5-铁碳合金PPT演示课件

第五章铁碳合金,第一节铁碳合金基本组元、组织及其性能第二节铁碳相图分析第三节碳钢及合金钢概述,1,第一节铁碳合金基本组元、组织及其性能,一、铁碳合金基本组元二、铁碳相图分析（认识相图结构，点线区，三种反应）三、基本组织及其性能（组织名称、特点、性能）,2,钢铁是铁基合金（黑色金属）的总称。铁和碳是钢铁材料两个最基本的组元。碳的质量分数0.0218%Wc2.11%称为钢，2.11%Wc6.69%称为铁或铸铁。不特意加入合金元素的钢称为碳素钢（简称碳钢），而特意加入一种或数种一定量合金元素的钢称为合金钢。,钢铁材料是目前乃至今后很长一段时间内人类社会中最为重要的金属材料。为了熟悉并合理利用钢铁材料，应了解铁与碳的相互作用，认识铁碳合金的本质及其成分、组织结构与性能之间的关系。,3,所研究的Fe-Fe3C相图的位置,Fe铁是过渡族元素，熔点为1538，密度是7.87g/cm3。,Fe3C是一种具有复杂结构的间隙化合物，通常称渗碳体。含碳量6.69%，硬度很高，强度低，塑性韧性很差。理论熔化温度1227。是介稳定化合物，条件适当时，会分解成单质状态的石墨C。,碳质量分数超过6.69%的铁碳合金脆性很大，没有使用价值,所以有使用意义并被深入研究的只有Fe-Fe3C这一部分。,一、铁碳合金基本组元,4,固态铁随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。该特性是钢铁材料通过热处理获得多种组织结构与性能的理论依据。,固态铁的特性同素异构转变,5,二、铁碳相图分析（相图结构，点线区，三种反应）,1、铁碳相图中主要的点、线、区分析,(1)点(见P69),(2)线液相线固相线三条水平线三条特征线,(3)区4个单相区1条垂直线7个双相区,L,L+,L+,+Fe3C,+Fe3C,+,6,铁碳合金中的相,液相L铁与碳的液溶体。相是碳在Fe中的间隙固溶体，呈体心立方晶格，在1394以上存在，1495时溶碳量为0.09%。相是碳在Fe中的间隙固溶体，呈体心立方晶格。其中碳的固溶度室温时约为0.0008%，600时为0.0057%，在727时为0.0218%。其性能特点是强度低、硬度低、塑性好相是碳在Fe中的间隙固溶体，呈面心立方晶格。其中碳的固溶度在1148时为2.11%。其性能特点是强度较低，硬度不高，易于塑性变形Fe3C相是一个金属化合物（又称渗碳体），根据其生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态，对铁碳合金的力学性能有很大影响。,+L,+Fe3C,+Fe3C,L,7,2、铁碳相图中三种基本转变,8,铁碳相图中三种基本的转变,在1495发生包晶转变,J,在727发生共析转变,在1148发生共晶转变,9,共析转变：在一定温度下，一定成分的固相同时转变成两种成分和晶体结构完全不同的新固相的过程。共晶转变：在一定温度下，一定成分的液相同时转变成两种成分和晶体结构完全不同的新固相的过程。,共析转变：+,转变产物：共析组织,共晶转变：L+,转变产物：共晶组织,注意：共析转变与共晶转变的区别,10,三、基本组织及其性能（组织名称、特点、性能）,相：面心立方，C处在八面体间隙位置，用符号表示。组织：称为奥氏体，用符号A表示。,含碳量：02.11%温度范围：7271495,力学性能：强度、硬度低；塑性好。,钢材加热到奥氏体区后进行锻造和轧制。,奥氏体不锈钢（188型不锈钢）,1、奥氏体（A）C溶于-Fe形成的固溶体,11,相：体心立方，C处在八面体间隙位置，用符号表示。组织：称为铁素体，用符号F表示。,含碳量：00.0218%(727)00.0008%(室温)温度范围：912,力学性能：强度、硬度低；塑性好。,工业纯铁0.02%C，冷轧提高强度，得到冷轧板。,2、铁素体（F）C溶于-Fe形成的固溶体,12,相：+Fe3C两种相组成组织：珠光体，用符号P表示,含碳量：0.77%(称为共析钢)温度范围：727,力学性能：强度、硬度较高；塑性较好。钢丝绳,3、珠光体（P）和Fe3C形成的机械混合物,13,共析钢室温组织珠光体（P）,14,相：+Fe3C两种相。组织：莱氏体或室温莱氏体，用符号Ld表示。,含碳量：4.3%(称共晶白口铸铁)温度范围：1.0%时：b而HB。为什么？,38,1.硬度主要决定于组织中组成相或组织组成物的硬度和质量分数，随碳含量的增加，合金的硬度呈直线关系增大。,2.强度对组织形态很敏感。随碳含量的增加，亚共析钢中P增多而F减少。