第2章 铁碳合金

1、第第2 2章章 铁碳合金铁碳合金本本章章要要求求认识金属的晶体结构与结晶。认识金属的晶体结构与结晶。熟悉简化的铁碳合金状态图，能运用熟悉简化的铁碳合金状态图，能运用铁碳合金状态图分析典型铁碳合金的组铁碳合金状态图分析典型铁碳合金的组织和性能。织和性能。了解碳钢的分类、牌号、性能及应用。了解碳钢的分类、牌号、性能及应用。 第一节第一节 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶一、金属的结构与结晶一、金属的结构与结晶晶体是指原子具有规则排列的物质，而非晶体晶体是指原子具有规则排列的物质，而非晶体其内部原子不具有规则排列。其内部原子不具有规则排列。晶体与非晶体晶体与非晶体具有规则的外形，具有规则的外

2、形，具有固定的熔点，具有固定的熔点，具有各向异性。具有各向异性。晶体的三大特征晶体的三大特征晶格与晶胞晶格与晶胞晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。三维空间格架。晶胞：能代表晶格特征的最小的几何单元。晶胞：能代表晶格特征的最小的几何单元。晶格常数：晶胞中各棱边的长晶格常数：晶胞中各棱边的长度分别用度分别用a a、b b、c c表示，各棱边表示，各棱边之间的夹角用之间的夹角用、表示，表示，a a、b b、c c和和、称为晶格称为晶格常数。常数。二、常见二、常见金属的晶体结构金属的晶体结构面心立方体心体心立方立方密排密排六方六方体心

3、立方晶格体心立方晶格具有体心立方晶格的金属有铬、钨、钼、钒及具有体心立方晶格的金属有铬、钨、钼、钒及铁等，铁等，这类金属塑性较好。这类金属塑性较好。面心立方晶格面心立方晶格具有面心立方晶格的金属有铜、铝、金、镍、具有面心立方晶格的金属有铜、铝、金、镍、铁等，铁等，这类金属塑性优于具有体心立方晶格的金属。这类金属塑性优于具有体心立方晶格的金属。密排六方晶格密排六方晶格具有密排六方晶格的金属有镁、锌、铍等，这类金属具有密排六方晶格的金属有镁、锌、铍等，这类金属通常较脆。通常较脆。2.2.金属的晶体缺陷金属的晶体缺陷1.1.金属的多晶体结构金属的多晶体结构三、金属的实际晶体结构三、金属的实际晶体结构

4、1.1.金属的多晶体结构金属的多晶体结构实际的金属都是由许多结晶位向不同的单晶体组成实际的金属都是由许多结晶位向不同的单晶体组成的聚合体，称为多晶体。每一个小的单晶体叫做晶粒。的聚合体，称为多晶体。每一个小的单晶体叫做晶粒。晶粒与晶粒之间的界面叫做晶界。晶粒与晶粒之间的界面叫做晶界。a)单晶体 b)多晶体2.2.金属的晶体缺陷金属的晶体缺陷晶体缺陷是指由于结晶条件或加工条件诸方面的影响，晶体缺陷是指由于结晶条件或加工条件诸方面的影响，晶体内部的原子排列受到干扰而不规则的区域。晶体内部的原子排列受到干扰而不规则的区域。晶体缺陷晶体缺陷点点缺缺陷陷线线缺缺陷陷面面缺缺陷陷点缺陷点缺陷空间三维尺寸都

5、很小的缺陷。空间三维尺寸都很小的缺陷。u空位空位u间隙原子间隙原子u置换原子置换原子点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。下降。空位和间隙原子引起的晶格畸变空位和间隙原子引起的晶格畸变线缺陷线缺陷位错位错位错：晶体中某处有一位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生有规列或若干列原子发生有规律的错排现象。最常见的律的错排现象。最常见的是刃型位错。是刃型位错。刃型位错的形成刃型位错的形成位错对性能的影响：位错对性能的影响：金金属的塑性变形主要由位错属的塑性变

