第三章-铁碳合金-教学

1、第第三三章章 铁碳合金铁碳合金（1 1）重要概念：）重要概念：铁素体铁素体 奥氏体奥氏体 珠光体珠光体 莱氏体莱氏体 共晶渗碳共晶渗碳体体 共析渗碳体共析渗碳体 二次渗碳体二次渗碳体（2 2）熟记铁碳相图）熟记铁碳相图：弄清重要温度与成分点、重要线意义；：弄清重要温度与成分点、重要线意义；铁碳合金中各种相的本质与特征铁碳合金中各种相的本质与特征（3 3）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：室温平衡组织中相及：室温平衡组织中相及组织组成物相对量的计算，熟悉各组织特征组织组成物相对量的计算，熟悉各组织特征（4 4）掌握）掌握铁碳合金的成分铁碳合金的成分组织性能之间的关系组织性能

2、之间的关系 铁碳相图 碳钢与铸铁是使用最为广泛的金属材料，是铁和碳组成的碳钢与铸铁是使用最为广泛的金属材料，是铁和碳组成的合金，不同成分的碳钢与铸铁，组织和性能也不同。在研究和合金，不同成分的碳钢与铸铁，组织和性能也不同。在研究和使用钢铁材料、制定其热加工和热处理工艺以及分析工艺废品使用钢铁材料、制定其热加工和热处理工艺以及分析工艺废品的原因时，都需要应用铁碳相图。的原因时，都需要应用铁碳相图。 在铁碳合金中，根据结晶条件不同，组元碳可具有碳化物在铁碳合金中，根据结晶条件不同，组元碳可具有碳化物FeFe3 3C(C(渗碳体）和石墨两种形式，渗碳体在热力学上是一个亚稳渗碳体）和石墨两种形式，渗碳

3、体在热力学上是一个亚稳定相（定相（meta-stable phase),meta-stable phase),而石墨是稳定相。在通常情况下，而石墨是稳定相。在通常情况下，铁碳合金是按铁碳合金是按Fe- FeFe- Fe3 3C C系进行转变，本章我们讨论的铁碳相图系进行转变，本章我们讨论的铁碳相图实际上就是实际上就是Fe- FeFe- Fe3 3C C相图。相图。u纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变 金属的多晶型性（同素异构现象）金属的多晶型性（同素异构现象） 多晶型性转变（同素异构转变）多晶型性转变（同素异构转变） 纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变-Fe -Fe -Feu纯铁的成分及性

4、能纯铁的成分及性能 纯铁（工业纯铁）：含杂质纯铁（工业纯铁）：含杂质0.10%0.10%0.20%0.20% 性能：性能：b b=180=180230MPa 230MPa 0.20.2=100=100170MPa 170MPa =30% =30%50% =70%50% =70%80% 80% a ak k=128=128160J/cm 160J/cm 2 2 HBS=50 HBS=5080801394 1394 912 912 A4A3A2一、铁碳合金的基本组织一、铁碳合金的基本组织n是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在在727时时最大为最大

5、为0.0218%，室温下仅为，室温下仅为0.0008%。n铁素体的组织为多边形晶粒，铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。性能与纯铁相似。铁素体铁素体l 组元：组元：Fe、 Fe3Cl 相相l 铁素体：铁素体：l碳在碳在 -Fe中的固溶体称中的固溶体称铁素铁素体体, 用用F 或或 表示。表示。u 铁素体（铁素体（F或或） 定义：碳溶于定义：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体 晶格结构：晶格结构：bcc 最大溶解度：最大溶解度：0.0218%0.0218%（727727） 性能：性能： b b=180=180230MPa 230MPa 0.20.2=100=100170MP

6、a HBS=50170MPa HBS=508080 =30% =30%50% =70%50% =70%80% a80% ak k=160=160200J/cm 200J/cm 2 2u-铁素体：铁素体：碳溶于碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，中所形成的间隙固溶体， 最大溶解度：最大溶解度：0.09%0.09%（14951495） 铁碳合金的相和组织组成铁碳相图n 奥氏体奥氏体:n碳在碳在 -Fe中的固溶体称中的固溶体称奥氏体奥氏体。用。用A或或 表示。表示。n是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148时最大为时最大为2.11%。72

