第三章 铁碳合金及碳钢

1、第第3 3章章 铁碳合金及碳钢铁碳合金及碳钢 第第3 3章章 铁碳合金及碳钢铁碳合金及碳钢 第一节第一节 铁碳合金的组织铁碳合金的组织 第二节第二节 铁碳合金相图铁碳合金相图 第三节第三节 铁碳合金的分类铁碳合金的分类第四节第四节 典型铁碳合金的结晶过程典型铁碳合金的结晶过程第五节第五节 碳素钢碳素钢第一节第一节 铁碳合金的组织铁碳合金的组织-铁素体铁素体碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体,用符号或F表示。 铁素体的胞晶铁素体的胞晶 铁素体的显微组织铁素体的显微组织强度和硬度低，而塑性和韧性好。 第一节第一节 铁碳合金的组织铁碳合金的组织-奥氏体奥氏体碳溶解在碳溶解在-Fe-Fe中形成

2、的中形成的间隙固溶体间隙固溶体称为称为奥氏体奥氏体，用符号用符号或或A A表示。表示。 奥氏体强度、硬度较低，塑性奥氏体强度、硬度较低，塑性、韧性较高，适于锻压成形。、韧性较高，适于锻压成形。 第一节第一节 铁碳合金的组织铁碳合金的组织-渗碳体渗碳体渗碳体是碳质量分数为渗碳体是碳质量分数为6.69%6.69%的铁与碳的的铁与碳的金属化合物（金属化合物（Fe3CFe3C）。 Fe3CFe3C硬度很高而塑性和韧性硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性很大。几乎为零，脆性很大。 渗碳体的晶胞示意图 第一节第一节 铁碳合金的组织铁碳合金的组织-珠光体珠光体珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。 珠

3、光体珠光体的强度较高、硬度适中，具备一定的塑性。的强度较高、硬度适中，具备一定的塑性。 珠光体显微组织图珠光体显微组织图 第一节第一节 铁碳合金的组织铁碳合金的组织-莱氏体莱氏体莱氏体莱氏体是碳质量分数为是碳质量分数为4.3%4.3%的奥氏体和渗碳体的奥氏体和渗碳体组成的两相组成的两相机械混合物机械混合物，用符号，用符号“Ld”Ld”表示表示 。莱氏体的力学性能硬莱氏体的力学性能硬度很高，塑性、韧性度很高，塑性、韧性很低很低 。莱氏体显微组织 第二节第二节 铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或缓慢加铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或缓慢加热的条件下，不同成分的铁碳合金的状态热的条

4、件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形，是研究铁碳合或组织随温度变化的图形，是研究铁碳合金的重要工具。金的重要工具。 FeFe3CSQPKGFEDCAA+ Fe3CA+FL+AALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LdLdLd+ Fe3CLd+ Fe3CLdP+ Fe3C+LdP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%温度温度一、简化后的铁碳合金相图一、简化后的铁碳合金相图二、二、FeFeFe3CFe3C相图中主要点的意义相图中主要点的意义A点： 纯铁的熔点，1538。 D点： 渗碳体的熔点，1227。 G点： 铁的同素异构转变点 。 E点： 碳在-Fe中最

5、大溶解度点。 P点： 碳在-Fe中最大溶解度点。 Q点： 室温下碳在-Fe中的溶解度 C点： 共晶点，共晶转变： S点： 共析点，共析转变： 二、二、FeFeFe3CFe3C相图中主要点的意义相图中主要点的意义三、三、Fe-Fe3CFe-Fe3C相图中主要线的意义相图中主要线的意义ACDACD线：线：ACDACD线是液相线。线是液相线。AECFAECF线：线：AECFAECF线是固相线。线是固相线。GSGS线：线：也叫也叫A3A3线，冷却时从奥氏体中析出线，冷却时从奥氏体中析出 铁素体的开始线。铁素体的开始线。 ESES线：线：ESES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线线是碳在奥氏体中的溶解度曲线

6、PQPQ线：线：PQPQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线线是碳在铁素体中的溶解度曲线 ECFECF线：线：ECFECF线是共晶线线是共晶线 PSKPSK线：线：PSKPSK线是共析线线是共析线 三、三、Fe-Fe3CFe-Fe3C相图中主要线的意义相图中主要线的意义四、四、Fe-Fe3CFe-Fe3C相图中的相区相图中的相区Fe-Fe3CFe-Fe3C相图中的四个单相区：相图中的四个单相区：ACDACD线以上是液相区；线以上是液相区；AESGAESG为奥氏体区（为奥氏体区（或或A A）；）；GPQGGPQG为铁素体区（为铁素体区（或或F F）；）；DFKLDFKL为渗碳体区（为渗碳体区（Fe3CF

7、e3C）。）。Fe-Fe3CFe-Fe3C相图中的五个两相区相图中的五个两相区L+AL+A两相区；两相区；L+ Fe3CL+ Fe3C两相区；两相区；A+ Fe3CA+ Fe3C两相区；两相区；A+FA+F两相区及两相区及F+ Fe3CF+ Fe3C两相区。两相区。四、四、Fe-Fe3CFe-Fe3C相图中的相区相图中的相区第三节第三节 铁碳合金的分类铁碳合金的分类工业纯铁（工业纯铁（WcWc0.0218%0.0218%） 钢（钢（WcWc=0.0218%=0.0218%2.11%2.11%）l亚共析钢（Wc=0.0218%0.77%） 室温平衡组织为铁素体加珠光体。l共析钢（Wc=0.77%

