第五章 铁碳合金相图.ppt

1、,第五章 铁碳合金及相图 碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材料。,第一节 铁碳合金的组元及基本相 1、纯铁：铁是元素周期表中的第26个元素，相对原子质量为55.85，属于过渡族元素，在一个大气压下，它的熔点为1538，在2738时气化，在20时的密度为7.87g/cm3。,同素异构转变： 重结晶：固态下的相变过程称为重结晶，同素异构转变为相变过程。,、钢中的常见相与组织：.铁素体与奥氏体：,2.1.1铁素体：它是碳在-Fe中的间隙固溶体，具有bcc结构，常用F或表示，塑性好，硬度低。 2.1.2奥氏体：它是碳在-Fe中的间隙固溶体，为fcc结构，常用A或表示，塑性更好，硬度低。,2.

2、2渗碳体：它是铁与碳形成的间隙化合物，含碳量为6.69%,一般用Fe3C或Cm表示,它的晶体结构较复杂，属正交晶系； 硬度很高约为HB800，但其塑性极差。,第二节 FeFe3C相图 1、概述： FeFe3C相图是研究铁碳合金的基础，由于当Wc6.69%时，铁碳合金的脆性极大，在工业上没有使用价值，所以只研究FeFe3C部分。 1.1相图中的点、线、面：（书P49图5-1、 FeFe3C相图）,碳在A中的最大溶解度,1.1 相图中的特征点：,1.2. 相图中的特征线：,液相线：ABCD 固相线：AHJECF,等温线： HJB 包晶线 ： 包晶转变：在1495的恒温下，成分为B点（WC=0.53

3、%）的液相与成分为H点（ WC=0.09% ）铁素体发生包晶反应，生成成分为J点（ WC=0.17% ）的奥氏体;,ECF 共晶线： 共晶转变：在1148的恒温下，成分为C点（WC=4.3%）的液相转变为成分为E点（ WC=2.11% ）的奥氏体和渗碳体的混合物; AE+ Fe3C叫做莱氏体，以Ld表示。,PSK 共析线： 共析转变:在727的恒温下，由成分为S点（ WC=0.77% ）的奥氏体转变为成分为P点(WC=0.0218% )的铁素体和渗碳体的混合物。此种转变产物即为珠光体，用P表示。 PSK线称为共析线，也叫A1线,ES线：C在奥氏体中的溶解度曲线，也叫Acm线。,GS线：冷却时，

4、从奥氏体中析出铁素体的开始线或加热时，铁素体溶入奥氏体的终了线，称A3线。,PQ线：C在铁素体中的溶解度曲线。 冷却时碰到PQ线，从中将析出Fe3C，称为三次渗碳体（ Fe3C）。,三条特性曲线：,1.3 相图中的相区： 单相区：5个 L、 、 、 、 Fe3C,两相区：7个 L 、 、 L 、 L Fe3C、 Fe3C、 |、 Fe3C,三相区：3个 L 、 L Fe3C 、 Fe3C,2、铁碳合金的分类：根据组织特征，将铁碳合金按含碳量分为七大类： 工业纯铁：WC0.0218% 钢： (WC=0.02182.11%) 共析钢WC =0.77%； 亚共析钢WC =0.02180.77%； 过

5、共析钢WC =0.772.11%； 铸铁（生铁）：WC=2.116.69% (按Fe-Fe3C系结晶的铸铁,碳以渗碳体的形式存在,断口呈白亮色,叫做白口铸铁) 共晶白口铁:：WC=4.3%； 亚共晶白口铁：WC=2.114.3%； 过共晶白口铁：WC=4.36.69%；,3.钢在结晶过程中的组织转变： 3.1共析钢：如图所示，合金 为WC=0.77%的共析钢， 它在冷却过程中与相图交了共三个点 1点温度以上为液相的简单冷却； 12点温度区间，结晶出奥氏体，在2点结晶结束，全部转变为奥氏体。 23点温度区间，奥氏体的简单冷却； 温度冷到3点时，温度为727，A的成分为0.77%，此时会发生共析转

6、变：ASFP+Fe3C，形成珠光体P（P中的Fe3C 叫做共析渗碳体）；,所以，共析钢的室温组织为P，如图所示；,3.2亚共析钢：如图所示，合金的结晶过程，与相图交4个点： 1点温度以上为液相的简单冷却； 12点温度区间，结晶出奥氏体，在2点结晶结束，全部转变为奥氏体。 冷到3点，碰到GS线，从A中析出F，在F的量逐渐增加的同时，他们的成分也发生变化，A沿GS线变化；,冷到4点时，A的成分为0.77%，温度为727，所以发生共析转变， ASFP+ Fe3C，生成P。与此同时，已析出的F保持不变。,所以，亚共析钢的室温组织为F先+P，如图所示；,3.3过共析钢：如图所示，合金的结晶过程，与相图交

7、4个点： 1点温度以上为液相的简单冷却； 12点温度区间，结晶出奥氏体，在2点结晶结束，全部转变为奥氏体。,冷到3点碰到ES线，开始从A中析出Fe3C； 34温度区间， Fe3C不断沿A晶界呈网状析出，此时，A的成分也沿着ES线变化； 温度降到4点，A的含碳量为0.77%，温度为727，将发生共析转变ASFP+ Fe3C，生成P；,过共析钢的室温组织为Fe3C+P，如图所示。,第三节 碳钢简介,1.碳（素）钢： 含碳量在1.5%以下的铁碳合金；,1.1碳对机械性能的影响： 在亚共析钢中，随着含碳量的增加，强度、硬度增加，但塑性、韧性有所下降。 在过共析钢中， WC=1.0%时， b为最大，当含

