铁碳合金相图

1、工 程 技 术 学 院 3.3 3.3 铁碳合金相图铁碳合金相图 机械工程系 工 程 技 术 学 院 第五章第五章 铁碳合金铁碳合金v纯铁的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变vFe C 相图的基础知识。相图的基础知识。v形成形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能。相图组元和基本组织的结构与性能。vFe - Fe3C 相图的建立与分析。相图的建立与分析。v碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。vFe - Fe3C 相图的应用。相图的应用。工 程 技 术 学 院 第一节第一节 Fe C合金的基础知识合金的基础知识2.2.铁与碳可以形成铁与碳可以

2、形成 FeFe3 3C C、FeFe2 2C C、FeCFeC等一系列化合物。等一系列化合物。3.3.稳定的化合物可以作为一个独的组元。稳定的化合物可以作为一个独的组元。4.Fe C 4.Fe C 二元相图二元相图。1.1.纯铁的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变工 程 技 术 学 院一一. .同素异构转变同素异构转变1 1、纯铁的纯铁的的同素异晶转变的同素异晶转变1394 C912 C体心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方 - Fe - Fe - Fe工 程 技 术 学 院 纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线1394153810006008001200温度时间1600150050070090

3、0110013001400912 - Fe - Fe - Fe工 程 技 术 学 院2.Fe- C2.Fe- C相图相图Fe3C Fe2CFeC温度FeC(6.69%C)工 程 技 术 学 院 二二.基本组织基本组织1.铁素体铁素体 ( F ) 碳溶于碳溶于Fe中的间隙固中的间隙固溶体溶体 。性能性能：强度、硬度低，塑性韧强度、硬度低，塑性韧性好性好显微组织：显微组织：明亮白色等轴多边形。明亮白色等轴多边形。工 程 技 术 学 院2.奥氏体奥氏体 ( A )碳溶于碳溶于-Fe中形成中形成的间隙固溶体。的间隙固溶体。性能：性能：硬度低（硬度低（170220HWS)塑性好（塑性好（=40-50%=

4、40-50%），），变形抗力小。变形抗力小。显微组织：显微组织：明亮多边形晶粒明亮多边形晶粒工 程 技 术 学 院 奥氏体组织金相图奥氏体组织金相图工 程 技 术 学 院3. 渗碳体渗碳体 ( ( Fe3C ) 铁与碳形成的金属化铁与碳形成的金属化合物。合物。性能：性能：硬度高（约硬度高（约800HBW) ,塑塑性几乎为零。性几乎为零。显微组织：显微组织：片状、粒状、网状、条片状、粒状、网状、条状状。工 程 技 术 学 院渗碳体组织金相图渗碳体组织金相图工 程 技 术 学 院4.珠光体珠光体 ( P )铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体组成的机械混合物。工 程 技 术 学 院5.莱

5、氏体莱氏体 ( Ld )奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。工 程 技 术 学 院第第 二二 节节 Fe - Fe3C 相图相图 一一. .Fe - Fe3C 相图的建立相图的建立v共晶反应共晶反应 一定成分的一定成分的液相液相在一定在一定的温度下的温度下同时同时结晶结晶出两种出两种成分和结构均成分和结构均不相同的固不相同的固相相的反应。的反应。L 4.3%c A2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反应的产物即共晶反应的产物即莱氏体（莱氏体（Ld）工 程 技 术 学 院v共析反应共析反应 一定成分的一定成分的固相固相在一定的温度下在一定的温度下同时同时析出析出两种

6、成分和结构均两种成分和结构均不相同不相同的新的的新的固相固相的反应。的反应。A0.77%cF0.02%c+Fe3C6.69%c727 共析反应的产物共析反应的产物 即即珠光体（珠光体（P）工 程 技 术 学 院 Fe - Fe3C 相图相图FeTFe3C工 程 技 术 学 院 Fe - Fe3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK

7、共晶相图共晶相图共析相图共析相图匀晶相图匀晶相图( P+Fe3C )工 程 技 术 学 院 Fe - Fe3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK( P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C )工 程 技 术 学 院 Fe - Fe3C 相图相图工 程 技 术 学 院二. Fe - Fe3C 相图的分析相图的分析v五个重要的成份点五个重要的成份点: P、S、