7、7 时为时为0.77%l组织为不规则多面体晶粒，组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。晶界较直。强度低、塑性强度低、塑性好好，钢材热加工都在钢材热加工都在 区区进行进行.l碳钢室温组织中无奥氏体。碳钢室温组织中无奥氏体。奥氏体奥氏体 奥氏体组织金相图奥氏体组织金相图u奥氏体（奥氏体（A或或） 定义：碳溶于定义：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体（高温组织）中所形成的间隙固溶体（高温组织） 晶格结构：晶格结构：fcc 溶解度：溶解度：0.77% (727) 0.77% (727) 2.11% (1148) 2.11% (1148) 性能：性能：b b400MPa HBS=170400MPa HBS=1

8、70220 =40%220 =40%50% 50% 高塑性、无磁性高塑性、无磁性 铁碳合金的相和组织组成铁碳相图n 渗碳体：渗碳体：即即Fe3C, 含碳含碳6.69%, 用用Fe3C或或Cm表示。表示。nFe3C硬度高、强度低硬度高、强度低( b 35MPa), 脆性大脆性大, 塑性几乎为零塑性几乎为零lFe3C是一个亚稳相，在一定是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), 该反应该反应对铸铁有重要意义。对铸铁有重要意义。l由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度很中的溶解度很小，因而小，因而常温下碳在铁碳合常温下碳在铁碳合金中主要以金中主要以Fe3C或

9、或石墨石墨的形的形式存在。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渗碳体组织金相图渗碳体组织金相图u 渗碳体（渗碳体（FeFe3 3C C） 定义：定义：Fe 与与 C 所形成的金属化合物所形成的金属化合物 晶格结构：复杂正交晶格结构：复杂正交 性能：性能：HBS=800 0 HBS=800 0 00 硬而脆硬而脆钢中强化相（耐磨性好）钢中强化相（耐磨性好） Fe Fe3 3C 3Fe+CC 3Fe+C（石墨）石墨）弱的铁磁性弱的铁磁性(230 )(230 ) 石墨碳石墨碳 晶格结构：简单六方晶格结构：简单六方 性能性能: 加工性能加工性能 机械性能机械性能铁碳合金的相和组织

10、组成高温高温铁碳相图石墨的晶体结构n珠光体：珠光体：铁素体铁素体与与Fe3C的机械混合物的机械混合物，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,性能介性能介于两相之间。于两相之间。珠光体珠光体珠光体珠光体 ( P )u 珠光体（珠光体（P）定义：定义：F与与 FeFe3 3C C 所形成的机械混合物（平均含碳量：所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%0.77%）性能：性能： b b750MPa HBS=180 20%750MPa HBS=180 20%25% 25% a ak k=30=3040J/cm40J/cm2 2 综合性能综合性

11、能铁碳合金的相和组织组成n莱氏体：莱氏体： 与与Fe3C的机械混合物的机械混合物n高温莱氏体高温莱氏体：727 以上，奥氏体与渗碳体，以以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示表示n低温莱氏体：低温莱氏体：727 以下，珠光体与渗碳体，以以下，珠光体与渗碳体，以Le表示表示n为蜂窝状为蜂窝状, 以以Fe3C为基，性能硬而脆。为基，性能硬而脆。莱氏体莱氏体莱氏体莱氏体 ( Ld )u 莱氏体（莱氏体（L Ld d、 或或 L Le e 、 ）定义：定义：A与与 FeFe3 3C C 所形成的机械混合物（平均含碳量：所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%4.3%）性能：硬而脆性能：硬而脆铁碳合金的相和组