6、形主要由位错运动引起。阻碍位错运动运动引起。阻碍位错运动是强化金属的主要途径。是强化金属的主要途径。面缺陷面缺陷晶界和亚晶界晶界和亚晶界晶界：晶粒与晶粒之间的交界面。晶界上原子的排晶界：晶粒与晶粒之间的交界面。晶界上原子的排列是不规则的。列是不规则的。晶界结构示意图晶界结构示意图亚晶界：实际上是由一系列刃型位借所形成的小角亚晶界：实际上是由一系列刃型位借所形成的小角度晶界。度晶界。亚晶界结构示意图亚晶界结构示意图晶界的特点：晶界的特点： 原子排列不规则。原子排列不规则。熔点比晶内低熔点比晶内低易被腐蚀易被腐蚀晶界处杂质多，晶界处杂质多， 阻碍位错运动，是强化部阻碍位错运动，是强化部位，因而实际

7、使用的金属力位，因而实际使用的金属力求获得细晶粒。求获得细晶粒。 是相变的优先形核部位是相变的优先形核部位四、四、金属的结晶金属的结晶结晶：金属由液态转变为固态晶体的过程。纯金属结晶：金属由液态转变为固态晶体的过程。纯金属的结晶是在恒定的温度下进行的。的结晶是在恒定的温度下进行的。1 1冷却曲线与过冷现象冷却曲线与过冷现象T0T1T温度（温度（）t 时间时间0纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线过冷现象过冷现象过冷度与冷却速度的关系过冷度与冷却速度的关系理论结晶温度理论结晶温度T T0 0实际结晶温度实际结晶温度T T1 1过冷度过冷度T=TT=T0 0-T-T1 1过冷是金属结晶的必要条件过冷是

8、金属结晶的必要条件2 2纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程 纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律 在一定温度下结晶，需要过冷，结晶时有潜热放出，在一定温度下结晶，需要过冷，结晶时有潜热放出，结晶的过程是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。结晶的过程是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。 晶核的形成方式有两种，即自发形核和非自发形核。晶核的形成方式有两种，即自发形核和非自发形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称自发形核。由液体中排列规则的原子团形成晶核称自发形核。 以液体中存在的固态杂质为核心形核称非自发形核。以液体中存在的固态杂质为核心形核称非自发形核。自发形核与均匀长大自发形核与均匀长大晶核的长大

9、方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。树枝状树枝状长大长大3 3金属结晶后的晶粒大小金属结晶后的晶粒大小结晶后，得到多晶体金属。结晶后，得到多晶体金属。一般，晶粒越细小，强度、硬度越高，一般，晶粒越细小，强度、硬度越高，塑性、韧性也越好。塑性、韧性也越好。晶粒大小对金属性能的影响晶粒大小对金属性能的影响用细化晶粒强化金属的方法称为用细化晶粒强化金属的方法称为细晶强化细晶强化。降降低低浇浇注注速速度度变变质质处处理理附加振动附加振动增加过冷度增加过冷度细化晶粒细化晶粒的措施的措施4 4金属的同素异晶转变金属的同素异晶转变 金属金属在固态下随温度的变化，

10、其晶格类型会发生在固态下随温度的变化，其晶格类型会发生转变，这种现象称为金属的转变，这种现象称为金属的同素异晶转变同素异晶转变。由同素异。由同素异晶转变所得到的不同晶格类型的晶体称为晶转变所得到的不同晶格类型的晶体称为同素异晶体同素异晶体。概念概念由于固态下扩散困难，由于固态下扩散困难，因而比较容易过冷；因而比较容易过冷；固态转变伴随着体积变化，固态转变伴随着体积变化，易产生较大的内应力。易产生较大的内应力。特点特点纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线-Fe -Fe -Fe-Fe -Fe-Fe 13941394 912912 纯铁的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变过程可用下式表示：过程可用下式表示：同素

11、异晶转变不仅存在于纯铁中，而且存在于以同素异晶转变不仅存在于纯铁中，而且存在于以铁为基体的钢铁材料中，在生产中，可利用材料铁为基体的钢铁材料中，在生产中，可利用材料这一特性，通过加热和冷却改变内部组织，达到这一特性，通过加热和冷却改变内部组织，达到改变力学性能的目的。改变力学性能的目的。第二节第二节 合金的晶体结构与合金状态图合金的晶体结构与合金状态图一、基本概念一、基本概念合金：是指由两种或两种以上金属或金属与非金属合金：是指由两种或两种以上金属或金属与非金属所组成的具有金属特性的物质。所组成的具有金属特性的物质。组元：组成合金独立的、最基本的物质称为组元，组元：组成合金独立的、最基本的物质