P的强度比较高，所以亚共析钢的强度随碳含量的增大而增大。到约wc=0.9时，Fe3C沿晶界形成完整的网，强度迅速降低。,3.随碳含量的增大，F量不断减少，合金的塑性、韧性连续下降。,39,对于应用最广的结构材料亚共析钢，合金的硬度、强度和塑性可根据成分或组织作如下估算：,或硬度80F%+800Fe3C%(HB),强度230F%+770P%(MPa),延伸率()50F%+20P%(%),工业上广泛使用的钢含碳量1.31.4。,硬度80F%+180P%(HB),40,四、铁碳相图的应用,1、在铸造上的应用2、在锻造上的应用3、在热处理上的应用,41,第三节碳钢及合金钢概述,一、钢中常存在的杂质元素及其影响二、钢的分类、编号及应用,42,一、钢中常存在的杂质元素及其影响,1、Mn脱氧；减轻S的影响；固溶强化。,2、Si固溶强化,3、S热脆,4、P冷脆,43,（一）钢的分类,按质量分,优质碳钢（Ws0.040%，Wp0.040%）,普通碳钢（Ws0.055%，Wp0.045%）,高优碳钢（Ws0.030%，Wp0.035%）,按用途分,工具钢（主要用于刀具、量具、模具）,结构钢（主要用于工程构件、机器零件）,按含碳量分,低碳钢（Wc0.25%）,中碳钢（Wc0.250.60%）,高碳钢（Wc0.60%）,二、钢的分类、编号及应用,44,（二）钢的编号,(1)普通碳素结构钢,（a）甲类钢：按力学性能供应,表示方法：甲1（A1）、甲2（A2）甲7（A7）,注意：由于不保证化学成分，所以热处理时不能依甲类钢来选材，应依乙类钢选，才能根据相图制定热处理工艺。,1、碳钢的编号,45,（b）乙类钢：按化学成分供应,表示方法：乙1（B1）、乙2（B2）、乙7（B7）,注意：可以热处理，但属于普碳钢，性能改善不大。,（c）特类钢：根据要求供货，保证化学成分和力学性能。,表示方法：C2、C3、C4、C5,注意：价格太高，一般不用，经常选优质碳素钢。,46,Q235AF,新编号,质量等级：A级、B级、C级、D级,F沸腾钢、Z镇静钢、b半镇静钢,47,用途：钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,热处理：热轧空冷组织：SF,48,多边型角钢,钢筋、螺纹钢,螺钉、铆钉,49,（2）优质碳素结构钢,（a）普通锰含量钢：碳含量用两位数字表示，以0.01为单位，如45钢，含C量为45/10000=0.45%。,（b）较高锰含量钢：碳含量用两位数字表示，以0.01%为单位，后面加汉字“锰”或化学符号“Mn”，如45锰或45Mn钢。,分为普通锰含量钢和较高锰含量钢。,50,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,热处理：渗碳、淬火、回火等。,40Mn钢,钢牌号：,40钢,51,汽车曲轴,弹簧,齿轮,52,（3）碳素工具钢,牌号:“碳”或T碳含量（千分之几表示)+符号,用途：,制造各种刃具、模具、量具。例如冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,T10A钢,53,螺纹量规,锉刀,钻头,54,2、合金钢的编号,（1）合金结构钢,原则：字母数字化学元素符号数字符号（A）,例1：12CrNi3A12铬镍3高级优质钢,55,例：GCr15滚铬15钢,例2：Y40Mn易切削40锰钢,特例：GCr钢中Cr后的数字表示的是千倍,另外，还有GCr9、GCr6、GCr15SiMn等,56,（2）合金工具钢,原则：钢中平均含碳量Wc1.0%时不标，Wc1%时以千分之几表示。合金元素含量为百分之几。,例1：9SiCr9硅铬（低合金工具）钢,57,特例：高速钢平均碳含量2.1%5.价格最高的钢是（）。（a）T10（b）W18Cr4V（c）38CrMoAl（d）Cr12,73,1.在退火状态下，随含碳量增加，钢的强度总是提高的。（）2.在退火状态下，随含碳量增加，钢的硬度总是提高的。（）3.高碳钢的耐磨性总高于低碳钢的耐磨性。（）,74,1完全退火后含碳量为1.0的钢比含碳量为0.5的钢硬度高。2钳工用手工锯锯T10、T12钢料时比锯10、20钢料费力，锯条容易磨钝。3在室温下，含碳量为0.8的钢其强度比含碳量为1.2的钢高。4含碳量为0.45的钢加热到1200开始锻造，冷却到800停止锻造。,三、根据FeFe3C相图，说明产生下列现象的原因。,75,5铁丝易折弯，铸铁易破裂，为什么？,7为什么绑扎物体一