12、织组成 铁碳合金的基本相铁碳合金的基本相 符号符号表示表示概念概念性能性能相相固相固相固溶体固溶体铁素体铁素体F F碳溶于碳溶于 FeFe中中的间隙固溶体的间隙固溶体具有良好的塑性和韧性，具有良好的塑性和韧性，但强度硬度不高但强度硬度不高奥氏体奥氏体A A碳溶于碳溶于 FeFe中中的间隙固溶体的间隙固溶体与溶碳量和晶粒大小有与溶碳量和晶粒大小有关，硬度较低而塑性较关，硬度较低而塑性较高，易于锻压成形高，易于锻压成形金属化金属化合物合物渗碳体渗碳体FeFe3 3C C具有复杂晶格的具有复杂晶格的间隙化合物间隙化合物硬度很高而塑性和韧性硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性极大几乎为零，脆性极大液相液

13、相L L 单相组织单相组织: F: F、A A、 FeFe3 3C C 莱氏体莱氏体LdLd:(A:(A FeFe3 3C C) )在共晶点上得到在共晶点上得到, ,塑性韧性很差塑性韧性很差, ,是硬而脆的组织是硬而脆的组织 变态莱氏体变态莱氏体(L(Ld): Pd): PFeFe3 3C C 珠光体珠光体P:(FP:(F FeFe3 3C C) )在共析点上得到，具有良好的力学性能在共析点上得到，具有良好的力学性能铁碳合金的相和组织组成铁碳合金相图铁碳合金相图是研究是研究铁碳合金最基本的铁碳合金最基本的工工具具，是研究碳钢和铸是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组铁的成分、温度、组织及性能之间关系

14、的织及性能之间关系的理论基础理论基础,是制定热是制定热加工、热处理、冶炼加工、热处理、冶炼和铸造等工艺和铸造等工艺依据依据.二、铁碳合金状态图二、铁碳合金状态图n含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）时，合金太脆，）时，合金太脆，已无实用价值。已无实用价值。n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- Fe3C相图相图。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%) Fe - Fe3C 相图相图FeTFe3Cu Fe-Fe Fe-Fe3 3C C亚稳平衡相图亚稳平衡相图相区相区重要线重要线ABCDABCDAHJECFAHJECFCDCDHJBHJBECFECFPSK

15、PSK（A A1 1）GSGS（A A3 3）ESES（A Acmcm）PQPQ铁碳合金相图分析铁碳相图L+AFAL+Fe3CA+FF+Fe3CA+Fe3C+L+ALAB0.53C4.3DE 2.11FGS0.77P0.0218KQJ0.17HFeFe3C0.096.691148 727 1394 WC(%)T() ES: ES: 相的溶解度曲线相的溶解度曲线 PQ: PQ: 相的溶解度曲线相的溶解度曲线 GS: GS: 先共析先共析 相析出线相析出线重要点重要点N N、G G 同素异构转变点同素异构转变点HH、E E、PP最大溶解度点最大溶解度点J J、C C、S S 包晶、共晶、共析点包晶

16、、共晶、共析点A A、D FeD Fe、FeFe3 3C C 熔点熔点包晶反应包晶反应共晶反应共晶反应共析反应共析反应17. 0149509. 053. 01495ALALJHB 即CFeALCFeALEC311. 211483 . 431148 即CFeFACFeFAPS30218. 072777. 03727 即L+AFAL+Fe3CA+FF+Fe3CA+Fe3C+L+ALAB0.53C4.3DE2.11FGS0.77P0.02KQJ0.17HFeFe3C0.096.69N铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析 Fe - Fe3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C

17、4.3%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( P+Fe3C )n 特征点特征点 LJNGAA +Fe3CP +Fe3CL+Fe3CL+AF +A n 特征线特征线n 液相线液相线ACD， 固相线固相线AECF n 水平线：水平线：nECF：共晶线：共晶线LC E+Fe3Cn共晶产物是共晶产物是A与与Fe3C的机械混合的机械混合物，称作物，称作莱氏体莱氏体, 用用Le表示。为表示。为蜂窝状蜂窝状, 以以

