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1、第 4 章 铁 碳 合 金,一、铁碳合金相图的建立 二、铁碳合金平衡结晶过程分析 三、碳含量对铁碳合金组织性能的影响 四、碳钢 五、铸铁,第一节 铁 碳 合 金 系 相 图,碳钢和铸铁是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合金,铁碳合金相图是研究平衡状态下铁碳合金成分、组织和性能之间关系及其变化规律的一个重要工具,铁碳相图是一个较复杂的二元合金相图，可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不

2、超过5），因此，所研究的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分,一、铁 碳 合 金 系 组 元 的 特 性,纯铁的同素异构转变,1. 纯 铁,2. 碳,纯铁的力学性能特点: 强度硬度低,塑性韧性好,碳在铁碳合金中的存在形式: 溶入Fe中形成固溶体 与Fe形成金属化合物 以游离态石墨存在,二、铁 碳 双 重 相 图,铁碳相图是一个较复杂的二元合金相图，工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5，因此，所研究的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分, 铁 素 体（F）, 奥 氏 体（A）, 渗 碳 体（Fe3C）,(体心立方),三、 Fe-Fe3C 相 图 的 特 征,1. 基本相,课本 P70 表4-1,2. 图中特性

3、点与特性线,两个基本转变反应,(1) 共晶反应,(2) 共析反应,五种基本组织的关系,3. 三条重要特性线,(固态转变线), GS线：A中开始析出F或F全部溶入(升温时) A的转变线。常用A3表示。因这条线在共析转变线以上，故又称为先共析F相开始析出线。常称为A3线或A3温度。 ES线：C在A中溶解度曲线。常用Acm表示，称为Acm温度。低于此温度，溶解度降低，将析出Fe3C。为了区别自液(CD线)态合金中直接析出的一次Fe3C，将A中析出的Fe3C称为二次Fe3C。 PQ线：C在F中溶解度曲线。在727时，C在F中的最大溶解度0.0218%，但温度下降，C在F中溶解度下降，会析出少量的渗碳体

4、，称为三次Fe3C。,第二节 铁碳合金平衡结晶过程分析,一. 铁碳合金分类,二. 钢和白口铸铁的平衡结晶过程,共晶白口铸铁: 亚共晶白口铸铁: 过共晶白口铸铁:,请 独 立 思 考,F,第三节 碳对铁碳合金的影响,一. 碳对室温平衡组织的影响,1. 相的变化规律,铁碳合金在共析温度以下的相就是F与Fe3C,2. 组织的变化规律, 随含碳量的增加，组织的变化顺序依次是： F F+P P P+Fe3C P+Fe3C+LD LD Fe3C+LD, 组织形态的变化： 铁素体 （F） 单相铁素体为块状，呈等轴晶粒状 共析体中的铁素体与渗碳体相互制约，呈交替片状, 渗 碳 体 （Fe3C） Fe3C呈条状

5、 Fe3C 沿晶界呈网状 Fe3C沿晶界呈小片或粒状 共晶渗碳体同奥氏体相关形成，在莱氏体中为连续的基体 共析渗碳体同铁素体交互形成，呈交替片状,二 碳对力学性能的影响,工业常用钢材一般不超过1.4%,第四节 碳 钢,一 钢铁材料的生产过程,课本 P83 图 4-22,二 杂质元素对碳钢性能的影响,1. 有益元素 - 锰Mn 硅Si 2. 有害元素 - 硫S: 热脆 磷P: 冷脆 氢H: 氢脆 微裂纹 氧O: 氧化物,三、碳钢分类,四、碳钢的牌号和应用,1、普通碳素结构钢 牌号组成：由Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法 四部分自左向右顺序组成 Q-“屈”字汉语拼音字首； A、B、C、D-质

6、量等级符号，从左至右，质量依次提高； F、b、Z、TZ-依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢； 例如：Q235-AF表示屈服点为235Mpa、质量为A 级的沸腾钢。,常用普通碳素结构钢： Q195、Q215、Q235A、Q235B Q235C、Q235D Q255、Q275,普通碳素结构钢的一些应用,2、优质碳素结构钢 牌号：用平均碳质量分数的万分数的数字表示 例如：20、45 若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号 “Mn”，如15Mn、45Mn等 优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件,常用优质碳素结构钢：,08F 10、20 35、40、45、50 60、65,优质碳素结钢的一