8、） 室温平衡组织为珠光体。l过共析钢（Wc=0.77%2.11%） 室温平衡组织为珠光体加二次渗碳体。铸铁（铸铁（WcWc=2.11%=2.11%6.69%6.69%）l亚共晶白口铸铁（Wc=2.11%4.3%） 室温平衡组织为珠光体加二次渗碳体加低温莱氏体。l共晶白口铸铁（Wc=4.3%） 室温平衡组织为低温莱氏体。l过共晶白口铸铁（Wc=4.3%6.69%） 室温平衡组织为一次渗碳体加低温莱氏体。第三节第三节 铁碳合金的分类铁碳合金的分类亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁工业纯铁第四节第四节 典型铁碳合金

9、的结晶过程典型铁碳合金的结晶过程一、共析钢的结晶过程一、共析钢的结晶过程共析钢显微组织图共析钢显微组织图 +Fe3CGSPABJH二、亚共析钢的结晶过程二、亚共析钢的结晶过程亚共析钢的显微组织图亚共析钢的显微组织图 三、过共析钢的结晶过程三、过共析钢的结晶过程过共析钢的显微组织图过共析钢的显微组织图 四、共晶白口铸铁的结晶过程四、共晶白口铸铁的结晶过程Fe3C 五、亚共晶白口铸铁的结晶过程五、亚共晶白口铸铁的结晶过程六、过共晶白口铸铁的结晶过程六、过共晶白口铸铁的结晶过程DFK3Fe3C124七、含碳量与铁碳合金组织及性能的关系七、含碳量与铁碳合金组织及性能的关系钢钢铁素体铁素体 亚亚共析钢共

10、析钢过共析钢过共析钢亚亚共晶白口铸铁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碳质量分数与组织的关系铁碳合金碳质量分数与组织的关系碳质量分数对力学性能的影响碳质量分数对力学性能的影响在选材方面的应用在选材方面的应用 在铸造方面的应用在铸造方面的应用 在可锻性方面的应用

11、在可锻性方面的应用 在焊接方面的应用在焊接方面的应用 铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用第五节第五节 碳素钢碳素钢碳质量分数大于碳质量分数大于0.0218%0.0218%小于小于2.11%2.11%，且不含有特意加入合金元素的铁碳合且不含有特意加入合金元素的铁碳合金，称为金，称为碳素钢碳素钢简称简称碳钢碳钢。 一、钢中杂质元素对钢性能的影响一、钢中杂质元素对钢性能的影响硅硅( (SiSi):):有益元素，一般控制在有益元素，一般控制在0.17%0.17%0.37%0.37% 。锰锰( (MnMn):):有益元素，一般控制在有益元素，一般控制在0.25%0.25%0.80% 0.80% 。硫（

12、硫（S S）: :有害元素，引起热脆，一般钢中的硫质有害元素，引起热脆，一般钢中的硫质量分数不得超过量分数不得超过0.05%0.05% 。磷（磷（P P）: :有害元素，引起冷脆，一般钢中的磷质有害元素，引起冷脆，一般钢中的磷质量分数不得超过量分数不得超过0.04% 0.04% 。二、碳素钢的分类二、碳素钢的分类按碳质量分数分类：按碳质量分数分类：低碳钢低碳钢 Wc0.25%Wc0.25%。中碳钢中碳钢 WcWc为为0.25%0.25%0.60%0.60%。高碳钢高碳钢 Wc0.60%Wc0.60%。按质量分类按质量分类 ：普通碳素钢普通碳素钢 WS 0.055%, WP 0.045%WS 0

13、.055%, WP 0.045%。优质碳素钢优质碳素钢 WS 0.045%, WP 0.040%WS 0.045%, WP 0.040%。 高级优质碳素钢高级优质碳素钢 WS 0.030%, WP 0.035%WS 0.030%, WP 0.035%。 特级优质碳素钢特级优质碳素钢 WS 0.025%, WP 0.030%WS 0.025%, WP 0.030%。二、碳素钢的分类二、碳素钢的分类按用途分类：按用途分类： 碳素结构钢：用于制造各种机械零件和工程构件，碳素结构钢：用于制造各种机械零件和工程构件， 碳质量分数一般小于碳质量分数一般小于0.70%0.70%。碳素工具钢：用于制造各种刀具

14、、模具及量具等，碳素工具钢：用于制造各种刀具、模具及量具等， 碳质量分数一般大于碳质量分数一般大于0.70%0.70%。二、碳素钢的分类二、碳素钢的分类按冶炼时脱氧程度分类：按冶炼时脱氧程度分类： 沸腾钢沸腾钢 脱氧程度不完全的钢。脱氧程度不完全的钢。镇静钢镇静钢 脱氧程度完全的钢。脱氧程度完全的钢。半镇静钢半镇静钢 脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间的钢。脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间的钢。二、碳素钢的分类二、碳素钢的分类三、碳素钢的牌号及应用三、碳素钢的牌号及应用普通碳素结构钢：普通碳素结构钢： 碳素结构钢的牌号顺序如图所示：碳素结构钢的牌号顺序如图所示： 例如：例如：Q235-AFQ235-

15、AF优质碳素结构钢：优质碳素结构钢： 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字表示平均碳质量分数的万分之几。这两位数字表示平均碳质量分数的万分之几。 如如4545号钢表示钢中平均碳质量分数为号钢表示钢中平均碳质量分数为0.45%0.45%。 三、碳素钢的牌号及应用三、碳素钢的牌号及应用碳素工具钢碳素工具钢 ：碳素工具钢是以汉字碳素工具钢是以汉字“碳碳”字拼音的首位字母字拼音的首位字母“T”T”为符号，后面的数字表示钢中碳质量分数的千分之为符号，后面的数字表示钢中碳质量分数的千分之几。几。 如如T13AT13A表示平均碳质量分数为表示平均碳质量分数为1.3%1.3%的高级优质碳的高级优质碳素工具钢。素工具钢。三、碳素钢的牌号及应用三、碳素钢的牌号及应用铸