18、Fe3C为基，性能硬而为基，性能硬而脆。脆。莱氏体莱氏体（二）铁碳合金的组织转变（二）铁碳合金的组织转变n工业纯铁工业纯铁 ( ingot iron )n共析钢共析钢 ( eutectoid steel )n亚共析钢亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )n过共析钢过共析钢 ( hypereutectoid steel )n共晶白口铁共晶白口铁 ( eutectoid white iron )n亚共晶白口铁亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )n过共晶白口铁过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )u 铁碳合金分类铁碳合

19、金分类根据组织特征，将铁碳合金分为七种类型：根据组织特征，将铁碳合金分为七种类型： （1）工业纯铁 Wc0.0218 （2）共析钢 Wc=0.77 （3）亚共析钢 Wc=0.02180.77 （4）过共析钢 Wc=0.772.11 （5）共晶白口铁 Wc=4.3 （6）亚共晶白口铁 Wc=2.114.3 （7）过共晶白口铁 Wc=4.306.69钢铸铁 ASB铁碳合金及平衡结晶室温平衡组织室温平衡组织:F+ Fe:F+ Fe3C C Fe3C含量最大的是Wc=0.0218%的合金，用杠杆定律求出其含量： %33. 069. 60218. 0 CFe3w工业纯铁工业纯铁 wc0.0218% 0.

20、0218% 铁碳合金及平衡结晶室温平衡组织室温平衡组织:100% P:100% P（F F和和FeFe3 3C C）组成相的质量分数为：组成相的质量分数为：0218. 069. 677. 069. 688.7%88.7%=11.3%常温下的组织构成：P共析钢共析钢 wc=0.77% wc=0.77% 铁碳合金及平衡结晶不同放大倍数下珠光体不同放大倍数下珠光体P P的显微组织的显微组织 铁碳合金及平衡结晶共析钢的平衡组织共析钢的平衡组织铁碳合金及平衡结晶亚共析钢亚共析钢 0.0218%0.0218%wc 0.77% 0.77% 组成相的质量分数为：组成相的质量分数为：0.40%C0.40%C室温

21、平衡组织室温平衡组织:F+P:F+P，其相对量为：，其相对量为：0218. 077. 040. 077. 01 149.549.550.550.5铁碳合金及平衡结晶0.40%49.50.20%C0.20%C含含0.2%C钢的组织钢的组织含含0.45%C钢的组织钢的组织含含0.60%C钢的组织钢的组织亚共析钢的平衡组织亚共析钢的平衡组织 亚共析钢室温下的组织为亚共析钢室温下的组织为F+P 在在0.02180.77%范围内珠光体的量随含碳量增加而增加范围内珠光体的量随含碳量增加而增加铁碳合金及平衡结晶硝酸酒精侵蚀苦味酸侵蚀室温平衡组织室温平衡组织:P+ Fe:P+ Fe3 3C C ，其相对量为：

22、，其相对量为：过共析钢过共析钢 0.077%0.077%wc2.11% 2.11% 铁碳合金及平衡结晶过共析钢平衡组织过共析钢平衡组织含含1.4%C钢的组织钢的组织铁碳合金及平衡结晶1148发生共晶转变： LC E+ Fe3C变态萊氏体Ld(P+ Fe3C共 Fe3C)共晶白口铁共晶白口铁 wc=4.3% =4.3% 室温平衡组织室温平衡组织:100% Ld铁碳合金及平衡结晶亚共晶白口铁亚共晶白口铁 2.11%2.11%wc 4.3%4.3%室温平衡组织室温平衡组织:P+ Fe:P+ Fe3 3C C+ +LdLd 铁碳合金及平衡结晶室温平衡组织： Fe3C+ Ld过共晶白口铁过共晶白口铁4.

