铁碳合金相图及碳素钢ppt课件

1、第五章 铁碳合金相图及碳素钢(P56)第一节 铁碳合金中的相与根本组织 第二节 铁碳合金相图 第三节 碳素钢 高山流水第一节 铁碳合金中的相与根本组织一、Fe的同素异晶转变及晶体构造P56w 同素异晶转变是指金属在结晶成固态以后继续冷却的过程中晶格类型随温度下降而发生变化的景象，也称同素异构转变。Fe的冷却曲线及相应的晶体构造P56L-Fe -Fe -Fe -Fe15384912液相体心面心体心同素异构转变重结晶的特点P561在固态下进展；2同素异构体的晶核优先在原来晶粒的晶 界处构成；3同素异构转变有较大的过冷度；4同素异构转变往往要产生较大的内应力 留意重结晶与再结晶的区别二、铁碳合金中的

2、相相组成物1、铁素体P57铁素体F或 碳原子固溶到-Fe中构成的间隙固溶体 室温相常作根本相基体相 铁素体强度、硬度不高、塑性、韧性很好F的金相组织表示图二、铁碳合金中的相相组成物2、奥氏体P58奥氏体奥氏体A A或或 1 1碳原子固溶到碳原子固溶到-Fe-Fe中构成的间隙固中构成的间隙固溶体；溶体； 2 2高温相，存在于高温相，存在于727727以上，普通不以上，普通不存在于室温；存在于室温； 3 3奥氏体强度不高，塑性很好。奥氏体强度不高，塑性很好。 二、铁碳合金中的相相组成物 3、渗碳体P58渗碳体Fe3C铁与碳构成的间隙化合物，含碳量6.69%；室温相常作为钢的第二弥散强化相；渗碳体具

3、有高硬度、高脆性、低强度和低塑性； 一次渗碳体Fe3CI：从液相直接结晶出来。 二次渗碳体Fe3CII：从A中析出。 三次渗碳体Fe3CIII：从F中析出。 二、铁碳合金中的相相组成物 4、石墨P58 石墨石墨G Fe-C合金中游离存在的碳合金中游离存在的碳 石墨的强度、塑性、硬度都很低石墨的强度、塑性、硬度都很低 二、铁碳合金中的相相组成物 4、液相P58 液相L 液态的铁碳合金 铸铁浇注照片三、铁碳合金中的根本组织组织组成物P581、珠光体P共析转变：恒温下，一种固一样时析出两种不同成分固相的机械混合物共析体。 A0.77 (F+Fe3C) P珠光体的力学性能介于F和Fe3C之间，强度较高

4、，硬度适中，有一定的塑性。 727P的金相显微镜组织三、铁碳合金中的根本组织组织组成物P582、高温莱氏体Ld L4.3 (A+Fe3C) Ld 共晶转变 高温莱氏体是存在于727以上的一种基本组织，硬度很高，塑性很差。 1148三、铁碳合金中的根本组织组织组成物P583、低温莱氏体、低温莱氏体Ld 在在727以下高温莱氏体中的奥氏体又发以下高温莱氏体中的奥氏体又发生共析转变成珠光体，这时的莱氏体就变成生共析转变成珠光体，这时的莱氏体就变成由由P和和Fe3C组成，成为低温莱氏体。组成，成为低温莱氏体。 低温莱氏体是室温下的一个根本组织低温莱氏体是室温下的一个根本组织 三、铁碳合金中的根本组织相

5、组成和组织组成物总结P58 相组成相组成: L、A、F、 Fe3C、G； 组织组成组织组成: F、A、 Fe3CI 、 Fe3CII 、 Fe3CIII、 P、 Ld、 Ld第二节 铁碳合金相图P59 一、Fe-C相图与Fe-Fe3C相图 二、对Fe-Fe3C相图的分析 三、典型铁碳合金的结晶过程 四、含碳量对铁碳合金组织与性能的影响 五、Fe-Fe3C相图的运用 一、Fe-C相图与P59简化了的Fe-Fe3C相图二、对Fe-Fe3C相图的分析一相图中的主要点P59点温度碳量含 义A15380纯铁熔点B14950.53包晶转变时的液相成分C11484.3共晶点 LC - (AE+Fe3C) L

