课件第二章碳钢

1、碳含量对碳含量对Fe-CFe-C合金组织和性能的影响合金组织和性能的影响ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227工业纯铁工业纯铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁共析钢共析钢过共析钢过共析钢过共晶白口铁过共晶白口铁共晶白口铁共晶白口铁亚共析钢亚共析钢ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdL

2、d+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312270.02%0.40%1.2%0.77%2.11%3.0%4.3%5.0%(1)工业纯铁（C0.01%）：ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld114872715381

3、49513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312270.01%WF= （6.69-0.01）/6.69=99.85%WFe3C=1-WF=0.015%哪些相？百分比是多少？LL+AAA+FFF+Fe3C ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227040%L L+A A

4、F+A F+P 相组成：WF=(6.69-0.40)/6.69=94.%组织组成：WP=(0.40-0.0218)/(0.77-0.0218)=50.5%亚共析钢哪些相？百分比是多少？组织组成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312270.77%共析钢（C0.77%）：相组成：WF= (6.69-0.

5、77)/6.69=88.4组织组成：WP=100%共析钢（C0.77%）：LL+AAP 哪些相？百分比是多少？组织组成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312271.2%L L+A A A+ Fe3C P+ Fe3C 过共析钢（C1.2%）：哪些相？百分比是多少？组织组成及其百分比?相组成: WF=(

6、6.69-1.2)/6.69=82%组织组成：WP=(6.69-1.2)/(6.69-0.77)=92.7%WFe3CII=1-92.7%=7.3%ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312272.11%相组成：WF=(6.69-2.11)/6.69=68.5%组织组成：WP=(6.69-2.11)/(6.69-0

7、.77)=77% WFe3CII=1-Wp=23%哪些相？百分比是多少？组织组成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312273.0%LL+AA+LdA+ Fe3C+LdP+ Fe3C+Ld LL+AA+LdA+ Fe3C+LdP+ Fe3C+Ld 相组成：WF=(6.69-3.0)/6.69=55%组

8、织组成WLd=(3.0-2.11)/(4.3-2.11)=40.6%WP=(6.69-2.11)/(6.69-0.77)*(1-40.6%)=59.4%*77%=45.7%WFe3CII=1-40.6%-45.7%=13.7%亚共晶白口铁（C3.0%）： 哪些相？百分比是多少？组织组成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.

9、090.170.5312274.3%LLdLd LLdLd 相组成：WF=(6.69-4.3)/6.69=35.7%组织组成：Ld=100%共晶白口铁（C4.3%）哪些相？百分比是多少？组织组成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227LL+ Fe3CLd+ Fe3CLd+ LL+ Fe3CLd+

10、Fe3CLd+ Fe3C Fe3C 5.0%相组成：WF=(6.69-5.0)/6.69=25.3%组织组成 WLd=(6.69-5.0)/(6.69-4.3)=70.7%WFe3CI=29.3%过共晶白口生铁（C5.0%）：哪些相？百分比是多少？组织组成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312271

11、00 0FFe3C相组成百分含量共析钢亚共析钢过共析钢亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁组织组成百分含量FP77%Fe3CIIFe3CILdC含量的增加Fe3C 百分含量增加Fe3C 分布和形态发生变化铁素体晶界薄片珠光体中的层片状沿原奥氏体晶界分布的网状莱氏体中的基体分布在莱氏体上的粗大片状C含量的增加F Fe3CHBS b d y ak Fe-Fe3C相图的实际应用1，为选材提供依据：碳含量对组织和性能的影响规律合理选材低碳钢(0.1-0.25%)塑性、韧性好建筑结构、容器中碳钢(0.25-0.6%)强度、塑性、韧性好轴类零件高碳钢(0.6-1.3%)高硬度、耐磨工具类零件白口铁（2.11