23、3% 4.3% wc 6.69%0.9%后，强度反而下降；含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 非组织敏感性能非组织敏感性能 主要取决于相构成，包括组成相的硬度和相对数量，而受它们的形态主要取决于相构成，包括组成相的硬度和相对数量，而受它们的形态的影响相对较小。的影响相对较小。 相构成：相构成： F FFeFe3 3C C 随碳含量增加，高硬度的随碳含量增加，高硬度的FeFe3 3C C增多而低硬度的增多而低硬度的F F减少，故合金硬度线性减少，故合金硬度线性增大，从增大，从80HBS(100%F)80HBS(100%F)增大到增大到800HBW(100%Fe800HBW(100%Fe3 3C)C

24、) 亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系：亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系： HB80HB80w(F) % + 800w(F) % + 800w(Few(Fe3 3C) %C) %含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 对组织形态很敏感。故不仅与相构成有关，更主要的与组成相的形对组织形态很敏感。故不仅与相构成有关，更主要的与组成相的形态、分布即组织构成有极大关系。态、分布即组织构成有极大关系。 b b (0.30.4)HB HRC (0.30.4)HB HRC 40 40 b b 8.618.61103/(100-HRC)103/(100-HRC)HRC HRC 4040亚共析钢：亚共析钢： F F先先

25、+P+P构成，均为韧性组织，强度与硬度一致。随碳含量增加，钢构成，均为韧性组织，强度与硬度一致。随碳含量增加，钢中强韧的中强韧的P P组织数量增加，而强硬度很低的组织数量增加，而强硬度很低的F F先先不断下降，故合金强度随硬不断下降，故合金强度随硬度增大而增大。此时强度与硬度之间有如下关系式：度增大而增大。此时强度与硬度之间有如下关系式：含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含含1.2%C的铁碳合金显微组织的铁碳合金显微组织 FeFe3 3C C极脆相，无塑、韧性；合金塑性极脆相，无塑、韧性；合金塑性变形完全由变形完全由 F F 提供，随提供，随C%C%增高，增高，F F不断减少，不断减少，故塑韧性

26、不断下降。故塑韧性不断下降。过共析钢：过共析钢： P + FeP + Fe3 3C C先先，为韧性组织脆性组织，为韧性组织脆性组织 与脆性组织与脆性组织FeFe3 3C C先先的形态直接相关：的形态直接相关： C C0.9%1.0%0.9%1.0%0.9%1.0%后，后， 随随C C而陡降。而陡降。原因原因：C C0.9%1.0%0.9%1.0%0.9%1.0%后，后， 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 材料的硬度太软材料的硬度太软, ,容易粘刀容易粘刀, ,切削热大切削热大, ,影响表面粗糙度。影响表面粗糙度。 材料的硬度太硬材料的硬度太硬, ,刀具磨损严重。刀具磨损严重。 钢的硬度为钢的硬

27、度为HB170HB170250250时，切削加工性能较好。时，切削加工性能较好。 共晶成分的铸铁流动性好，缩孔集中，偏析小，铸造性好。共晶成分的铸铁流动性好，缩孔集中，偏析小，铸造性好。 液相线和固相线距离越大，流动性差，分散缩孔多，偏析大，铸造性液相线和固相线距离越大，流动性差，分散缩孔多，偏析大，铸造性越差。所以，钢的铸造性差。越差。所以，钢的铸造性差。低碳钢塑性好，可锻性好。随含碳量增加，可锻性变差。低碳钢塑性好，可锻性好。随含碳量增加，可锻性变差。含碳量对铁碳合金组织和性能的影响锰的影响锰的影响: : 脱氧剂。有益元素，碳钢中不超过脱氧剂。有益元素，碳钢中不超过0.8%0.8% 固溶强

28、化；固溶强化； 形成形成MnSMnS，消除硫的有害影响。，消除硫的有害影响。钢中的杂质元素和钢锭组织硅的影响硅的影响: : 脱氧剂。有益元素，碳钢中含量不超过脱氧剂。有益元素，碳钢中含量不超过0.5%0.5% 固溶强化。固溶强化。 少量的锰、硅、硫、磷及微量的氧、氢、氮等元素，它们会影响到少量的锰、硅、硫、磷及微量的氧、氢、氮等元素，它们会影响到钢的质量和性能。钢的质量和性能。00.51.01.52.02.5-75075150225300C,NPSiMnMoNi低碳铁素体中固溶强化效果低碳铁素体中固溶强化效果MeMe(%)(%)S S/MPa/MPa硫的影响硫的影响: : 有害元素，矿石和燃料