6、dD12276.69Fe3C熔点E11482.11C在-Fe中的最大溶解度F11486.69共晶Fe3C成分点G9120-Fe-Fe同素异构转变点H14950.09C在-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶成分点 LB+H - AJK7276.69共析Fe3C成分点N40-Fe-Fe同素异构转变点P7270.0218C在-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点 AS - (FP+Fe3C) PQ室温0.0008 二、对Fe-Fe3C相图的分析二相图中的主要相变线P59主要线主要线温温 度度含含 义义ABCD15381227液相线AHJECF15381148固相线HJB1495包晶转变线E

7、CF1148共晶线共晶线PSK727共析线共析线 A1ES1148727C在在-Fe中的溶解度线中的溶解度线 AcmPQ727600C在在-Fe中的溶解度线中的溶解度线 GS912727A向F转变的开场线 A3GP912727A向F转变的终了线一、Fe-C相图与Fe-Fe3C相图P59二、对Fe-Fe3C相图的分析二相图中的相区P61相图中的相区相图中的相区 1单相区单相区5个：个：L、A、F、Fe3C2双相区双相区7个：个：+L、 +A、 A+L、 L+ Fe3C、 A+ Fe3C、 A+F、 F+ Fe3C3三相区三相区3个：个：L+A、 L+A+ Fe3C、 A+F+ Fe3C 包晶线包

8、晶线 共晶线共晶线 共析线共析线三、典型铁碳合金的结晶过程 一Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类P611、工业纯铁、工业纯铁 Wc0.02%2、碳素钢、碳素钢 0.02% Wc2.11% 1共析钢共析钢 Wc=0.07% 2亚共析钢亚共析钢 0.02% Wc0.77% 3过共析钢过共析钢 0.77% Wc2.11%3、白口铸铁、白口铸铁 2.11% Wc 6.69% 1共晶白口铸铁共晶白口铸铁 Wc=4.3% 2亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11% Wc4.3% 3过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁4.3% Wc 6.69% 二典型合金的相变过程1、工业纯铁在平衡态下的结晶过程P61显微组织照片

9、 1点以上 L ； 34点 +A； 67点 F； 12点 L+； 45点 A ； 7点以下 F+ Fe3CIII； 23点铁素体相 ； 56点 A+F； 室温下：相组成物F、Fe3C 二典型合金的相变过程1、共析钢在平衡态下的结晶过程P621点以上 L； 12点 L+A； 23点 A；3点 共析转变AS (FP+Fe3C) P片层状分布共析铁素体 共析渗碳体 珠光体团34点 F+ Fe3CIII+ Fe3C P室温下：相组成物F、Fe3C； 组织组成物 P%5 .11069. 677. 03CFeQ%5 .88069. 677. 069. 6FQ727二典型合金的相变过程3、亚共析钢在平衡态下

10、的结晶过程P63077. 077. 0cFWQ077. 00cPWQ 1点以上 L； 2点 包晶转变0.09+ L0.53 A0.17 12点 L+； 5点 共析转变A0.77 (FP+Fe3C) P 23点 A+L； 56点 F+ Fe3CIII +PF+P 34点 A； Fe3CIII含量很少，可以忽略不计 45点 A+F； 室温下：相组成物F、Fe3C ；组织组成物F、P1495727二典型合金的相变过程含碳量的估算P64亚共析钢显微照片二典型合金的相变过程 4、过共析钢的相变过程P64 1点以上 L； 4点 共析转变A0.77 (FP+Fe3C) P 12点 L+A； 45点 P+ F

11、e3CII 23点 A； 室温下：相组成物F、Fe3C 34点 A+ Fe3CII 组织组成物P、Fe3CII 77. 069. 677. 03cCFeWQII77. 069. 669. 6cPWQ727显微组织照片显微组织照片二典型合金的相变过程5、共晶白口铸铁的相变过程P651点以上： L； 1点 ： 共晶转变L4.3 (A2.11+Fe3C) Ld ；12点： A+ Fe3CII + Fe3C Ld 二次渗碳体与共晶渗碳体 混成一体； 2点 ； 共析转变A0.77 (FP+Fe3C) P； 23点： (P+ Fe3CII+ Fe3C) Ld； 室温下：相组成物 F、Fe3C； 组织组成物