12、称为组元，简称元。简称元。合金系：合金系：由二个或二个以上的组元按不同比例配制由二个或二个以上的组元按不同比例配制的一系列不同成分的合金，称为一个合金系，简称系。的一系列不同成分的合金，称为一个合金系，简称系。相：是指相：是指合金中凡是结构、成分和性能相同并且与合金中凡是结构、成分和性能相同并且与其它部分有界面分开的均匀组成部分。其它部分有界面分开的均匀组成部分。组织：是指用肉眼或借助显微镜能观察到的具有某组织：是指用肉眼或借助显微镜能观察到的具有某种形态特征的合金组成物。其实质是一种或多种相按种形态特征的合金组成物。其实质是一种或多种相按一定的方式相互结合所构成的整体的总称。它直接决一定的方

13、式相互结合所构成的整体的总称。它直接决定合金的性能。定合金的性能。二、二、合金组织合金组织根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金的相可分为的相可分为固溶体固溶体和和金属化合物金属化合物两大类。两大类。概念：概念：合金在固态下，由于组元间互相溶解而形成的合金在固态下，由于组元间互相溶解而形成的相称为相称为固溶体固溶体，即在某一组元的晶格中溶入其它组元，即在某一组元的晶格中溶入其它组元的原子。在各组元中，晶格类型与固溶体相同的组元的原子。在各组元中，晶格类型与固溶体相同的组元称为称为溶剂溶剂；其他组元称为；其他组元称为溶质溶质。 1.1.固溶体

14、及其性能固溶体及其性能分类：按溶质原子所处位置分为置换固溶体和分类：按溶质原子所处位置分为置换固溶体和间隙固溶体。间隙固溶体。间隙固溶体间隙固溶体溶溶剂剂置换固溶体置换固溶体固溶强化固溶强化: :由于溶质原子溶入溶剂后引起晶格畸变由于溶质原子溶入溶剂后引起晶格畸变, ,使其塑性变形的抗力增大使其塑性变形的抗力增大, ,因而使得合金的强度、硬因而使得合金的强度、硬度提高，度提高，塑性、韧性下降，塑性、韧性下降，这种现象称为固溶强化。这种现象称为固溶强化。概念：合金中其晶体类型与组成元素的晶体类型均概念：合金中其晶体类型与组成元素的晶体类型均不相同的固相称为金属化合物。不相同的固相称为金属化合物。

15、性能：金属化合物熔点高、硬度高、脆性大，塑性、性能：金属化合物熔点高、硬度高、脆性大，塑性、韧性几乎为零。韧性几乎为零。2.2.金属化合物及其性能金属化合物及其性能3.3.机械混合物：在合金中由两种机械混合物：在合金中由两种或两种以上的相按一定的质量分数或两种以上的相按一定的质量分数组成的物质。组成的物质。二、二、合金的结晶合金的结晶合金的结晶与纯金属相似，都遵循形核与核长大的合金的结晶与纯金属相似，都遵循形核与核长大的规律。规律。纯金属的结晶过程可以用纯金属的结晶过程可以用冷却曲线冷却曲线来表示。合来表示。合金的结晶过程比纯金属复杂，因此必须建立金的结晶过程比纯金属复杂，因此必须建立合金相图

16、合金相图才能表示清楚。才能表示清楚。 合金相图就是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下合金相图就是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。它是研究结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。它是研究合金成分、温度和组织结构之间变化规律的重要工具，合金成分、温度和组织结构之间变化规律的重要工具，也是正确制定热加工工艺参数的重要依据。也是正确制定热加工工艺参数的重要依据。1.1.合金相图的建立合金相图的建立T液相线液相线固相线固相线匀晶合金匀晶合金共晶合金共晶合金 2. 2. 二元合金结晶过程分析二元合金结晶过程分析 TDG一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应一种液

17、相在恒温下同时结晶出两种固相的反应叫做叫做共晶反应共晶反应。所生成的两相混合物叫。所生成的两相混合物叫共晶体共晶体。作业：作业：1、名词解释：金属的结晶、过冷现象、过冷度、细、名词解释：金属的结晶、过冷现象、过冷度、细晶强化、固溶强化、变质处理、同素异晶转变晶强化、固溶强化、变质处理、同素异晶转变2、名词解释：合金、组元、相、组织、名词解释：合金、组元、相、组织3、名词解释：固溶体、金属化合物、机械混合物、名词解释：固溶体、金属化合物、机械混合物4、晶体的特点是什么？、晶体的特点是什么？5、常见的晶体结构有哪三种？、常见的晶体结构有哪三种？6、金属的晶体缺陷分为哪三类？、金属的晶体缺陷分为哪三