29、带入。有害元素，矿石和燃料带入。 以以FeSFeS夹杂物形式存在晶界上夹杂物形式存在晶界上“热脆热脆”。 原因：形成原因：形成Fe+FeSFe+FeS共晶，熔点为共晶，熔点为989989，低于热加工的加热温度，低于热加工的加热温度11501150，而导致热加工时开裂。，而导致热加工时开裂。 若钢中含氧量高时，还会形成熔点更低（若钢中含氧量高时，还会形成熔点更低（940940）的）的Fe+FeO+FeSFe+FeO+FeS三相共晶，危害更大。三相共晶，危害更大。防止热脆：防止热脆： 降硫。降硫。 普通碳素结构钢要求：普通碳素结构钢要求：S0.040%0.050%S0.040%0.050% 改变硫

30、的存在方式：加入适当的改变硫的存在方式：加入适当的MnMn，MnMn与与S S的化学亲和力大的化学亲和力大于于FeFe，优先形成，优先形成MnSMnS，MnSMnS的熔点的熔点16001600，高于热加工温度，可避，高于热加工温度，可避免热脆的发生。免热脆的发生。10Fe2030405060708090 FeS500700900110013001500L LL+L+ -Fe-Fe989989L+FeSL+FeS914914 -Fe+-Fe+FeS -Fe+-Fe+FeSFe-FeS相图相图磷的影响：磷的影响： 有害杂质元素；有害杂质元素； 矿石和生铁等炼钢原料带入。矿石和生铁等炼钢原料带入。

31、磷在钢中固溶强化作用很强，但同时剧烈地降低钢的韧性，尤其是磷在钢中固溶强化作用很强，但同时剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性，使韧脆转变温度升高，称为低温韧性，使韧脆转变温度升高，称为“冷脆冷脆”。韧性降低体现在两方面：韧性降低体现在两方面： (1) (1) 冲击功冲击功A Ak k；(2) (2) 韧脆转变温度韧脆转变温度T Tk k温度温度T()T()T Tk k冲击韧性冲击韧性a ak k(J/cm(J/cm2 2) )冲击吸收功冲击吸收功A Ak k(J)(J)韧脆转变温度韧脆转变温度脆性区脆性区韧性区韧性区合金元素对韧脆转变温度的影响合金元素对韧脆转变温度的影响MeMe(%)(%)韧

32、脆转变温度韧脆转变温度-100-50050200150100CPSiMnCuNiCr00.41.22.03.20.81.62.4 2.8氢氢 高温下氢大量溶于钢中。随温度下降，氢在钢中的溶解度急剧降低，氢高温下氢大量溶于钢中。随温度下降，氢在钢中的溶解度急剧降低，氢来不及逸出表面，过饱和氢逐渐在晶界等缺陷处偏聚，并形成氢气，由于体来不及逸出表面，过饱和氢逐渐在晶界等缺陷处偏聚，并形成氢气，由于体积膨胀引起大的内应力，导致微裂纹，这种由氢使钢变脆的现象称为积膨胀引起大的内应力，导致微裂纹，这种由氢使钢变脆的现象称为氢脆。氢脆。 严重的缺陷。严重的缺陷。 消除方法：消除方法： 锻后缓冷。尤其是大型

33、锻件。锻后缓冷。尤其是大型锻件。氮氮 炼钢时氮通过炉气进入钢中。钢件快速冷却时氮因来不及析出而过饱和炼钢时氮通过炉气进入钢中。钢件快速冷却时氮因来不及析出而过饱和固溶在铁素体中。在随后放置中逐渐以固溶在铁素体中。在随后放置中逐渐以FeFe4 4N N形式析出，降低钢的韧性。形式析出，降低钢的韧性。 称为蓝脆称为蓝脆( (在在300300上下应变时最易产生上下应变时最易产生) ) 蓝脆是造成船舶、桥梁灾难性事故的原因之一。蓝脆是造成船舶、桥梁灾难性事故的原因之一。 消除方法：加消除方法：加AlAl形成形成AlNAlN钢材中过饱和氢所引起的缺陷钢材中过饱和氢所引起的缺陷氧氧 氧化物夹杂，如氧化物夹