12、-6.69%）高硬度、耐磨、高脆性不受冲击的耐磨件2，为制定热加工工艺提供依据q铸造：1)分析铸造性能优劣；2)确定铸造温度（过热度）；q锻造：1)确定锻造温度；2)分析加热缺陷；q焊接：1)分析焊接组织；2)分析焊接缺陷和应力；q热处理：确定热处理加热温度；0.45%C 铸钢：200出气口浇口杯4.3%C 铸铁：1800铸铁流动性好铸铁流动性好铸钢比较差铸钢比较差螺旋形试验测定流动性螺旋形试验测定流动性出气口出气口浇口杯浇口杯铸铁流动性好，铸钢比较差：(1)过热度：浇注温度和凝固开始温度之差，过热度越大，金属液态保持时间越长，流动越远PbSb20406080204060800流动性（流动性（

13、cmcm）100200300温度（温度（）0ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.53A3AcmA1casting zoneforging and rolling zone合金性能与相图的关系1，合金使用性能与相图的关系合金形成单相固容体时：溶质量 ，硬度、强度 电导率合金形成两相混合物时：成分变化，合金强度、硬度、电

14、导率在两个组分间线性变化，对共晶和共析成分合金，其性能还与两组成相的致密程度有关，组织越细，性能越好。2，合金工艺性能与相图的关系流动性：结晶间隔越大，流动性越差；缩孔倾向：结晶间隔越大，分散缩孔多，共晶点成分易产生集中缩孔。塑性：单相组织塑性好；两相混合物塑性差。热处理性能：在相图中存在如下变化的合金才能进行热处理：a）同素异构转变； b）共析转变； c）固溶度变化。钢中杂质对钢性能影响碳钢中的杂质：有益元素：Si、Mn；有害元素：S、P、H、O、N；Si、Mn的影响：1. Si、Mn溶入F体中，形成合金F体，使强度、硬度提高；2. 碳钢中一般：Si0.5%；Mn0.8%；S和P的影响：1.

15、 S引起热脆：FeS与Fe形成低熔点共晶物（989），轧制开裂；2. P引起冷脆：P越多，低温脆性温度越高，易产生脆断；3. S、P使钢材的可焊性降低：焊接接头处有大量夹杂物；4. 钢材质量按S、P含量的分类：1)普通钢：S0.035%0.05%；P0.035%0.045%； 2) 优质钢：S0.030%0.035%；P0.030%0.0353）高级优质钢：S0.020%；P0.030%； S、P元素的合理利用：1) S易切削钢：S的化合物断屑性能好，适合自动车床加工，但是仅适用于不重要的工件，如螺钉、螺母等小件；2）P耐磨铸铁：P形成Fe3P，硬度高，耐磨性好 H,N,O的影响：氢的影响：氢

16、脆H2易在钢中引起针孔，亦称白点，产生脆断，所以压力容器要检查低倍组织；N的影响：1)在冷冲压件中，N能引起应变时效，使压力容器脆性增加； 2)N的有益利用：氮化物（NbN、TiN）有弥散强化作用，使工件的强度、耐热性提高；氧的影响：FeO、SiO2等可形成夹杂物。 铸锭的组织和缺陷镇静钢的组织q缩孔和疏松q区域偏析q气泡铸件缺陷及特征n缩孔缩孔砂型铸造的常见缺陷n气孔铸锭缺陷的消除：除了不能进行压力加工的铸铁、铸铜、铸铝合金之外，大多数合金都可以进行压力加工消除铸造缺陷。铸钢支承辊 Back-up Roll型钢轧辊 Section steel roll压力加工对钢的组织和性能的影响1，冷压力

17、加工对钢的组织和性能的影响（1）塑性变形的主要方式：滑移（位错的滑移）Sliding（3）纯铁和钢在塑性变形过程中的组织变化纯铁的晶粒被拉长或压扁，形成细条状或纤维状-纤维组织碳钢中的渗碳体硬度高，增加了变形阻力，其含量越高，变形阻力越大。(a) 10% (b) 30%(c) 60% (d) 90%(e) Source: From ASM Handbook Vol. 9, Metallography and Microstructure, (1985)（3） 纯铁和钢在塑性变形过程中性能的变化塑性变形晶格畸变、晶体缺陷增加硬度、强度增加塑性、韧性降低加工硬化加工硬化是金属材料重要的强化手段例如

