铁碳合金相图和常用钢铁材料综述

铁碳合金相图和常用钢铁材料综述书山有路勤为径，学海无涯苦作舟2020年4月9日星期四Cu－Ni合金相图的建立•70%•100%•50%•1452•L•1452/℃温度••WNi=30%•c•b•c•a•c’•b•0%•b’•a•L+α•c’•1083•a’•b’•a’•1083•α•时间•Cu•30•50•70•Ni•WNi%•a)冷却曲线•b)相图书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•23）碳素工具钢：T+平均含碳量的千分数形成共晶组织的二元相图。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟PSK线：共析线，产生P。•1500•A•1538书山有路勤为径，学海无涯苦作舟ωc↑,则HB↑,δ↓。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟铁碳合金中的基本组织结构性能：G球对基体割裂作用小，力学性能显著书山有路勤为径，学海无涯苦作舟两组元在液态和固态下均可以以任意•最低抗拉强度σb/MPa•例外：高速钢即使其平均含碳量小于1%数字1）匀晶相图两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解，在固态下形成无限固溶体的合金相图。如Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、W-Mo等书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•3相图分析（Cu-Ni）A——纯铜的熔点，1083℃；•LB——纯镍的熔点•B•B•1，1452℃；温度→•••tt21•t3•t4•L+αA1B——液相线；A4’B——固相线；•4’•A•A•αα——Ni溶入Cu形成的置换固溶体。•Cu•Ni•l4•l3•l2•α•l41•α3•W•α2Ni•%α1→书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•42）共晶相图两组元在液态下无限互溶，在固态时有限互溶并发生共晶反应（转变），形成共晶组织的二元相图。Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Ag-Cu等书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•5相图分析.1（Pb-Sn为例）•400•A•327.5•300•L•L+α•L+β•231.9•B温度•200/℃••α•M•19•183•E•N•61.9•97.5•β•100•α＋β•F•G•Pb•10•20•30•40•50•60•70•80•90•Sn•WSn/%书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•6相图分析.1特性线与特性点A——327.5℃，纯Pb的熔点；B——231.9℃；纯Sn的熔点；E——共晶点，WSn=61.9%。AEB——液相线；AMENB——固相线；MEN——共晶线；成分＞M点合金，在此温度线，均发生共晶转变。•7相图分析.2α相，Sn溶入Pb形成的固溶体；β相，Pb溶入Sn形成的固溶体。：一定温度下，由一定成分的液共晶反应相同时结晶出成分各自固定的两个新固相的转变过程。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•8相图分析.3相区与基本相单相区：L、α、β两相区：L+αL+βα+β•400•A•327.5•L•300•L+α•L+β•231.9•B•℃/温度•200•α•M•19•183•E•N•61.9•97.5•β•100•α＋β•F•G•Pb•10•20•30•40•50•60•70•80•90•Sn•WSn/%书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•9二、Fe-Fe3C相图1.铁碳合金中的基本组织结构•铁素体(F)—碳原子溶入α-Fe中形成的间隙固溶体，具有BCC晶格。强度硬度低，塑韧性好。•奥氏体(A)—碳原子溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体，具有FCC晶格。硬度不高，塑性好。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•10渗碳体(Fe3C)—由铁和碳形成的一种具有复杂晶格的金属化合物。其中ωc=6.69％，硬度很高，塑性差、脆性大，熔点为1227℃。弥散强化可提高力学性能。珠光体(P)—由铁素体和渗碳体组成的两相层片状机械混合物。ωc=0.77％,共析产物。莱氏体—Ld(A+Fe3C)或Ld′(P+Fe3C)机械混合物。Fe3C含量多，因而硬度高，脆性大，塑性差。•11•Ⅱ•1500•A•1538•1400•1300•1200•1100•1000•G•912•900•1•1•L•2•L+A•1227•2•E•1148•C•D•F•A•2•3•A+Fe3CII•F•P•S•727•K.••700温度t/℃•3•4•Q相图分析•P+Fe3CII•F+Fe3CIII•P••100•Wc%••图1-16简化的Fe—Fe3C相图•12相图分析——特征点与特性线•A点、D点•C点：共晶点,发生共晶反应LC→Ld(A+Fe3C)•S点：共析点,发生共析反应A→P(F+Fe3C)特性线ACD线、AECF线ECF线：共晶线，共晶反应产生Ld。