第四章铁碳合金相图

1、第四章铁碳合金相图目的:通过掌握FeFe3C相图的知识,为后续学习打下理论基础,为解决铁碳合金的选材、热加工工艺等问题提供理论依据;掌握碳钢的分类、牌号、性能和应用,为正确合理地使用碳钢奠定基础。要求:1.掌握铁碳合金的基本相和组织,了解合金成分组织性能用途之间的关系。2.熟练地掌握FeFe3C相图:(1能默写出FeFe3C相图,正确地填写各临界点的代号、成分和温度。掌握各临界点和线的物理意义,并能填写各相区的相组成物和组织组成物。(2能正确地分析各典型成分铁碳合金的平衡结晶过程,了解在冷却过程中各相成分的变化规律。能初步应用杠杆定律计算在一定温度下平衡相及组织的相对含量。(3初步了解FeFe

2、3C相图的应用及局限性。3.掌握碳钢的分类、编号、性能和应用。重点:FeFe3C相图和典型合金的平衡结晶过程,特别是钢的部分。难点:包晶、共晶和共析转变,结晶过程中各相成分的变化规律,平衡相及组织的相对含量计算。§4-1铁碳合金的基本组织与性能一、工业纯铁Array工业纯铁:0.100.20%杂质,熔点为1538。具有同素异构转变特性。工业纯铁的机械性能:强度、硬度低,塑性、韧性好。770为磁性转变温度。工业纯铁的应用:深冲用铁、低电阻通讯线、电工用纯铁。二、铁碳合金中的基本相结构、组织及其性能1、铁素体(F、a:铁素体:碳原子溶入到a-Fe的间隙中所形成的间隙固溶体。晶格类型为体心

3、立方晶格,C的最大溶解度为0.0218%(727时,室温下溶解度为0.008%。性能:强度、硬度低,塑性、韧性好,耐蚀性好。2、奥氏体(A、:奥氏体:碳原子溶入到-Fe的间隙中所形成的间隙固溶体。晶格类型为面心立方晶格,C的最大溶解度为2.11%(1148时。性能:强度、硬度低,塑性好,易于锻压成型。3、渗碳体(Fe3C、C m:渗碳体:铁和碳形成的一种具有复杂晶格结构的金属间化合物。含碳量为 6.69%。性能:硬度高,塑性、韧性趋于0,脆性极大。渗碳体合理分布可提高合金的强度、硬度等性能。4、珠光体(P:珠光体:铁素体和渗碳体的两相片层状机械混合物。性能介于F和Fe3C之间。5、莱氏体(Ld

4、:莱氏体:奥氏体和渗碳体的两相机械混合物。§4-2铁碳合金相图一、铁碳合金相图分析1、组元:Fe、Fe3C2、点:(温度、成分、意义3、线:ACD液相线;AECF固相线4、重要特性线:平行线:1ECF:共晶反应线,1148,CFeALEC3+,生成莱氏体(Ld,含碳量在2.116.69%间的Fe-C合金会发生共晶反应。2PSK:共析反应线,A1线,727,CFeFAPS3+,生成P,含碳量在0.02186.69%间的Fe-C合金会发生共析反应。曲线:1ES线:Acm线,碳在A中的固溶线,1148时最大,为2.11%C,727时最小,为0.77%C。含碳量大于0.77%的Fe-C合金从

5、1148727时,从A中沿A晶界析出Fe3C。从液相中结晶出的Fe3C称为Fe3C。2PQ线:碳在F中的固溶线,727时最大,为0.0218%C, 0时最小,为0.0008%C。含碳量大于0.0218%的Fe-C合金从7270时,从F中或沿F晶界析出Fe3C。Fe3C、Fe3C和Fe3C仅在来源和分布方面有所不同,并无本质区别,它们的含碳量、晶格类型、本身性能均相同。 5、Fe-C合金分类按含碳量和组织不同,铁碳合金相图上的各种合金分为三类:1工业纯铁:含碳量小于0.0218%Fe-C合金2钢:含碳量在0.0218%2.11%间的Fe-C合金,包括亚共析钢(0.02180.77、共析钢(0.7

6、7、过共析钢(0.772.113白口铸铁:含碳量在2.11%6.69%间的Fe-C 合金,包括亚共晶白口铸铁(2.114.30%、共晶白口铸铁(4.30%,过共晶白口铸铁(4.306.69%二、典型合金结晶过程分析 1、共析钢(P A A L L +321 2、亚共析钢(P FF A AA L L +4 321 3、过共析钢(II II C Fe P C Fe A A A L L 343321+ 4、共晶白口铸铁('21LdLd L 5、亚共晶白口铸铁(+21A L L Ld A +332II C Fe Ld A '3Ld P C Fe II +6、过共晶白口铸铁(+231I

7、C Fe L L Ld C Fe I +3'33Ld C Fe I + 三、含碳量与铁碳合金机械性能的关系1、含碳量与铁碳合金平衡相组成物和组织组成物的关系 2、含碳量对铁碳合金机械性能的影响四、铁碳合金相图的应用1、选材: 性能组织成分材料 2、铸造:确定合理浇注温度,断定铸造性能,制定铸造工艺 3、锻造:选择适当温度范围进行锻造 4、热处理:选择合理的加热温度§4-3 碳素钢一、钢中杂质元素对钢性能的影响1、Mn (锰溶入F 中固溶强化;与S 形成MnS ,减轻S 的有害作用;有益元素,含量<0.8%。2、Si (硅 溶入F 中固溶强化;有益元素,含量<0.3

8、5%。3、S (硫有害杂质,以FeS 形式存在,与Fe 形成低熔点(985共晶体(FeS+Fe ,分布于晶界处,而钢进行热加工的开始温度一般为11501250,此时分布在晶界上的共晶体处于熔化状态而导致钢开裂热脆;因此必须严格控制S 含量,Mn 与S 形成高熔点(1620铁碳合金的成分与机械性能的关系的MnS,呈粒状分布于晶粒内,避免了热脆。4、P(磷有害杂质,溶入F中,室温下使钢的塑性、韧性急剧下降,脆韧转变温度升高冷脆。5、氧、氮、氢二、碳素钢的分类、钢号和主要用途(一碳素钢的分类1、按钢中含碳量分类 2、按钢的冶金质量分类 3、按钢的用途分类 4、按炼钢时的脱氧程度分类 (二、钢的编号1、普通碳素结构钢Q ×××- 质量等级符号、脱氧方法符号 屈服强度 屈服强度数值(MPa A 、B 、C 、D 质量依次提高 F 、b 、Z 、TZ 2、铸钢ZG×××-×