)：WF=(6.69-5.0)/6.69=25.3%组织组成(z chn) WLd=(6.69-5.0)/(6.69-4.3)=70.7%WFe3CI=29.3%(I)第第21页页/共共40页页第20页/共40页第二十页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+L

18、dLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227100 0FFe3C相组成(z chn)百分含量共析钢亚共析钢过共析钢亚共晶(n jn)白口铁共晶(n jn)白口铁过共晶白口铁组织组成百分含量FPFe3CIIFe3CILd(I)第第22页页/共共40页页第21页/共40页第二十一页，共40页。铁碳合金相图铁碳合金相图(xin t)上相和组织的标注上相和组织的标注 + Fe3C + Fe3C 第第23页页/共共40页页第22页/共40页第二十二页，共40页。FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+

19、 Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%温度温度第第24页页/共共40页页第23页/共40页第二十三页，共40页。C含量(hnling)的增加Fe3C 百分(bi fn)含量增加Fe3C 分布(fnb)和形态发生变化铁素体晶界薄片珠光体中的层片状沿原奥氏体晶界分布的网状莱氏体中的基体分布在莱氏体上的粗大片状碳含量对碳含量对Fe-CFe-C合金组织和性能的影响合金组织和性能的影响第第25页页/共共40页页第24页/共40页第二十四页，

20、共40页。C含量(hnling)的增加F Fe3CHBS b y ak 第第26页页/共共40页页第25页/共40页第二十五页，共40页。Fe-Fe3C相图(xin t)的实际应用1，为选材(xun ci)提供依据：碳含量(hnling)对组织和性能的影响规律合理选材低碳钢(0.1-0.25%)塑性、韧性好建筑结构、容器中碳钢(0.25-0.6%)强度、塑性、韧性好轴类零件高碳钢(0.6-1.3%)高硬度、耐磨工具类零件白口铁（2.11-6.69%）高硬度、耐磨、高脆性不受冲击的耐磨件第第27页页/共共40页页第26页/共40页第二十六页，共40页。2，为制定热加工工艺(gngy)提供依据q铸

21、造：铸造：1)分析铸造性能优劣；分析铸造性能优劣；2)确定确定(qudng)铸造温度（过热铸造温度（过热度）；度）；q锻造：锻造：1)确定确定(qudng)锻造温度；锻造温度；2)分析加热缺陷；分析加热缺陷；q焊接：焊接：1)分析焊接组织；分析焊接组织；2)分析焊接缺陷和应力；分析焊接缺陷和应力；q热处理：确定热处理：确定(qudng)热处理加热温度；热处理加热温度；第第28页页/共共40页页第27页/共40页第二十七页，共40页。铸铸造造焊缝组织焊缝组织模模锻锻切削加工的基本形式车车刨刨钻钻铣铣磨磨第第29页页/共共40页页第28页/共40页第二十八页，共40页。ABCDEFJNHGSPKQ

22、FeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.53A3AcmA1casting zoneforging and rolling zone第第30页页/共共40页页第29页/共40页第二十九页，共40页。第第31页页/共共40页页第30页/共40页第三十页，共40页。4.2 碳素钢第第32页页/共共40页页第31页/共40页第三十一页，共40页。4.2.1

23、 钢中杂质(zzh)对钢性能影响碳钢中的杂质：碳钢中的杂质：有益有益(yuy)元素：元素：Si、Mn；有害元素：有害元素：S、P、H、O、N；SiSi、MnMn的影响的影响(yngxing)(yngxing)：1.1. Si Si、MnMn溶入溶入F F体中，形成合金体中，形成合金F F体，使强度、硬体，使强度、硬度提高；度提高；2.2. 碳钢中一般：碳钢中一般：Si0.5%Si0.5%；Mn0.8%Mn0.8%；第第33页页/共共40页页第32页/共40页第三十二页，共40页。1. S引起热脆：引起热脆：FeS与与Fe形成低熔点共晶物（形成低熔点共晶物（989），轧），轧制开裂；制开裂；2.

