材料化学 课件 第九章 金属材料及制备1-3 铁-碳相图和钢铁材料

高等材料化学铁碳合金的多种物相铁-碳相图和钢铁材料奥氏体(Austenite，符号A)碳溶解在

-Fe中的间隙固溶体，面心立方结构，727℃时溶碳0.77％，1148℃时可溶碳2.11％马氏体(Martensite，符号M)碳在

-Fe中的过饱和固溶体，体心四方结构，通过高碳钢快速冷却获得铁素体(Ferrite，符号F)碳溶解于

-Fe的体心立方晶格中形成的间隙固溶体，碳原子含量很少(仅0.02%)渗碳体(Cementite，符号C)化合物Fe3C，含碳~6.67％，正交晶格珠光体(Pearlite，符号P)

奥氏体冷却共析得到的铁素体和渗碳体多相体系贝氏体、莱氏体、索氏体……温度成分(含碳量)物相分布铁-碳相图过共晶白口铁亚共析钢APQL+Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3CT°F(

)A+F0.77%C过共析钢亚共晶白口铁工业纯铁B共析钢共晶白口铁铁-碳相图和钢铁材料CDFKEGL+AA(

)LA+Fe3CP=F+Fe3CS1148℃727℃JHN重要的点：A----纯铁熔点(1538度)C----Fe-Fe3C共晶点(1148度)D----渗碳体Fe3C熔点(1227度)E----碳在A(

)中的最大溶解度G----纯铁→

相变点P----碳在F(

)中的最大溶解度S----碳和A(

)共析点重要的线：ABCD----液相线AHJECF----固相线ECF----共晶线PSK----共析线GS----A析出F/F溶入AES----碳在A(

)中的溶解度铁-碳相图过共晶白口铁亚共析钢APQL+Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3CT°F(

)A+F0.77%C过共析钢亚共晶白口铁工业纯铁B共析钢共晶白口铁铁-碳相图和钢铁材料CDFKEGL+AA(

)LA+Fe3CP=F+Fe3CS1148℃727℃JHN重要的区域：

碳含量<0.0218%----工业纯铁0.0218%~2.11%----钢2.11%~6.69%----白口铁A(

)F(

)P=F+Fe3C重要的过程：

奥氏体A冷却共析得到珠光体P高碳钢快速冷却获得马氏体(0.6%~1.7%)铁-碳相图具有普遍的代表性实际钢铁制品微结构极其多样化工程结构钢指专门用来制造各种工程结构的一个大类钢种，包括碳素钢(非合金钢)和低合金高强度钢。广泛应用于国防、化工、石油、电站、车辆、造船等领域，如制造桥梁、船体、油井或矿井架、钢轨、高压容器、管道和建筑钢结构等，在钢总产量中占90%左右。铁-碳相图和钢铁材料工程结构钢的基本要求足够的强度和韧性良好的焊接性和成形工艺性良好的耐腐蚀性工程结构钢的常见种类铁素体-珠光体钢低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢和马氏体钢双相钢(铁素体+珠光体→铁素体+马氏体)低合金高强度钢

抗震耐火钢工程结构钢指专门用来制造各种工程结构的一个大类钢种，包括碳素钢(非合金钢)和低合金高强度钢。广泛应用于国防、化工、石油、电站、车辆、造船等领域，如制造桥梁、船体、油井或矿井架、钢轨、高压容器、管道和建筑钢结构等，在钢总产量中占90%左右。铁-碳相图和钢铁材料工程结构钢要求-50℃~100℃有良好的韧度。韧-脆转化温度Tk(C)。影响因素有含碳量、晶粒尺寸、固溶元素、弥散析出相和非金属夹杂物等。珠光体含大量脆性的片状渗碳体，韧-脆转化温度大于100℃。随着含碳量的增加，钢中珠光体含量也相应增加，每增加1%体积Tk升高2.2℃，因而工程结构钢中的碳质量分数一般不超过0.25%。焊缝热影响区的硬度分布BM----原始组织；HAZ----热影响区；DM----焊接金属。工程结构钢的韧性

工程结构钢的焊接性机械制造结构钢机械制造结构钢用于制造各种机械零件，如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结构件，广泛应用在汽车拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火箭等装置上。

σs<700MPa，低强度钢，构件用钢；

σs=700~1400MPa，中强度钢，大部分机械制造结构钢；

σs>1400MPa，高强度钢，宇航、重工业。根据热处理强化工艺不同可分为整体强化态钢和表面强化态钢；根据生产工艺和用途不同可分为调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、弹簧钢和轴承钢等。铁-碳相图和钢铁材料整体强化态钢表面强化态钢机械制造结构钢铁-碳相图和钢铁材料整体强化态钢(调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏体钢、超高强度钢)均承受拉、压、扭等交变应力，大部分是整体受力，主要的失效形式是疲劳破坏，主要的性能指标为疲劳强度、

抗拉强度、冲击韧度、断裂韧度等，总体上是要求具有良好的综合力学性能。

调质钢：结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。非调质钢：汽油机及柴油机连杆主要是中碳钢与中碳合金钢，在制造过程中都采用耗费大量能源的正火、调质等

热处理工艺来实现高性能指标，还需消耗水和淬火油，废弃的淬火液需要达到严苛的排放标准。德国成功研制

了高强度非调质钢36MnVS4，该材料降低了C的含量，增加了V、Mo元素的含量，使材料的晶粒非常细化，

提高了材料的疲劳强度。实践证明此种材料不仅涨断性能良好，其疲劳强度也达到了优质的42CrMoA调质钢

的水平，满足发动机高爆压的需要。表面强化态钢(渗碳钢、氮化钢、感应加热淬火钢)不少机械零件要求表面有高的疲劳强度和耐磨性，而内部有良好的强韧性配合，因此就需要对零件进行表面强

化处理。表面强化手段也有很多，如既能改变表面化学成分又能改变组织的渗碳、渗氮、渗硼等热处理工艺，

不改变表面化学成分但改变组织的有感应加热淬火、火焰淬火、激光表面热处理等方法。工模具钢铁-碳相图和钢铁材料材料加工需要使用各种工具，随着加工工业的飞速进步，刃具和模具负荷不断加大，对制造各种工具和模具的材料要求也更高。工模具钢按其用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。刃具钢在切削过程中受到弯曲、剪切、冲击、扭转、震动、摩擦等力的作用，产生一定的热量，可使刀刃温度升到600℃甚至更高，同时刃部也会发生磨损。要求刃具具有高硬度、高耐磨性、一定的韧性和塑性、热硬性等。不锈钢耐大气、水汽和水等弱腐蚀介质的钢。全世界每年大约有15%的钢铁材料在腐蚀中失效。腐蚀不仅消耗材料，也降低机械的精度，减少机械的寿命。腐蚀速度小于0.01mm/a的不锈钢称为完全耐蚀，腐蚀速度小于0.1mm/a的不锈钢称为耐蚀。耐酸钢则指耐酸、碱、盐等浸蚀性化学介质腐蚀的钢，腐蚀速度小于0.1mm/a的耐酸钢称为完全耐蚀，腐蚀速度小于