18、类？7、冷却速度与过冷度的关系。、冷却速度与过冷度的关系。8、晶粒大小对力学性能的影响是什么？、晶粒大小对力学性能的影响是什么？第三节第三节 铁碳合金相图铁碳合金相图 铁碳合金相图是铁碳合金相图是表示在缓慢冷却（加热）条件表示在缓慢冷却（加热）条件下，不同成分的钢和铸铁在不同温度下所具有的组下，不同成分的钢和铸铁在不同温度下所具有的组织或状态的一种图形。它织或状态的一种图形。它是研究碳钢和铸铁的成分、是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础温度、组织及性能之间关系的理论基础, ,是制定热加是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据. .一、铁碳

19、一、铁碳合金的基本组织合金的基本组织1.1.铁素体铁素体碳溶解于碳溶解于-Fe-Fe中形成的间隙固溶体，中形成的间隙固溶体，用用F F或或 表示。表示。 特点：特点：晶粒在显微镜下呈现均匀晶粒在显微镜下呈现均匀明亮、边界平缓的多边形。明亮、边界平缓的多边形。性能：性能：与纯铁相近，强度、硬度与纯铁相近，强度、硬度较低，塑性、韧性较好。较低，塑性、韧性较好。铁素体铁素体2.2.奥氏体奥氏体碳溶解于碳溶解于FeFe中形成的间隙固溶体，中形成的间隙固溶体，用用A A或或 表示表示。 特点：特点：显微组织为边界比较显微组织为边界比较平直的多边形晶粒。平直的多边形晶粒。性能：性能：强度、硬度较高，塑强度

20、、硬度较高，塑性、韧性也好。性、韧性也好。奥氏体奥氏体3.3.渗碳体渗碳体铁与碳形成具有复杂晶格的的金属化铁与碳形成具有复杂晶格的的金属化合物，含碳量合物，含碳量W Wc =6.69%c =6.69%，用用FeFe3 3C C表示表示。 特点：特点：一般呈片状、网状或球状存在于铁碳合金中。一般呈片状、网状或球状存在于铁碳合金中。性能：性能：硬度高，脆性大硬度高，脆性大, ,塑性几乎为零。塑性几乎为零。FeFe3 3C C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：FeFe3 3C3Fe+C(C3Fe+C(石墨石墨),),该反应对铸铁有重要意义。该反应对铸铁有重要

21、意义。常温下碳在铁碳合金中主要以常温下碳在铁碳合金中主要以FeFe3 3C C或石墨的形式存在。或石墨的形式存在。 珠光体珠光体4.4.珠光体珠光体由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，平均含碳量平均含碳量W Wc =0.77% c =0.77% ，用用P P表示表示。 特点：特点：显微组织为铁素体与显微组织为铁素体与渗碳体层片相间。渗碳体层片相间。性能：性能：介于渗碳体与铁素体介于渗碳体与铁素体之间，强度、硬度较高，具之间，强度、硬度较高，具有一定的塑性和韧性，是一有一定的塑性和韧性，是一种综合力学性能较好的组织。种综合力学性能较好的组织。5.5.莱氏体莱氏体铁

22、碳合金中的共晶混合物，高温下是铁碳合金中的共晶混合物，高温下是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，平均含碳量平均含碳量W Wc =4.3% c =4.3% ，用用LdLd表示表示。 特点：特点：显微组织为蜂窝状。显微组织为蜂窝状。性能：性能：与渗碳体相似，硬度与渗碳体相似，硬度很高，塑性、韧性极差。很高，塑性、韧性极差。莱氏体莱氏体二、铁碳二、铁碳合金相图分析合金相图分析1.1.特性点特性点A AC CD DE EG GP PS SQACDACD线：液相线线：液相线AECFAECF线：固相线线：固相线ECFECF线：共晶线线：共晶线PSKPSK线：共析线线：共析

23、线GSGS线：线：A A3 3线，线，奥氏体奥氏体转变为铁素体的开始线转变为铁素体的开始线ESES线：线：A Acmcm线，线，碳在奥碳在奥氏体中的溶解度变化曲线氏体中的溶解度变化曲线PQPQ线：线：碳在铁素体中的碳在铁素体中的溶解度变化曲线溶解度变化曲线2.2.特性线特性线三、铁碳三、铁碳合金的分类合金的分类液液相相线线固固相相线线AcmA3工业纯铁工业纯铁共析钢共析钢亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢共晶白口铁共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁0.0218四、四、铁碳合金的成分、组织与性能的关系铁碳合金的成分、组织与性能的关系含碳量对室温平衡组织的影响含碳量对室温平衡