12、 Ld 渗碳体的基体上分布着树枝状的珠光体 显微照片显微照片1148727二典型合金的相变过程6、亚共晶白口铸铁的相变过程P651点以上： L； 12点： L+A； 2点： 共晶转变L4.3 (A2.11+Fe3C) Ld23点： A+ Fe3CII + Ld；3点 ： 先共晶A共析转变 A0.77 (FP+Fe3C) P Ld Ld34点 ： P+ Fe3CII + Ld ；室温下：相组成物 F、Fe3C ； 组织组成物 ：P、Fe3CII 、Ld 显微组织照片1148727二典型合金的相变过程6、过共晶白口铸铁的相变过程P661点以上： L； 12点： L+ Fe3CI ； 先共晶渗碳体，

13、呈粗大条状2点： 共晶转变L4.3 (A2.11+Fe3C) Ld ； 23点 ： Fe3CI + Ld；3点： Ld Ld、 Fe3CI； 34点： Fe3CI + Ld；室温下：相组成物 F、Fe3C； 组织组成物 Ld、Fe3CI 1148过共晶白口铁显微照片四、按组织组成物分区的四、按组织组成物分区的Fe-Fe3CFe-Fe3C相图相图P67P67F+PPP+ Fe3CIIAA+ Fe3CIIF+AA+ Fe3CII+ LdA+ Fe3CII+ Ld Fe3CI + LdFe3CI + LdLdLd五、含碳量对铁碳合金组织与性能的影响一含碳量对铁碳合金组织的影响 P68随着含碳量添加时

14、，渗碳体不仅数量添加，形状和分布也发生了很大变化。渗碳体分布在P内网状分布在A晶界上构成莱氏体时，渗碳体那么成了基体 。二含碳量对铁碳合金性能的影响 1、对热变形加工性能的影响P68w WC2.11%时纯铁与碳素钢，高温时可获得单相A固溶体组织塑性好，可进展热变形加工。w WC2.11%时白口铸铁，高低温区都有脆硬的莱氏体，不能进展热变形加工。 二含碳量对铁碳合金性能的影响二含碳量对铁碳合金性能的影响 2 2、对力学性能的影响、对力学性能的影响P68P681硬度 WC添加，硬度添加；2强度 WC0.9%时，WC添加，强度降低；3塑性、韧性 WC添加，塑性、韧性下降； 为了保证工业用钢具有足够的

15、强度和塑性、韧性，碳素钢的含碳量普通不超越1.4% 。二含碳量对铁碳合金性能的影响 3、对物理化学性能的影响P68w WC添加，导热性下降、抗电化学腐蚀性能下降、焊接工艺性下降、铸造工艺性下降 六、Fe-Fe3C相图在工业消费中的运用1、在选材方面的运用P69根据零件的运用性能选择钢的成分钢号根据零件的运用性能选择钢的成分钢号: : 1 1要求塑性、韧性好而强度不高的机件要求塑性、韧性好而强度不高的机件低低碳钢碳钢WC0.25%WC0.25%；如冷冲压件；如冷冲压件 2 2要求强度、塑性、韧性等综合性能好的机要求强度、塑性、韧性等综合性能好的机件件中碳钢中碳钢WC=0.3%0.55%WC=0.

16、3%0.55%并进展适当并进展适当的热处置；如机床主轴的热处置；如机床主轴 3 3各种工具用钢各种工具用钢高碳钢高碳钢 。如锉刀。如锉刀六、Fe-Fe3C相图在工业消费中的运用2、在铸造方面的运用P691确定合理的浇注温度 铸件的合理浇注温度普通选在液相线以上50100 ；2铸铁件的化学成分多项选择在共晶点附近，此成分的铁碳合金结晶温度区间较小，流动性好、分散缩孔小。 六、Fe-Fe3C相图在工业消费中的运用3、在锻造方面的运用P69w 根据相图选择最正确压力加工工艺温度范围。w 锻造和热轧的开场温度普通选在固相线以下200左右。w 停顿锻轧温度普通要控制在800左右。六、Fe-Fe3C相图在

