第四章铁碳合金

第四章铁碳合金第一节纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能同素异构转变—金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。同素异晶体—以不同晶体结构存在的同一种金属的晶体。δ—Feγ—Feα—Fe（体心立方）（面心立方）（体心立方）相图分析：重要的点和线重要的点J、C、S第二节铁碳合金相图分析一、钢和白口铸铁结晶过程分析及组成物计算室温AAAAA+Fe3CⅡ+LdPP+Fe3CⅡ+L′dL+Fe3CⅠJ点为包晶点，反应式：C点为共晶点，反应式：S点为共析点，反应式：重要的线：ABCD—液相线；AHJECF—固相线；水平线HJB—包晶线；水平线ECF—共晶线；水平线PSK—共析反应线（A1线）；GS—合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线（A3线）;ES—碳在A中的固溶线（Acm线）；PQ—碳在F中的固溶线。根据相图，铁碳合金可分为三类：工业纯铁（C≤0.0218%）钢（0.0218%＜C≤2.11%）亚共析钢（0.0218%＜C＜0.77%）共析钢（C=0.77%）过共析钢（0.77%＜C≤2.11%）白口铸铁（2.11%＜C＜6.69%）亚共晶白口铸铁（2.11%＜C＜4.3%）过共晶白口铸铁（4.3%＜C＜6.69%）共晶白口铸铁（C=4.3%）1、共析钢：相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）相图分析：相对重量为：2、亚共析钢：（0.0218%＜C＜0.77%）

组织组成物为：珠光体（P）相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）（含碳量为C=0.4%）它们的相对重量为：组织组成物为：F和P它们的相对重量为：3、过共析钢（0.77%＜C≤2.11%）相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）（C=1.2%）它们的相对重量为：组织组成物为：Fe3CⅡ和P它们的相对重量为：4、共晶白口铸铁（C=4.3%）组织组成物为：相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）5、亚共晶白口铸铁（2.11%＜C＜4.3%）相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组织组成物为：P、和6、过共晶白口铸铁（4.3%＜C＜6.69%）相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组织组成物为：和注意：工业纯铁的室温平衡组织为F，由于其强度低、硬度低，不宜作结构材料。三、Fe—Fe3C相图的应用（1）在钢铁材料选用方面的应用1、建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料—碳质量分数较低的钢材2、各种机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料—碳质量分数适中的中碳的钢材3、各种工具要用硬度高和耐磨性好的材料—碳质量分数高的钢材4、纯铁的强度低，不宜用作结构材料，但由于其导磁率高，可作软磁材料使用—电磁铁的铁芯.5、白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好、铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件—拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。（2）在铸造工艺方面的应用根据相图可以确定：1、合金的浇注温度一般在液相线以上2、纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好（3）在热处理工艺方面的应用一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据相图确定的。在运用此相图时应注意以下两点：（1）此相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态，如含其它元素，相图将发生变化。（2）此相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态，若冷却或加热速度较快时，其组织转变就不能只用相图来分析了。第三节碳钢一、钢中常存杂质元素的影响（1）锰的影响在钢中它是一种有益元素，在碳钢中含锰量通常＜

0.80%；在含锰合金钢中，含锰量控制在1.0~1.2%范围。作用：1、大部分锰溶于F中，形成置换固溶体，并使F强化；2、一部分则溶于渗碳体中，形成合金渗碳体，提高钢的强度；3、锰能增加珠光体相对量，并使珠光体变细，提高钢的强度；4、锰与硫化合成MnS，能减轻硫的有害作用。（2）硅的影响在钢中它是一种有益元素，在碳钢中含硅量通常＜