34、杂，如FeOFeO、A1A12 2O O3 3、SiOSiO2 2、MnOMnO、CaOCaO、MgOMgO等，对等，对钢的塑性、韧性、疲劳强度等影响很大。钢的塑性、韧性、疲劳强度等影响很大。有害元素的利用：有害元素的利用： S S、P P在易切钢中的应用在易切钢中的应用 P P在炮弹钢中的应用。在炮弹钢中的应用。 (一一)填空题填空题1Cr、V在在-Fe中将形成中将形成 固溶体。固溶体。C、N则形成则形成 固溶体。固溶体。2渗碳体的晶体结构是渗碳体的晶体结构是 ，按其化学式铁与碳原子的个数比为，按其化学式铁与碳原子的个数比为 。3当一块质量一定的纯铁加热到当一块质量一定的纯铁加热到 温度时，

35、将发生温度时，将发生a-Fe向向-Fe的转变，此时体积将发的转变，此时体积将发生生 。4共析成分的铁碳合金平衡结晶至室温时，其相组成物为共析成分的铁碳合金平衡结晶至室温时，其相组成物为 ，组织成物为，组织成物为 。 5在生产中，若要将钢进行轧制或锻压时，必须加热至在生产中，若要将钢进行轧制或锻压时，必须加热至 相区。相区。 6当铁碳合金冷却时发生共晶反应的反应式为当铁碳合金冷却时发生共晶反应的反应式为 ，其反应产物在室温下被称为，其反应产物在室温下被称为 。 7在退火状态的碳素工具钢中，在退火状态的碳素工具钢中，T8钢比钢比T12 钢的硬度钢的硬度 ，强度，强度 。 8当当W(C)077一一2

36、11间的铁碳合金从高温缓冷至间的铁碳合金从高温缓冷至ES线以下时，将从奥氏体线以下时，将从奥氏体中析出中析出 ，其分布特征是，其分布特征是 。 9在铁碳合金中，含三次渗碳体最多的合金成分点为在铁碳合金中，含三次渗碳体最多的合金成分点为 ，含二次渗碳体最多的合金成，含二次渗碳体最多的合金成分点为分点为 。 10对某亚共析碳钢进行显微组织观察时，若估计其中铁素体约占对某亚共析碳钢进行显微组织观察时，若估计其中铁素体约占10，其，其W(C) = ，大致硬度为大致硬度为 。 11奥氏体是奥氏体是 在在 的固溶体，它的晶体结构是的固溶体，它的晶体结构是 。 12铁素体是铁素体是 在在 的固溶体，它的晶体

37、结构是的固溶体，它的晶体结构是 。 13渗碳体是渗碳体是 和和 的金属间化合物。的金属间化合物。 14珠光体是珠光体是 和和 的机械混合物。的机械混合物。作业作业15莱氏体是莱氏体是 和和 的机械混合物，而变态莱氏体是的机械混合物，而变态莱氏体是 和和 的机械混合物。的机械混合物。 16在在FeFe3C相图中，有相图中，有 、 、 、 、 五种渗碳体，它们各自的形态特征五种渗碳体，它们各自的形态特征是是 、 、 、 、 。 17钢中常存杂质元素有钢中常存杂质元素有 、 、 、 等，其中等，其中 、 是有害元素，它们使钢产是有害元素，它们使钢产生生 、 。 18纯铁在不同温度区间的同素异晶体有纯