24、组织的影响 钢钢铁素体铁素体 共析钢共析钢过共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢共析钢白白 口口 铸铸 铁铁二次渗碳体二次渗碳体工工业业纯纯铁铁珠光体珠光体莱氏体莱氏体一次渗碳体一次渗碳体Fe3C钢钢 铁铁分分 类类组织组组织组成物相成物相对量对量%相组成相组成物相对物相对量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次渗碳体三次渗碳体含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：ak/(J/cm2)作业：作业：1、完成下面的表格：、完成下面的表格

25、：FAFe3CPLd间隙固溶体间隙固溶体间隙固溶体间隙固溶体金属化合物金属化合物机械混合物机械混合物机械混合物机械混合物强、硬度较低，强、硬度较低，塑、韧性较好塑、韧性较好强、硬度较高，强、硬度较高，塑、韧性也较好塑、韧性也较好硬度很高，脆性很大，硬度很高，脆性很大，几乎没有塑性几乎没有塑性介于渗碳体与铁素体之间，介于渗碳体与铁素体之间，强硬度较高，具有一定塑强硬度较高，具有一定塑韧性，综合力学性能好韧性，综合力学性能好与渗碳体相似，硬度与渗碳体相似，硬度很高，塑韧性极差很高，塑韧性极差2、珠光体、莱氏体、渗碳体的碳含量分别是多少？、珠光体、莱氏体、渗碳体的碳含量分别是多少？3、珠光体、高温莱

26、氏体、低温莱氏体分别是由什么组成的、珠光体、高温莱氏体、低温莱氏体分别是由什么组成的机械混合机械混合 物？物？4、铁碳合金相图的纵坐标和横坐标的含义。、铁碳合金相图的纵坐标和横坐标的含义。5、铁碳合金相图中、铁碳合金相图中PSK线、线、GS线、线、ES线又称什么线？线又称什么线？6、写出共晶反应式、共析反应式。、写出共晶反应式、共析反应式。作业：作业：7、完成下面的表格：、完成下面的表格： 合金种类合金种类Wc/%室温组织室温组织工业纯铁钢亚共析钢共析钢过共析钢白口铁亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁0.0218%0.0218%2.11%2.11%6.69%0.0218%wc0.77%Wc=0

27、.77%0.77% wc2.11%2.11%wc4.3%Wc=4.3%4.3% wc6.69%FF+PPP+Fe3CP+Fe3C+LdLdLd+Fe3C第四节第四节 碳碳 钢钢一、常存杂质对碳钢性能的影响一、常存杂质对碳钢性能的影响钢中的杂质一般是指钢中的杂质一般是指MnMn、SiSi、P P、S S。是由原料带入。是由原料带入或脱氧残留的元素。或脱氧残留的元素。1 1、锰的影响：、锰的影响： 0.8%0.8%时为杂质时为杂质, , 是有益元素。强化是有益元素。强化铁素体，提高钢的强度和硬度；减轻硫的危害。铁素体，提高钢的强度和硬度；减轻硫的危害。2 2、硅的影响：、硅的影响： 0.4%0.4

28、%时为杂质时为杂质, , 是有益元素。强化是有益元素。强化铁素体，提高钢的强度和硬度；铁素体，提高钢的强度和硬度；消除消除FeOFeO的影响的影响。3 3、硫的影响：、硫的影响：与铁形成与铁形成FeSFeS，使钢变脆（热脆）；，使钢变脆（热脆）；是钢中有害元素，应严格控制含量在是钢中有害元素，应严格控制含量在0.05%0.05%以下。以下。4 4、磷的影响：能全部溶入铁素体中，、磷的影响：能全部溶入铁素体中， ，使钢在常，使钢在常温下温下强度、硬度增加，但塑性和韧性显著降低，低强度、硬度增加，但塑性和韧性显著降低，低温时脆性严重（冷脆）；是钢中有害元素，应严格温时脆性严重（冷脆）；是钢中有害元