18、：冷拔变形90%的1.0%的高碳钢丝，其强度可以达到3000MPa加工硬化可以实现各种冷变形工艺：拔丝工艺加工硬化可以防止偶然超载时的突然断裂加工硬化（work hardening)择优取向（Orientation）当冷变形达到70-80%形成纤维组织时，各晶粒内原子排列位向趋于一致，称为织构（Texture）或者择优取向(Orientation),表现出材料的各向异性（Heterogeneity ）制耳现象残余应力 (residual stress)冷加工过程中材料各部分变形不均匀或者晶粒内各部分或者各晶粒的变形不均匀，使材料内部形成残余应力，引起零件尺寸不稳定和降低零件抗腐蚀性能。对尺寸精

19、度要求高的零件或者防止应力腐蚀的零件，要进行去应力退火零件表面的残余应力有助于提高寿命，例如喷丸处理2 冷变形钢在加热过程中的组织和性能的变化（一）回复（recovery）、再结晶(recrystallization)和晶粒长大(grain growth)回复：加热到回复温度，不能引起显微组织的变化，保持拉长、破碎的晶粒外形，晶格畸变减轻，内应力下降。1) 回复温度：T回0.250.3T熔（K）；2) 回复应用：如冷卷弹簧去应力退火，使内应力下降，E不变；再结晶：加热到再结晶温度，位错密度大大降低，显微组织发生明显变化，破碎、拉长晶粒变成细小均匀的无变形的等轴晶粒，强度、硬度下降，韧性上升。加

20、工硬化完全消失。T再0.4T熔点（K）再结晶应用：冷轧带钢、冷拔钢丝、深冲工件（弹壳）的再结晶退火 晶粒长大（二次再结晶）：加热温度高于再结晶温度或长时间保温，大晶粒吞并小晶粒长大的现象；晶粒长大会使强度、塑性、韧性下降。尤其是塑韧性影响较明显。影响再结晶晶粒大小的因素 1. 变形程度的影响：1) 变形程度越大，晶粒越细；2) 临界变形程度：某一变形程度下，变形不均匀，再结晶晶核少，再结晶时晶粒极易相互并吞而长大，因而再结晶后晶粒特别粗大。 晶 晶粒粗化粒大小 临界变形程度 变形度 2 退火温度：1)T退T再（150250）； 2)退火温度越高，晶粒越粗 effect of annealing

21、 temperature on grain size in brass Annealed at 400oC, (b) annealed at 650oC, and (c) annealed at 800oC3 纯铁再结晶全图 ：把加热温度和变形程度二因素对晶粒大小的综合影响画在立体坐标图上得到纯铁再结晶全图 晶粒大小 870 800 400 10 20 30 50 75 变形程度（） 纯铁再结晶全图3，热压力加工对钢组织和性能的影响 （1）热加工和冷加工区别再结晶温度为热加工和冷加工的分界线。（2）热压力加工钢的组织和性能奥氏体热压力加工（锻造、热轧）变形强化再结晶软化适当的温度、时间、变形度

22、、冷却速度细珠光体、铁素体、二次渗碳体消除粗大柱状晶、焊合气孔缩松、消除偏析夹杂物形成流线2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.（a）锻造加工吊钩 (b) 切削加工吊钩碳钢的分类和牌号一， 碳钢的分类：1，按碳含量分类：（1）低碳钢（Wc0.25%）（2）中碳钢（ Wc =0.30-0.60）（3）高碳钢（ Wc 0.60）2，按质量分类（P,S含量）（1）普通碳素钢 Ws 0.035, Wp 0.035（2）优