8、碳量再增加， b将会减小。与此同时，随着含碳量的增加，硬度增加，塑性、韧性显著下降。,1.2钢中常存杂质对碳钢性能的影响： 钢中常存杂质有Mn、Si、S、P等； 1.2.1Mn和Si的影响：Mn和Si是炼钢中必须加入的脱氧剂； 用于除去溶于钢液中的氧，将FeO还原为Fe，形成MnO和SiO2； Mn和Si可提高钢的强度和硬度； Mn可以用于除S，与钢液中的S结合为MnS，减轻S的危害,1.2.2 S的影响：S是有害杂质，是炼钢时由矿石、燃料带到钢中的，它的最大危害是在热加工时开裂，即产生热脆。 所以，为避免热脆，钢中的含硫量必须严格控制： 普通碳钢：含硫量0.055% 优质碳钢：含硫量 0.0

9、40% 高级优质碳钢：含硫量 0.030%,1.2.3 P的影响：P也是有害杂质，P可以剧烈的降低钢的塑韧性，从而时钢变脆，这种现象叫做冷脆。 所以，为避免冷脆，钢中的含磷量必须严格控制： 普通碳钢：含硫量0.045% 优质碳钢：含硫量 0.040% 高级优质碳钢：含硫量 0.035%,2.3分类： 按含碳量分： 按钢的质量分： 按用途分：碳素结构钢、碳素工具钢；,低碳钢：0.25； 中碳钢：0.300.55； 高碳钢：0.60,普通碳素钢：0.055、0.045； 优质碳素钢：0.040、0.040； 高级优质钢：0.030、0.035；,2.4编号与用途： 2.4.1普通碳素结构钢： 主要

10、保证力学性能，采用国标 GB70088； 例如：235； 2.4.2优质碳素结构钢： 既保证力学性能又保证化学成分，采用GB699-88； 例如：45钢：以0.01为单位； 2.4.3碳素工具钢：采用GB1298-86； 例如：10：以0.1为单位；。,补充材料： 1、碳素结构钢的用途 1)Q195、Q215A、Q215B： 性能特点：塑性较好，有一定的强度。 用途：轧制成钢筋、钢板、钢管等，用作桥梁、建筑物等构件；在机械中可用作普通螺钉、螺帽、轴套等。 2)Q235A、Q235B、Q235C、Q235D 性能特点：强度较高。 用途：用作薄板、钢筋、铆钉、道钉等；用作机械零件，如：转轴、心轴、

11、连杆等， Q235C、Q235D作为重要焊件。,3）Q255A、Q255B、Q275 性能特点：强度更高一些。 用途：轧制成钢板、型钢用作构件，也可制造各种机械零件，但使用面不如Q235广泛。 用作轧辊、摩擦离合器、刹车钢带等。,钢钉 螺钉,钢桥梁,建筑构件,钢板，钢筋,2、优质碳素结构钢的用途 1）08塑性好，可制造冷冲压零件。 2）10、20钢冷冲压与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件。 3）35、40、45、50钢经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套类等零件。 4）60、65钢主要用来制造弹簧。,螺栓,齿轮,曲轴,弹簧,

12、3、碳素工具钢的应用 主要用来制造各种刀具、量具、模具等 1）T7、T8硬度高、韧性高，可制造冲头、凿子、锤子等工具。 2）T9、T10、T11硬度高、韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。 3）T12、T13硬度高、韧性较低，可制造锉刀、刮刀等刃具及量规量具。,锉刀,量规,钻头,4.4常用钢材的品种及用途： 型钢、钢板、钢管、钢丝； 4.4.1型钢：,4.4.2钢板： 钢带：,热轧钢带,冷轧钢带,覆层钢板：在低碳钢板表面镀锡、锌、铝、铬以及有机物等金属或非金属保护层的制品。 镀锌钢板：白铁皮；广泛用于建筑、车辆、家电、日用品等领域；,“艾玛”地板系统： 设计师：斯蒂芬.

13、皮尔特 发布时间：1998年,镀锡钢板：马口铁； 广泛用于：罐头盒、轻便耐蚀器皿； 无锡钢板： 有机涂层钢板： 花纹钢板： 不锈钢板：,“调羹”： 设计师：马克.戴伯 出版时间：2002年,4.4.3钢管：,4.4.4钢丝：,小结： 1.名词：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体； 2.指出下列名词的主要区别： 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体； 热脆与冷脆 3.熟练掌握铁碳相图：点、线、面；三个基本转变；分析典型合金的平衡结晶过程并写出室温组织； 4.利用杠杆定律计算相和组织的相对含量； 5.利用相图分析实际问题；,思考题： 名词解释：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体； 熟

14、练掌握铁碳相图：点、线、面；三个基本转变； 分析含碳量分别为0.60%、0.77%、1.0%的铁碳合金从液态冷至室温时的结晶过程和室温组织； 指出下列名词的主要区别：1、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体；2、热脆与冷脆,根据铁碳相图，计算： 1、室温下，含碳0.6%的钢中P和F各占多少？ 2、室温下，含碳1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少？ 某工厂仓库中积压了许多碳钢（退火态），由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出一根，经金相分析后，发现其组织为P+F，其中F占80%，问此钢的含碳量大约为多少？,7 根据铁碳相图，说明下列现象产生的原因？,含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高 在室温下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢的强度高； 变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；