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•132.相图分析-特性线PSK线：共析线，产生P。•GS线：Wc<0.77%的铁碳合金，缓冷时，开始析出F转变曲线。•ES线：碳在γ铁中的溶解度曲线。1148℃，Wc=2.11%；727℃,Wc=0.77%。缓冷时，析出Fe3CⅡ。•PQ线：F中开始析出Fe3C线。F冷却到该线时将析出Fe3C。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•14三、常用钢铁材料碳素结构钢碳素钢碳素工具钢钢合金结构钢合金钢合金工具钢特殊性能钢书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•151.碳素钢分为低(ωc＜0.30％)、中(0.3%～0.6%)、高碳钢(ωc＞0.6％)。ωc↑,则HB↑,δ↓。钢中有害杂质S：热脆P：冷脆书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•16牌号1）普碳钢：Q195～Q275五类Q235-A：屈服点σs≥235MPa(试样尺寸≤16mm)，质量等级为A级的普碳钢。2）优质碳素结构钢：以两位数字（平均含碳量的万分数）表示牌号45钢—平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。3）碳素工具钢：T+平均含碳量的千分数T8—平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。T12—平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•172.合金钢•合金钢：在碳钢的基础上有意识地加入一种或几种合金元素，使其性能（使用性能和工艺性能）得以提高的铁基合金。•在选择与使用工业用钢时，在满足机械零件使用性能要求的前提下应尽量使用碳钢，必要时才使用合金钢。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•181）合金结构钢书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•19•合金元素平均质量的百分数，小于1.5%不标出2）合金工具钢数字+合金元素符号+数字•含碳量的千分数，ωc≥1%不标•5CrMnMo:ωc=0.5%，Cr、Mn、Mo平均含量均小于1.5%。•例外：高速钢即使其平均含碳量小于1%数字也不标出。如W18Cr4V-高速工具钢，含W18%，Cr4%，V小于1.5%。含碳0.7～0.8%，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟不标出。•203.铸铁3.1铸铁的特征WC>2.11%，不能进行锻造或塑性变形的铁碳合金，其杂质元素Si、Mn、S、P等含量比碳钢多。铸铁熔炼简便，成本低；强度、塑性和韧性较低；良好的铸造性和切削加工性，减振性和耐磨性，低的缺口敏感性等。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•213.2铸铁的分类按碳的存在形式分：⑴白口铸铁Fe3C存在，硬而脆，难以切削加工，很少直接使用。⑵灰口铸铁游离的石墨“G”；⑶麻口铸铁Fe3C+G书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•22铸铁的分类按石墨在铸铁中的形态分：灰铸铁G球墨铸铁G可锻铸铁G蠕墨铸铁G片球团蠕虫状书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•233.3常用铸铁(1)灰铸铁组织：碳钢基体性能:抗拉强度低，塑、韧性差；应用广泛。孕育处理:铁水＋孕育剂（硅铁、硅钙合金人工晶核），形成细小、均匀G片和细化基体，提高力学性能，塑、韧性较好。称孕育铸铁（HT250\HT300\HT350）。+片状石墨，断面呈暗灰色书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•24灰铸铁常用牌号、用途•HT××ו最低抗拉强度σb/MPa•“灰铁”•HT200，σb≥200MPa•：用于机床床身、箱体、底座等应用。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•25（2）球墨铸铁组织：碳钢基体+球状石墨书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•26球墨铸铁性能：G球对基体割裂作用小，力学性能显著提高，塑性、韧性低于钢而高于其他铸铁。牌号•QT×××—×ו最低延伸率％•最低抗拉强度σb/MPa•“球铁”•如QT600-03，σb≥600MPa，δ≥3％•应用：受力复杂，阀门、机座、汽车后桥、拖拉机曲轴、连杆等。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟•27（3）可锻铸铁生产过程：先浇注成白口铸件，间石墨化退火→渗碳体中分解出G团絮。组织：G、韧性有所提高。仍不可锻。应用：形状小而复