29、素，应严格控制含量在控制含量在0.045%0.045%以下。以下。二、碳钢的分类二、碳钢的分类工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是指含碳量低于碳素钢是指含碳量低于2.11%2.11%的铁碳合金，简称碳钢。的铁碳合金，简称碳钢。分为低碳钢分为低碳钢(Wc(Wc0.25%)0.25%)、中碳钢、中碳钢(0.25 Wc0.60%)(0.25 Wc0.60%)和高碳钢和高碳钢(Wc(Wc0.60%)0.60%)。1.1.按含碳量分类按含碳量分类钢钢 类类碳碳 素素 钢钢P%P%S%S%普通质量钢普通质量钢0.0450.0450.0500.05

30、0优优 质质 钢钢0.0350.0350.0300.030高级优质钢高级优质钢0.0300.0300.0200.020特级优质钢特级优质钢0.0250.0250.0150.0152.2.按质量分类按质量分类碳素结构钢碳素结构钢 主要用于制造各种工程构件和机器零主要用于制造各种工程构件和机器零件，一般属于低碳钢和中碳钢。件，一般属于低碳钢和中碳钢。碳素工具钢碳素工具钢 主要用于制造各种刃具、量具、模具主要用于制造各种刃具、量具、模具等。一般属于高碳钢。等。一般属于高碳钢。3.3.按用途分类按用途分类分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。4.4.按脱氧

31、程度分类按脱氧程度分类主要用于要求不高的机械零件和一般工程构件。主要用于要求不高的机械零件和一般工程构件。三、碳钢的牌号与应用三、碳钢的牌号与应用1.1.碳素结构钢碳素结构钢牌号牌号例如：例如： Q235AFQ235AF “屈服点屈服点”的首字母的首字母Q Qs s=235MPa=235MPa质量等级质量等级A A级级沸腾钢沸腾钢用途用途用两位数表示钢平均含碳量的万分数，如用两位数表示钢平均含碳量的万分数，如4545钢。钢。又分为又分为普通含锰量（普通含锰量（W WMnMn0.7%0.7%）和较高含锰量）和较高含锰量（W WMnMn =0.7% =0.7%1.2%1.2%）两类。含锰量较高的钢

32、在两）两类。含锰量较高的钢在两位数字后面加位数字后面加“MnMn”字，如字，如65Mn65Mn。脱氧方法表示方法同碳素结构钢。脱氧方法表示方法同碳素结构钢。高级优质钢，加高级优质钢，加“A A”；特级优质钢，加；特级优质钢，加“E E”。主要用于主要用于制造较重要的机械零件。制造较重要的机械零件。 2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌号牌号用途用途T + T + 数字，数字，T T表示表示“碳素工具钢碳素工具钢” ，数字表示钢平均，数字表示钢平均含碳量的千分数，如含碳量的千分数，如T12T12。说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后

33、加钢在钢号后加“A A”，如，如T8AT8A。3.3.碳素工具钢碳素工具钢牌号牌号主要用于制造主要用于制造要求不很高的量具、模具，和要求不很高的量具、模具，和低速、低速、低温低温( (200200）的刃具。）的刃具。 用途用途主要用于制造形状复杂、力学性能要求高，难以主要用于制造形状复杂、力学性能要求高，难以用锻压或切削加工方法来制成的零件。用锻压或切削加工方法来制成的零件。4.4.铸造碳钢铸造碳钢牌号牌号用途用途例如：例如： ZG270-500ZG270-500 “铸钢铸钢”字汉字汉语拼音首字母语拼音首字母s s=270MPa=270MPab b=500MPa=500MPa 铸铸 铁铁 1.

34、1.概述概述 铸铁是指由铁、碳、硅组成的合金系的总称。其含碳铸铁是指由铁、碳、硅组成的合金系的总称。其含碳量超过了在共晶温度时奥氏体的饱和含碳量。铸铁与钢的量超过了在共晶温度时奥氏体的饱和含碳量。铸铁与钢的主要区别在于铸铁比碳钢含碳和硅更高，且硫、磷等杂质主要区别在于铸铁比碳钢含碳和硅更高，且硫、磷等杂质含量也较高。常用铸铁含量也较高。常用铸铁具有良好的铸造性能、耐磨性、减具有良好的铸造性能、耐磨性、减震性、切削加工性等，且制造容易、价格便宜。震性、切削加工性等，且制造容易、价格便宜。 2.2.铸铁的分类铸铁的分类 铸铁中的碳除少量可熔于铁素体外铸铁中的碳除少量可熔于铁素体外, ,其余部分因结