8、E、C、K。v四条重要的线四条重要的线: EF、ES、GS、PK。v两个重要转变两个重要转变: 共晶转变反应式、共析转变共晶转变反应式、共析转变反应式。反应式。v二个重要温度二个重要温度: 1148 、727 。工 程 技 术 学 院1.包晶转变反应式包晶转变反应式:LB + H AJ14953.共析转变反应式共析转变反应式:AS ( FP + Fe3C ) P 7272.共晶转变反应式共晶转变反应式:LC ( AE + Fe3C ) Le 1148工 程 技 术 学 院工 程 技 术 学 院三三. .典型铁碳合金的结晶过程分析典型铁碳合金的结晶过程分析v工业纯铁工业纯铁 ( ingot ir

9、on )v共析钢共析钢 ( eutectoid steel )v亚共析钢亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )v过共析钢过共析钢 ( hypereutectoid steel )v共晶白口铁共晶白口铁 ( eutectoid white iron )v亚共晶白口铁亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )v过共晶白口铁过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )工 程 技 术 学 院工 程 技 术 学 院 1.工业纯铁工业纯铁 ( Wc 0.0218% )工 程 技 术 学 院 2. 共析钢共析钢 ( Wc = 0.77%

10、)工 程 技 术 学 院 共析钢组织金相图共析钢组织金相图工 程 技 术 学 院 3.亚共析钢亚共析钢 ( Wc = 0.45% )工 程 技 术 学 院 亚共析钢组织金相亚共析钢组织金相图图工 程 技 术 学 院4.过共析钢过共析钢 ( Wc = 1.2% )工 程 技 术 学 院 过共析钢组织金相过共析钢组织金相图图工 程 技 术 学 院5.共晶白口铁共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )工 程 技 术 学 院 共晶白口铁组织金共晶白口铁组织金相图相图工 程 技 术 学 院6.亚共晶白口铁亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )工 程 技 术 学 院 亚共晶白口铁组织金相图亚共晶白口铁组织

11、金相图工 程 技 术 学 院7.过共晶白口铁过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )工 程 技 术 学 院 过共晶白口铁组织金相图过共晶白口铁组织金相图工 程 技 术 学 院 组织组成物组织组成物:F ; Fe3CF ; P 0.77-0.45F = 100%=43% 0.77-0.02 0.45-0.02P = 100% = 57% 0.77-0.02相组成物相组成物: 6.69-0.45F = 100% = 94% 6.69-0.02P = 1 WF = 57%Fe3C = 1 - WF = 6%0.020.450.776.69工 程 技 术 学 院 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影碳

12、的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响响 v碳的质量分数对碳的质量分数对平衡组织平衡组织的影响。的影响。v碳的质量分数对碳的质量分数对力学性能力学性能的影响。的影响。v碳的质量分数对碳的质量分数对工艺性能工艺性能的影响。的影响。工 程 技 术 学 院一一. .碳的质量分数对平衡组织的影响碳的质量分数对平衡组织的影响工 程 技 术 学 院二二. .碳的质量分数碳的质量分数对对 力学性能的影响力学性能的影响工 程 技 术 学 院三三. .碳的质量分数对工艺性能的影响碳的质量分数对工艺性能的影响v对对铸造性能铸造性能的影响。的影响。v对对锻造性能锻造性能的影响。的影响。v对对焊接性能焊接性能的影响。的

13、影响。v对对切削加工性能切削加工性能的影响。的影响。工 程 技 术 学 院 第五节第五节 Fe - Fe3C 相图的应用相图的应用选择材料方面的应用选择材料方面的应用制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用工 程 技 术 学 院一一. .选择材料方面的应用选择材料方面的应用 使用性能原则使用性能原则 使用性能是保证零件完成规定功能（即满足零件使用性能是保证零件完成规定功能（即满足零件得到工作要求）的必要条件。得到工作要求）的必要条件。 工艺性能原则工艺性能原则 材料的工艺性能表示材料加工（铸造、锻造、材料的工艺性能表示材料加工（铸造、锻造、焊接、切削加工和热处理等）的难易程度。焊接、切

14、削加工和热处理等）的难易程度。 经济性原则经济性原则材料的经济性是选材的根本原则。采用价格便宜的材料的经济性是选材的根本原则。采用价格便宜的材料，把总成本降至最低，取得最大的经济效益，材料，把总成本降至最低，取得最大的经济效益，使产品在市场上具有最强的竞争力。使产品在市场上具有最强的竞争力。 工 程 技 术 学 院二二. .制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用工 程 技 术 学 院作业1、已知甲钢中珠光体为已知甲钢中珠光体为75%，铁素体为，铁素体为25%；乙钢中珠光体为乙钢中珠光体为92%，二次渗碳体为，二次渗碳体为8%。（1）指出甲乙各属于哪一类钢？（）指出甲乙各属于哪一类钢？