7、些应用,3、碳素工具钢 牌号:用平均碳质量分数的千分数的数字表 示，数字之前冠以“T”（“碳”的汉语拼音字头）,例如: T9,T12A,碳素工具钢用来制造各种刃具、量具、模具等,常用碳素工具钢:,T7、T8 T9、T10、T11 T12、T13 碳素工具钢使用前都要进行热处理 （淬火+低温回火）,碳素工具钢的一些应用,4、 铸造碳钢 牌号:以“铸钢“二字的汉语拼音字首“ZG”与其后的两组数字构成。第一组数字表示厚度为100mm以下的铸件的室温屈服强度；第二组数字表示该铸件的抗拉强度 例如:ZG200400 常用铸造碳钢：ZG270-500 铸钢主要用于制造形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零

8、件，例如机车车辆、船舶、轴等,铸钢的一些应用,外 壳,轧 辊,重型机 械齿轮,第五节 铸 铁,一、铸铁的石墨化,当铁碳合金中的碳全部或大部分以石墨形式存在时,则会出现在钢的基体组织上分布不同形状石墨的铸铁,统称 灰铸铁,铸铁组织中石墨的形成叫做“石墨化” 过程,二、影响石墨化的因素 1 化学成分的影响 (a) C和Si : 强烈促进 (b) P : 作用不显著，限制含量 (c) S : 强烈阻碍，严格控制 (d) Mn : 阻碍石墨化，但可消除S的影响，允许较高含量存在,2 冷却速度的影响,冷却速度越慢，越有利于石墨化进行,三、铸铁的分类,根据铸铁结晶过程中的石墨化程度不同进行分类 a.灰口铸

9、铁 b.白口铸铁 c.麻口铸铁,按铸铁中的石墨形态分,（1）片状石墨 （2） 球状石墨 （3） 团絮状石墨,四、各类铸铁的特点及应用,1. 灰铸铁 牌号： “HT” 和一组数字表示 (“HT”表示“灰铁”，数字表示 最低抗拉强度 例如：HT150、HT250、HT400 石墨形态：石墨呈片状 基体组织：铁素体、珠光体和铁素体加珠光体 灰口铸铁的显微组织 见下页 应用：主要用于制造汽车、拖拉机的汽缸、汽缸盖、刹车带、摩擦片，以及机床的床身、底座、支柱等耐压、耐磨件,灰铸铁的显微组织,灰铸铁的应用,2. 球墨铸铁,牌号：用“QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强 度极限和延伸率 例如：QT400-

10、15、QT600-3、QT800-2 石墨形态：呈球状 基体组织：铁素体、铁素体和珠光体、珠光体 球墨铸铁的显微组织 见下页 应用：用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。,球墨铸铁的显微组织,球墨铸铁的应用,球墨铸铁管道接口,a. 牌号1：KTH（可铁黑的汉语拼音字首）和两组数字，数 字的含义分别表示最低抗拉强度和最低延伸率 例如：KTH350-10 石墨形态： F+团絮状G，其中心呈黑灰色，故称黑心可锻 铸铁 牌号2：KTZ（可铁珠的汉语拼音字首）和两组数字，数字的含义同黑心可锻铸铁。 例如：KTZ600-3 石墨形态： P+团絮状G，称为珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的显微组织 见下页 b.应用：常用来制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等,3. 可锻铸铁,可锻铸铁的显微组织,4. 蠕墨铸铁,蠕墨铸铁的组织由钢的基体和蠕虫状的石墨组成。,a.牌号: RuT为“蠕铁”汉语拼音字头，后面数字为最小抗拉强度值 例如: RuT340,b.石墨形态:石墨形状介于片状和球状之间，在光学显微镜下观察，石墨短而厚，头部较圆，形似蠕虫,蠕墨铸铁的显微组织,深腐蚀照片400,蠕虫状石墨 100,c.应用：蠕墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，强度、塑性、韧性优于灰铸铁，接近于铁素体球墨铸铁，壁厚敏感性比灰铸铁小得多，故厚大截面上的力学性