35、晶条其余部分因结晶条件不同，可以形成件不同，可以形成渗碳体渗碳体或或石墨石墨。 根据碳在铸铁中存在的形式，铸铁可分为三类根据碳在铸铁中存在的形式，铸铁可分为三类 ： 2 2）白口铸铁）白口铸铁 碳主要以渗碳体存在，断口呈白亮色，碳主要以渗碳体存在，断口呈白亮色，其性能硬而脆，切削加工困难，很少直接使用。但可以用其性能硬而脆，切削加工困难，很少直接使用。但可以用作表面要求高耐磨性的零件，如气门挺杆、球磨机磨球、作表面要求高耐磨性的零件，如气门挺杆、球磨机磨球、轧辊等。轧辊等。 3 3）麻口铸铁）麻口铸铁 碳一部分以石墨存在，另一部分以渗碳一部分以石墨存在，另一部分以渗碳体存在，断口呈黑白相间，这

36、类铸铁脆性较大，所以很碳体存在，断口呈黑白相间，这类铸铁脆性较大，所以很少使用。少使用。 1 1）灰口铸铁）灰口铸铁 碳全部或大部分以石墨存在于铸铁中，碳全部或大部分以石墨存在于铸铁中，断口呈灰黑色。是工业上最常用的铸铁，按石墨存在的形断口呈灰黑色。是工业上最常用的铸铁，按石墨存在的形式又分为式又分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。q 灰铸铁灰铸铁 G G呈片状；呈片状；q 球墨铸铁球墨铸铁 G G呈球状；呈球状；q 可锻铸铁可锻铸铁 G G呈团絮状呈团絮状q 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 G G呈蠕虫状；呈蠕虫状；根据石墨形态，灰口铸铁可以分为：根据石墨形态，灰

37、口铸铁可以分为： 3. 3.石墨在铸铁中的作用石墨在铸铁中的作用 铸铁性能和使用价值与碳的存在形式有着密切联系。常铸铁性能和使用价值与碳的存在形式有着密切联系。常用铸铁中碳主要以石墨的形式存在，用符号用铸铁中碳主要以石墨的形式存在，用符号“G”G”表示表示, ,其强其强度（度（b b=20MPa=20MPa）、硬度（）、硬度（3 35HBS5HBS）、）、塑性（塑性（00）、）、韧性韧性都很低，石墨具有不明显的金属特性（如导电性）。都很低，石墨具有不明显的金属特性（如导电性）。 常用铸铁的性能与其组织具有密切关系，其组织可以常用铸铁的性能与其组织具有密切关系，其组织可以看成是由钢的基体与不同形

38、状、数量、大小及分布的石墨看成是由钢的基体与不同形状、数量、大小及分布的石墨组成，铸铁中石墨的存在使力学性能下降，一般铸铁的抗组成，铸铁中石墨的存在使力学性能下降，一般铸铁的抗拉强度、硬度、屈服点、塑性、韧性比钢低（但抗压强度拉强度、硬度、屈服点、塑性、韧性比钢低（但抗压强度与钢相当），与钢相当），不能锻造不能锻造。石墨的含量越多，越粗大，分布。石墨的含量越多，越粗大，分布越不均匀，石墨的边缘部位越尖锐，铸铁力学性能越差。越不均匀，石墨的边缘部位越尖锐，铸铁力学性能越差。但是它的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如良但是它的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如良好的铸造性能、切削加工性

39、能、良好的减振性和减磨性等好的铸造性能、切削加工性能、良好的减振性和减磨性等以及缺口敏感性。以及缺口敏感性。 4.灰铸铁灰铸铁 1 1）化学成分、组织和性能化学成分、组织和性能 灰铸铁的生产工艺简单，灰铸铁的生产工艺简单，铸造性能优良，是生产中应用最广泛的一种铸铁。约占铸铸造性能优良，是生产中应用最广泛的一种铸铁。约占铸铁总量的铁总量的80%80%以上。以上。 化学成分一般为化学成分一般为 c c= =（2.72.73.63.6）% %；si si =(1.0=(1.02.52.5 ) ) % %；Mn Mn =(0.5=(0.51.3)%1.3)%； p p 0.3%0.3%；s 0.15%