15、（2）甲乙）甲乙钢的含碳量？钢的含碳量？2、指出一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体，共析渗碳体的异同。工 程 技 术 学 院第三节第三节 碳素钢碳素钢v一、常存杂质元素对碳钢性能的影响一、常存杂质元素对碳钢性能的影响 Si 有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用,能脱氧能脱氧。 Mn 脱氧、去硫脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。提高钢的强度和硬度。P 有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用, ,低温低温 韧性差韧性差 ( ( 冷脆冷脆 ) )。S 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂热裂 )。工 程 技 术 学 院v3.气体元素气体元素:

16、vN：钢中过饱和钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时在常温放置过程中会发生时 效脆化。效脆化。v 加加Ti、V、Al等元素可消除时效倾向。等元素可消除时效倾向。v O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。v H：原子态的过饱和氢时将降低韧性原子态的过饱和氢时将降低韧性, 引起脆。引起脆。当氢在缺当氢在缺 陷处以分子态析出时，会产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，生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。称白点或发裂。工 程 技 术 学 院二、碳钢的分类二、碳钢的分类v1、按化学成分分类v 低碳钢 Wc0.6 工 程 技 术 学 院

17、v2、按质量分类、按质量分类钢类钢类碳素钢碳素钢合金钢合金钢PSPS普通钢普通钢 0.0450.0450.0450.045优质钢优质钢0.0350.0350.0350.035高级优高级优质钢质钢0.0300.0300.0250.025特级优特级优质钢质钢0.0250.0200.0250.015工 程 技 术 学 院3.按用途分类按用途分类 （1）碳素结构钢）碳素结构钢 主要用于建筑、桥主要用于建筑、桥梁等工程结构和各种机械零件（如齿轮、轴、梁等工程结构和各种机械零件（如齿轮、轴、螺柱、弹簧等）。螺柱、弹簧等）。 （2）碳素工具钢）碳素工具钢 主要用于种类刀具、主要用于种类刀具、量具和模具。如丝

18、锥、板牙、刮刀、锯条、量具和模具。如丝锥、板牙、刮刀、锯条、冲模等。冲模等。 （3）专用钢）专用钢 包括锅炉钢、船用钢、包括锅炉钢、船用钢、易切削钢等。易切削钢等。工 程 技 术 学 院v1 1、碳素钢的编号及用途、碳素钢的编号及用途(1)(1)、普通碳素结构钢、普通碳素结构钢表示方法：用表示方法：用Q、屈服数值、质量等级和脱氧方法、屈服数值、质量等级和脱氧方法组成。组成。（1）、碳素结构钢）、碳素结构钢: Q 235 A F屈服强度屈服强度 最低曲服点最低曲服点235 MPaA等级等级 沸腾钢沸腾钢（ F沸腾钢；b 半镇静钢； Z镇静钢；TZ特殊镇静钢。 ）工 程 技 术 学 院普通碳素钢的

19、用途普通碳素钢的用途Q195、Q215、Q235A、Q235B 塑性较好，有一塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉等。铆钉等。 Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。可用于重要的焊接件。 Q255、Q275 强度较高，可轧制成型钢、钢板作强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。构件用。 这类钢常在热轧状态下使用，不再进行热处理。这类钢常在热轧状态下使用，不再进行热处理。 但对某些零件，也可以进行正火、调质、渗碳等处但对某些零件，

20、也可以进行正火、调质、渗碳等处理，以提高其使用性能。理，以提高其使用性能。工 程 技 术 学 院（2）.优质碳素结构钢优质碳素结构钢以两位数字表示，这两位数字表示钢的平均含碳量的以两位数字表示，这两位数字表示钢的平均含碳量的“万分之几万分之几”45 - Wc = 45%00v较高锰质量分数的优质碳素结构钢较高锰质量分数的优质碳素结构钢v 45Mn - Wc = 45%00 ; v WMn = 0.7%1.0%v优质碳素结构钢主要用来制造各种机器优质碳素结构钢主要用来制造各种机器v零件零件。工 程 技 术 学 院常用优质碳素结构钢常用优质碳素结构钢：齿轮齿轮 螺栓螺栓 v 曲轴曲轴 v 弹簧弹簧

21、工 程 技 术 学 院优质碳素结构钢的用途优质碳素结构钢的用途08F 塑性好，可制造冷冲压零件；塑性好，可制造冷冲压零件； 10、20钢钢 冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件；销等零件； 35、40、45、50钢钢 经热处理后，可获得良好的综合经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件；机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件； 60、65钢钢 主要用来制造弹簧。主要用来制造弹簧。 优质碳素结构钢使用前一般都要经过热优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理。处理。 工 程 技 术 学 院（3）.碳素工具钢碳