0.35%；它能溶于F中，使F强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。（3）硫的影响硫在钢中是有害杂质，它不溶于铁，而以FeS形式存在，会使钢产生热脆性。（4）磷的影响磷在钢中是有害杂质，它全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢产生冷脆性。（一）碳钢的分类1、按钢的含碳量分类低碳钢—≤0.25%高碳钢—≥0.60%中碳钢—0.30~0.55%二、碳钢的分类、编号和用途2、按钢的质量分类普通碳素钢—S、P分别≤0.55%和0.45%高级优质碳素钢—S、P含量分别≤0.030%和0.035%优质碳素钢—S、P含量均应≤0.040%3、按用途分类（1）碳素结构钢—主要用于制造各种工程构件（桥梁、船舶、建筑等）和机器零件（齿轮、轴、螺钉、螺母、曲轴、连杆等），这类钢一般属于低碳和中碳钢。（2）碳素工具钢—主要用于制造各种刀具、量具、模具。这类钢一般属于高碳钢(含碳量在0.65%~1.35%之间).4.按冶炼时脱氧程度不同分类沸腾钢——不脱氧气的钢镇静钢——为完全脱氧钢半镇静钢——为半脱氧钢（二）碳钢的编号和用途（1）甲类钢—按保证机械性能供应其钢号以“甲”或“A”字加上阿拉伯数字表示，共有7级即A1、A2、A3~A7（或甲1、甲2、甲3、…甲7），数字愈大的甲类钢，其屈服强度和抗拉强度愈大，但延伸率却小。甲类钢的使用范围：A1、A2、A3钢塑性较高，有一定强度，通常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等用于桥梁、建筑等钢结构，也用于制造普通的铆钉、螺钉、地脚螺丝、轴套、联片、销轴等。A4、A5钢强度较高，用于制造轧制成钢结构用的各种型条钢和钢板，以及农业机械用型钢和异型钢。A6、A7钢的强度更高，可用于制造工具轧辊和农业机械零件，如割草机和拔麻机的轴等。1、普通碳素结构钢由于甲类钢只保证机械性能而不保证化学成分，因而热处理有困难。一般情况，都不经热处理而在供应状态下直接使用。（2）已类钢—按保证化学成分供应其钢号以“已”或“B”字加上阿拉伯数字表示，共有7级即B1、B2、B3、…B7（或已1、已2、已3、…已7），数字愈大的已类钢，其含碳量愈高。已类钢的用途与相同序号的甲类刚相同，由于它的化学成分是已知的，因此它可以通过适当的热处理提高其性能。（3）特类钢—根据用户提出要求供应的，其钢号以“C”字加上阿拉伯序数表示。它即保证化学成分又保证机械性能。但实际上很少见到这类钢。关于普碳钢的编号，例如：A3表示甲类平炉3号普通碳素结构钢。CY3表示特类氧气转炉3号普通碳素结构钢。BJ2表示已类碱性转炉2号普通碳素结构钢。2、优质碳素结构钢—同时保证钢的化学成分和机械性能这类钢含S、P量较少（≤0.04%），纯洁度、均匀性及表面质量都比较好。因此这类钢的塑性和韧性都比好。根据化学成分不同，优质碳素结构钢又分为普通含锰量钢和较高含锰量钢两类。优质碳素结构钢的表示方法：（1）正常含锰量的优质碳素结构钢：对于C≤0.25%的碳素结构钢，为含锰0.35~0.65%；而对于C＞0.25%的碳素结构钢，为含锰0.50~0.80%。这类钢的平均含碳量用两位数字来表示，以0.01%为单位。例如：钢号45，表示含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。（2）较高含锰量的优质碳素结构钢：对于0.15~0.60%的碳素结构钢，为含锰0.70~1.0%；而含碳量0.60%的碳素结构钢，为含锰0.9~1.2%。表示方法：在表示含碳量的两为数字后面附以汉字“锰”或化学符号“Mn”。例如：钢号20Mn表示平均含碳量为0.20%，含锰量为0.7~1.0%的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢主要用于制造机械零件。优质碳素结构钢的化学成分和机械性能见表4-7。3、碳素工具钢它的编号原则是在“碳”或“T”字的后面附以数字来表示，数字表示钢中的平均含碳量，以0.10%为单位。三、碳素结构钢普通碳素结构钢优质碳素结构钢其他专用碳素结构钢Q235-A·F60Mn易切削结构钢锅炉用钢普通碳素结构钢的牌号由钢的屈服强度“屈”Q，屈服强度，质量等级（A、B、C、D）和脱氧方法（F—沸腾钢、Z—镇静钢、b—半镇静钢）例：Q235-Bb表示235MPa，质量等级B级，半镇静钢脱氧程度的普通碳素结构钢。作业：1、对某退火碳素钢进行显微分析，其室温下组织组成物为珠光体和二次渗碳体（网），其中珠光体约占93%，问此碳钢的含碳量大约是多少？相当于什么钢号？2、某工厂仓库积压了许多碳钢（退火态），由于管理不当，不知道是什么钢号，现对其进行金相检验，观察其室温下的显微组织为铁素体和珠光体，但铁素体与珠光体所占的比例不同，大体可区分为以下两种（1）20%F+80%P；（2）50%F+50%P,问这两种钢的含碳量大约是多少？相当于什么钢号？3、下列零件或工具应选用何种碳钢制造：（1）手锯锯条；（2）普通螺钉；（3）车床主轴；（4）车床变速齿轮；（5）锉刀例如：钢号T8、T12分别表示钢中的平均含碳量为0.80%和1.20