40、s 0.15%。 组织特征组织特征是是片状片状石墨分布于钢的基体上。有以下三种：石墨分布于钢的基体上。有以下三种：F+G片片 ； P+F+ G片片； P+ G片片 ； 灰铸铁的灰铸铁的力学性能主要取决于石墨的形状、大小及分力学性能主要取决于石墨的形状、大小及分布状态，同时也与基体组织有关布状态，同时也与基体组织有关。由于石墨的力学性能几。由于石墨的力学性能几乎等于零，所以灰铸铁的力学性能明显低于钢，也低于其乎等于零，所以灰铸铁的力学性能明显低于钢，也低于其它铸铁件。又因其性能与基体组织有关，具有珠光体基体它铸铁件。又因其性能与基体组织有关，具有珠光体基体的灰铸铁强度较高。因其的灰铸铁强度较高。

41、因其抗压强度较高抗压强度较高，约为抗拉强度的，约为抗拉强度的34倍，所以灰铸铁适宜制造承受简单压力的构件，如倍，所以灰铸铁适宜制造承受简单压力的构件，如机床机床床身、底座、支柱等。床身、底座、支柱等。 2）灰铸铁的）灰铸铁的孕育孕育处理处理 在铸铁液中在铸铁液中加入加入少量的少量的孕育剂孕育剂（即加入含质量（即加入含质量4%的硅的硅铁或硅钙合金）以形成大量的晶核，获得极为细小的片状石铁或硅钙合金）以形成大量的晶核，获得极为细小的片状石墨和珠光体基体。经过这样墨和珠光体基体。经过这样处理后处理后的铸铁称为的铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁。3）灰铸铁的牌号）灰铸铁的牌号 如：如： HT200“灰铁灰铁”

42、字汉语字汉语拼音首字母拼音首字母bmin=200MPa 6.球墨铸铁球墨铸铁 球墨铸铁是指铸铁液经过球墨铸铁是指铸铁液经过球化处理球化处理，使石墨全部或，使石墨全部或大部分呈大部分呈球状球状分布的铸铁。分布的铸铁。 球化处理方法是在浇注前的铸铁液中加入一定量的球化处理方法是在浇注前的铸铁液中加入一定量的球化剂和孕育剂球化剂和孕育剂 ，以改变石墨的结晶条件，促使石墨形，以改变石墨的结晶条件，促使石墨形成球状。成球状。 1）化学成分、组织和性能化学成分、组织和性能 为保证获得数量较多、为保证获得数量较多、形状圆整、分布均匀的球状石墨，球墨铸铁中碳和硅的形状圆整、分布均匀的球状石墨，球墨铸铁中碳和硅

43、的含量一般高于灰铸铁，含量一般高于灰铸铁， 其中其中c c= =（3.6 3.6 3.9 ）% %； si si =(2.0=(2.03.13.1 ) ) % %； Mn Mn =(0.6=(0.60.3)%0.3)%；p p 0.1%0.1%；s 0.07%s 0.07%。 组织特征组织特征是钢的基体分布着球状石墨，铸态下基体是钢的基体分布着球状石墨，铸态下基体是由铁素体和珠光体组成的。通过热处理可获得以下不是由铁素体和珠光体组成的。通过热处理可获得以下不同组织：同组织： F+G球球 ； F + P + G球球； P+ G球球； B下下+ G球球。 球墨铸铁的球墨铸铁的力学性能力学性能比灰铸

44、铁高得多，珠光体、贝比灰铸铁高得多，珠光体、贝氏体球墨铸铁的力学性能可与钢媲美，特别是强度与钢氏体球墨铸铁的力学性能可与钢媲美，特别是强度与钢接近，屈强比达到接近，屈强比达到0.70.8，比碳钢高；塑性和韧性比灰，比碳钢高；塑性和韧性比灰铸铁好，但比钢差。铸铁好，但比钢差。 球墨铸铁仍具有良好的铸造性能、减振性、减摩球墨铸铁仍具有良好的铸造性能、减振性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等，但与灰铸铁相性、低的缺口敏感性、切削加工性等，但与灰铸铁相比存在收缩率大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。比存在收缩率大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。2）球墨铸铁的牌号）球墨铸铁的牌号 如如QT600-3“球铁球铁”字汉字汉语拼音首字母语拼音首字母bmin=600MPamin=3% 7. 可锻铸铁可锻铸铁 1）可锻铸铁的生产）可锻铸铁的生产 一般是先浇注成白