17、工业消费中的运用4、在热处置方面的运用P70w Fe-Fe3C相图中的w A1、A3、Acm三条w 相变线是确定碳素w 钢热处置工艺加热w 温度的根据。w PSK： A1w GS： A3w ES： AcmA1Acm第三节 碳素钢P70一、钢中常存杂质对钢性能的影响一、钢中常存杂质对钢性能的影响 二、碳素钢的分类、钢号和主要用途二、碳素钢的分类、钢号和主要用途 一、钢中常存杂质对钢性能的影响1、Mn的影响P70w 钢中常在杂质有：Si、Mn、S、P和氧、氢、氮等气体。w Mn是炼钢时用锰铁给钢液脱氧后而剩余在钢中的元素。w 锰有较强的脱氧才干，锰大部分溶于F，使钢强化，锰对钢有益。w 锰能降低S

18、对钢的危害。w 普通碳素钢中把锰控制在0.25%0.8%范围内。 一、钢中常存杂质对钢性能的影响2、Si的影响P70w Si主要来自原料生铁和硅铁脱氧剂。w Si比锰脱氧才干强，硅溶于F，提高钢的强度和硬度，但会使塑性和韧性降低。w 硅促进Fe3C分解成石墨，假设钢中出现石墨会使钢的韧性严重下降，产生所谓的“黑脆。w 硅在碳素钢中普通控制在0.170.37%范围内一、钢中常存杂质对钢性能的影响3、S的影响P70w S可使钢的“热脆性添加。S不溶于-Fe，而以化合物FeS的方式存在，其熔点为1190，而FeS又能于Fe构成共晶体分布于晶界上，其熔点仅为985。w S对钢的焊接性能也有不良影响，容

19、易导致焊缝热裂。所以，S在钢中是有害杂质，其含量普通要求不大于0.05%。但是，S能改善钢材的切削性能。 一、钢中常存杂质对钢性能的影响4、P的影响P71w P会引起钢的“冷脆。P在钢中全部溶于-Fe中，使钢的强度和硬度增高，同时，塑性和韧性显著降低。当钢中含P量达0.3%时，钢完全变脆，这种脆性景象在低温时更为严重。w P还降低钢的焊接性能。所以，P在钢中是有害杂质，其含量普通要求不大于0.045%。但是，S能改善钢材的切削性能和耐腐蚀性能。 一、钢中常存杂质对钢性能的影响5、气体的影响P71w 氧会降低钢的力学性能，尤其是疲劳强度。对钢无益，越少越好。w N会以氮化物的方式析出，添加钢的强

20、度和硬度，但会降低钢的塑性和韧性，使钢变脆。w H会使钢的脆性显著添加，称为“氢脆。w H会使钢中产生裂纹，称为“白点。 二、碳素钢的分类、钢号和主要用途二、碳素钢的分类、钢号和主要用途一碳素钢的分类一碳素钢的分类 P721、按钢中含碳量分、按钢中含碳量分1低碳钢低碳钢 WC0.25%2中碳钢中碳钢 0.25%0.6% 2、按钢的质量分、按钢的质量分1普通钢普通钢 WS0.05% WP0.045%2优质钢优质钢 WS0.035% WP0.035%3高级优质钢高级优质钢 WS0.02% WP0.03% 二、碳素钢的分类、钢号和主要用途二、碳素钢的分类、钢号和主要用途一碳素钢的分类一碳素钢的分类

21、P723、按钢的用途分1碳素构造钢 2优质碳素构造钢3碳素工具钢4普通工程用铸造碳素钢件铸钢二、碳素钢的分类、钢号和主要用途二、碳素钢的分类、钢号和主要用途一碳素钢的分类一碳素钢的分类 P724、按炼钢时的脱氧程度分、按炼钢时的脱氧程度分1沸腾钢沸腾钢F 脱氧不彻底脱氧不彻底2镇静钢镇静钢Z 脱氧彻底脱氧彻底3半镇静钢半镇静钢b 脱氧程度介于脱氧程度介于F和和Z之间之间4特殊镇静钢特殊镇静钢TZ 进展特殊脱氧进展特殊脱氧 二碳素钢的钢号命名方法和主要用途P721、碳素构造钢、碳素构造钢 主要用途：各类工程。通常热轧后空冷供货，用主要用途：各类工程。通常热轧后空冷供货，用户普通不需进展热处置而直接运用。这类钢共户普通不需进展热处置而直接运用。这类钢共分五个强度等级。分五个强度等级。命名：标志符号命名：标志符号Q+最小最小S值值等级符号等级符号+脱氧程脱氧程度符号度符号 如：如：Q235-