24、 P引起冷脆：引起冷脆：P越多，低温脆性温度越高，易产生越多，低温脆性温度越高，易产生(chnshng)脆断；脆断；3. S、P使钢材的可焊性降低：焊接接头处有大量夹杂物；使钢材的可焊性降低：焊接接头处有大量夹杂物；4. 钢材质量按钢材质量按S、P含量的分类：含量的分类：1) 普通钢：普通钢：S0.035%0.05%；P0.035%0.045%； 2) 优质钢：优质钢：S0.030%0.035%；P0.030%0.035%3）高级优质钢：）高级优质钢：S0.020%；P0.030%； S和P的影响(yngxing)：S S、P P元素的合理利用：元素的合理利用：1)1) S S易切削钢：易切削

25、钢：S S的化合物断屑性能好，适合自动车床加工，但是的化合物断屑性能好，适合自动车床加工，但是(dnsh)(dnsh)仅适用于不重要的工件，如螺钉、螺母等小件；仅适用于不重要的工件，如螺钉、螺母等小件；2 2）P P耐磨铸铁：耐磨铸铁：P P形成形成Fe3PFe3P，硬度高，耐磨性好，硬度高，耐磨性好 第第34页页/共共40页页第33页/共40页第三十三页，共40页。H,N,OH,N,O的影响：的影响：氢的影响：氢脆氢的影响：氢脆H2H2易在钢中引起针孔，亦称白点，产生脆断，易在钢中引起针孔，亦称白点，产生脆断，所以压力容器要检查低倍组织；所以压力容器要检查低倍组织；N N的影响：的影响：1)

26、1)在冷冲压件中，在冷冲压件中，N N能引起应变能引起应变(yngbin)(yngbin)时效，使压力容器脆性增时效，使压力容器脆性增加；加； 2)N 2)N的有益利用：氮化物（的有益利用：氮化物（NbNNbN、TiNTiN）有弥散强化作用，使工件的强）有弥散强化作用，使工件的强度、耐热性提高；度、耐热性提高；氧的影响：氧的影响：FeOFeO、SiO2SiO2等可形成夹杂物。等可形成夹杂物。 第第35页页/共共40页页第34页/共40页第三十四页，共40页。4.2.2 碳钢的分类(fn li)一， 碳钢的分类(fn li)：1，按碳含量分类(fn li)：（1）低碳钢（Wc0.25%）（2）中

27、碳钢（ Wc =0.30-0.60）（3）高碳钢（ Wc 0.60）2，按质量分类（P,S含量）（1）普通碳素钢 Ws 0.035, Wp 0.035（2）优质碳素钢 Ws 0.030, Wp 0.030（3）高级优质碳素钢 Ws 0.020, Wp 0.0203，按用途分类（1）碳素结构钢：工程构件、机械零件（2）碳素工具钢：刀具(doj)、量具、模具，一般为优质钢或高级优质高碳钢第第36页页/共共40页页第35页/共40页第三十五页，共40页。4.2.3 碳钢的牌号(piho)和用途1，普通碳素结构钢：Q+数字 = 屈服强度(qingd)数值例如：例如：Q235, 表示屈服强度为表示屈服强

28、度为235MPa的普通碳素结构钢的普通碳素结构钢（1）质量等级：）质量等级：A、B、C、D四等，四等，A最低（最低（S0.050%、P0.045%）；）；D最高（最高（S、P0.035%）；）；（2）脱氧）脱氧(tu yng)方法符号：方法符号：F：沸腾钢；：沸腾钢；Z：镇静钢；：镇静钢；b：半镇静钢；半镇静钢；TZ：特殊镇静钢；：特殊镇静钢；（3）应用：塑性、韧性好，焊接性能好； 一般不进行热处理，在供应状态下直接使用； 用于桥梁、建筑等结构第第37页页/共共40页页第36页/共40页第三十六页，共40页。（1 1）牌号：两位数字）牌号：两位数字/10000/10000，表示，表示(bios

29、h)(biosh)该钢的平均该钢的平均碳含，例如：碳含，例如：4545钢，钢，C C45/1000045/100000.45%0.45%；（2 2）质量：优质即）质量：优质即S S、P0.035%P0.035%；（3）应用：）应用：（a）08、10钢：含碳低、塑性、韧性高，适用于冷冲压件：如汽钢：含碳低、塑性、韧性高，适用于冷冲压件：如汽车外壳、仪表外壳等；车外壳、仪表外壳等；（b）15、20、25钢：含碳低，韧性高，适用于轻载荷渗碳工件，钢：含碳低，韧性高，适用于轻载荷渗碳工件，如活塞销、样板等；如活塞销、样板等；（c）30、40、45、50钢：含碳中等，调质后强度、塑性、韧性钢：含碳中等，调质后强度、塑性、韧性 匹配较好，适用于轴类件、连杆等；匹配较好，适用于轴类件、连杆等；（d）55、60、65钢：含碳高，淬火回火钢：含碳高，淬火回火(hu hu)后弹性模量后弹性模量高，适用于小尺寸弹簧；高，适用于小尺寸弹簧； 2，优质(yuzh)碳素结构钢第第38页页/共共40页页第37页/