第六章 铁碳合金相图和碳钢ppt课件.ppt

第六章铁碳合金相图和碳钢,基本内容：铁碳合金中的相和组织，铁碳相图，碳钢的分类、编号与用途。,1,重点：铁碳合金中的相和组织、铁碳相图形式、工业纯铁和钢的平衡结晶过程分析，难点：室温组织组成物和相组成物相对含量计算。,第一节铁碳合金与铁碳相图,2FeFeFebccfccbcc纯铁在冷却中经历两次同素异构转变,一铁碳合金中的基本相和基本组织,（一）纯铁的晶体结构与性能,纯铁(工业纯铁)的性能：强度低硬度低塑性好铁磁性,3,（二）铁碳合金中的基本相和基本组织,（1）铁素体(或F)：定义:C在体心立方Fe中的间隙固溶体但C在Fe中的溶解度极小:0.0008%(20)0.0218%(727)性能:强硬度低(50HBS80HBS)，塑韧性好(:7080;Ak=160J)钢中基体相；与工业纯铁同,4,1基本相：,（2）奥氏体(或A)定义：C在面心立方Fe中的间隙固溶体溶碳量较大：0.77%(727)2.11%(1148)性能:强硬度较低；塑性较好,变形抗力较低,易于锻压成形;顺磁性。,5,（3）渗碳体(Fe3C)定义：Fe与C形成的金属化合物，含碳量6.69%，性能：强度低：b=30MPa;硬度高：800HB无塑性：=0;=0;Ak=0弱的铁磁性(0.9%后，强度反而下降；,35,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，而受它们的形态的影响相对较小。相构成：FFe3C,随碳含量增加，高硬度的Fe3C增多而低硬度的F减少，故合金硬度线性增大。,（1）硬度：,（2）强度：,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。亚共析钢：F先+P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P组织数量增加，而强硬度很低的F先不断下降，故合金强度随硬度增大而增大；,36,过共析钢：Fe3C先+P，为韧性组织脆性组织与脆性组织(Fe3C先)的形态直接相关：C0.9%1.0%后，随C而陡降。,出现网状Fe3C,Fe3C极脆相，无塑、韧性；合金塑性变形完全由F提供，随C%增高，F不断减少，故塑韧性不断下降。,37,1、切削加工性能材料的硬度太软,容易粘刀,切削热大,影响表面粗糙度;材料的硬度太硬,刀具磨损严重。钢的硬度为HB170250时，切削加工性能较好。2、可锻性：低碳钢塑性好，可锻性好。随含碳量增加，可锻性变差。3、铸造性：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，铸造性越差。所以，钢的铸造性差。,(4)对工艺性能的影响,38,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。,第二节碳钢,一杂质元素对钢性能的影响,39,（二）硅的影响脱氧剂，硅增大钢液的流动性。可使热轧钢的抗拉强度提高，屈服点提高，伸长率下降。钢的面缩率和冲击韧性下降不明显。但是，当硅含量超过0.81.0%时，则引起面缩率下降，特别是冲击韧性显著降低。,（一）锰的影响脱氧剂。有益元素，碳钢中不超过0.8%，（1）固溶强化；（2）形成MnS，消除硫的有害影响。,40,（三）硫的影响一般来说，硫是有害元素，它主要来自生铁原料、炼钢时加入的矿石和燃料燃烧产物中的二氧化硫。硫在铁中的溶解度很小。室温时，硫以硫化物夹杂的形式存在于固态钢中。硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，即产生所谓热脆。硫通过形成硫化物夹杂而对钢的力学性能发生影响。增加钢中的含硫量，使硫化物夹杂的含量增高，钢的范性和韧性将降低，同时，钢材力学性能的方向性增大，钢的热加工性能也变坏。硫对钢力学性能的影响，不仅和钢的含硫量有关，而且还和所形成的硫化物夹杂的大小、形状和分布，并与基体的组织有关。,41,改变硫的存在方式：加入适当的Mn，Mn与S的化学亲和力大于Fe，优先形成MnS，MnS的熔点1600，高于热加工温度，可避免热脆的发生。,硫能提高钢材的切削加工性，这是硫的有益作用。在易削钢中，含硫0.080.2%，同时含0.501.20%Mn。,在大多数情况下，由于硫的有害影响，同时也考虑到硫的偏析倾向很大，所以，一般对钢的含硫量限制甚严。在普通质量碳钢中，硫含量不大于0.055%，在优质钢中不大于0.045%，在高级优质钢中不大于0.02%。,42,（四）磷的影响一般来说，磷是有害杂质元素。它来源于矿石和生铁等炼钢原料。钢中残余含磷量与冶炼方法有很大关系。,磷在纯铁中有相当大的溶解度。磷能提高钢的强度，但使范性、韧性降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧升高，即提高钢的冷脆性。,43,1、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固溶在铁素体中。在随后放置中逐渐以Fe4N形式析出，降低钢的韧性。称为蓝脆(因300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。消除方法：加Al形成AlN,2、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，但氢来不及逸出表面，过饱和氢逐渐在晶界等缺陷处偏聚，并逐渐形成氢气，体积膨胀引起大的内应力，导致微裂纹，这种氢使钢变脆的现象称为氢脆严重的缺陷。消除方法：锻后缓冷。尤大型锻件。,（五）氮、氢、氧等微量气体的影响,44,白点,发裂,45,3、氧：氧化物夹杂物，如FeO、A12O3、SiO2、MnO、CaO、MgO等，对钢的塑性、韧性、疲劳强度等影响很大。有害元素的利用：S、P在易切钢中的应用P在炮弹钢中的应用。,46,第二节碳钢分类、编号及用途,按化学成分：低、中、高碳钢：0.25%；0.6%用途：结构钢工具钢质量：优质、高级优质、普通；(S、P),47,1分类,2钢编号,反映：成分、用途（1）普通碳素结构钢（0.06%0.4%）力性要求Q195、Q215、Q235、Q255、Q275；Q235-AF,(2)优质碳素结构钢(0.06%0.70%),08F、10、20:,48,塑韧性、焊接性好冷冲、焊接、渗碳件,调质后综合机性好调质件,强度高、弹性极限高弹性元件,25、30、35、40、45:,50、60、65:,(3)碳素工具钢（0.65%1.35%）,T7、T8：一定韧性冲头、锤子、凿子,T9、T10：硬度高、韧性适中；钻头、手锯条、刨刀,T12(A)、T13：硬度高、韧性低锉、刮刀、量具,49,课后习题,1、根据铁碳相图，说明产生下列现象的原因：(1)在1100，W(C)04的钢能进行锻造，而W(C)40的生铁则不能锻造；(2)含碳量高的白口铸铁可做耐磨零部件；(3)绑扎物件一般