38、铁在不同温度区间的同素异晶体有(写出温度区间写出温度区间) 、 、 。 19碳钢按相图分为碳钢按相图分为 、 、 ；按；按W(C)分为分为(标出标出W(C)范围范围) 、 、 。 10在铁在铁渗碳体相图中，存在着四条重要的线，请说明冷却通过这些线时所发生的渗碳体相图中，存在着四条重要的线，请说明冷却通过这些线时所发生的转变并转变并指出生成物。指出生成物。ECF水平线水平线 、 ；PSK水平线水平线 、 ；ES线线 、 ；GS线线 、 。 21 标出标出FeFe3C相图相图(图图43)中指定相区的相组成物：中指定相区的相组成物： ， ， ， ， 。 ；22铁碳合金的室温显微组织由铁碳合金的室温显

39、微组织由 和和 两种基本相组成。两种基本相组成。23若退火碳钢试样中先共析铁素体面积为若退火碳钢试样中先共析铁素体面积为41.6，珠光体的面积为，珠光体的面积为58.4，则其，则其W(C) 。24若退火碳钢试样中二次渗碳体面积为若退火碳钢试样中二次渗碳体面积为7.3，珠光体的面积为，珠光体的面积为92.7，则其，则其W(C) 。 (二二)判断题判断题 1在铁碳合金中，含二次渗碳体最多的成分点为在铁碳合金中，含二次渗碳体最多的成分点为W(C)：4.3的合金。的合金。 ( ) 2在铁碳合金中，只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应，形成共析组织。在铁碳合金中，只有共析成分点的合金在结晶时才能

40、发生共析反应，形成共析组织。 ( ) 3退火碳钢的塑性与韧性均随退火碳钢的塑性与韧性均随W(C)的增高而减小。而硬度与强度则随的增高而减小。而硬度与强度则随W(C)的增高而不断增高。的增高而不断增高。 ( ) 4在铁碳合金中，渗碳体是一个亚稳相，而石墨才是一个稳定相。在铁碳合金中，渗碳体是一个亚稳相，而石墨才是一个稳定相。 ( ) 5白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。 ( ) 6因为磷使钢发生热脆，而硫使钢发生冷脆，故硫磷都是钢中的有害元素。因为磷使钢发生热脆，而硫使钢发生冷脆，故硫磷都是钢中的有害元素。 ( ) 7在室温下，共析钢的平衡组织为奥氏体。在室温下

41、，共析钢的平衡组织为奥氏体。 ( ) 8纯铁加热到纯铁加热到912时，将发生时，将发生a-Fe一一Fe的转变，体积发生膨胀。的转变，体积发生膨胀。 ( ) 9铁碳合金中，一次渗碳体，二次渗碳体和三次渗碳体具有相同的晶体结构铁碳合金中，一次渗碳体，二次渗碳体和三次渗碳体具有相同的晶体结构 ( ) 10在在FeFe3C相图中，共晶反应和共析反应都是在一定浓度和恒温下进行的。相图中，共晶反应和共析反应都是在一定浓度和恒温下进行的。 ( ) 11在在FeFe3C相图中，凡发生共晶反应的铁碳合金叫做白口铁；凡发生共析反应的铁碳合金相图中，凡发生共晶反应的铁碳合金叫做白口铁；凡发生共析反应的铁碳合金叫做钢

42、。叫做钢。 ( ) 12 珠光体是单相组织。珠光体是单相组织。 ( ) 13白口铁是碳以渗碳体形式存在的铁，所以其硬度很高，脆性很大。白口铁是碳以渗碳体形式存在的铁，所以其硬度很高，脆性很大。 ( ) 14W(C)13的铁碳合金加热到的铁碳合金加热到780时得到的组织为奥氏体加二次渗碳体。时得到的组织为奥氏体加二次渗碳体。( ) 15a-Fe是体心立方结构，致密度为是体心立方结构，致密度为68，所以其最大溶碳量为，所以其最大溶碳量为32。( ) 16-Fe是面心立方晶格，致密为是面心立方晶格，致密为074，所以其最大溶碳量为，所以其最大溶碳量为26。( ) 17钢材的切削加工性随钢材的切削加工性随w(C)增加而变差。增加而变差。 ( ) 18碳钢进行热压力加工时都要加热到奥氏体区。碳钢进行热压力加工时都要加热到奥氏体区。 ( ) 19