第五章鐵碳合金相圖和碳鋼

1、第五章 鐵碳合金相圖和碳鋼第一節(jié) 相結(jié)構(gòu)第二節(jié) Fe-Fe3C相圖分析第三節(jié) 碳鋼第一節(jié) 純鐵、鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)及其性能 許多金屬在固態(tài)下只有一種晶體結(jié)構(gòu)，如鋁、銅、銀許多金屬在固態(tài)下只有一種晶體結(jié)構(gòu)，如鋁、銅、銀等金屬在固態(tài)時無論溫度高低，均為面心立方晶格。鎢、等金屬在固態(tài)時無論溫度高低，均為面心立方晶格。鎢、鉬、釩等金屬則為體心立方晶格。但有些金屬在固態(tài)下，鉬、釩等金屬則為體心立方晶格。但有些金屬在固態(tài)下，存在兩種或兩種以上的晶格形式，如鐵、鈷、鈦等。這類存在兩種或兩種以上的晶格形式，如鐵、鈷、鈦等。這類金屬在冷卻或加熱過程中，其晶格形式會發(fā)生變化。金屬在冷卻或加熱過程中，其晶格形式會發(fā)生

2、變化。金屬金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變可概括如下：純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變可概括如下： FeFeFe1394912bccbccfcc1.1.鐵碳合金的組元鐵碳合金的組元 Fe Fe 鐵是過渡族元素，熔點(diǎn)為鐵是過渡族元素，熔點(diǎn)為15381538，密度是，密度是7.87g/cm7.87g/cm3 3。 FeFe3 3C C 是一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，通常稱為滲碳體。是一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，通常稱為滲碳體。 含碳量含碳量6.69%6.69%，硬度很高

3、，強(qiáng)度低，塑性韌性很差。理論熔化，硬度很高，強(qiáng)度低，塑性韌性很差。理論熔化溫度溫度12271227。是介穩(wěn)定化合物，條件適當(dāng)時，會分解成單質(zhì)狀。是介穩(wěn)定化合物，條件適當(dāng)時，會分解成單質(zhì)狀態(tài)的石墨態(tài)的石墨C C 。液相液相L L：鐵與碳的液溶體。：鐵與碳的液溶體。相：高溫鐵素體，是碳在相：高溫鐵素體，是碳在-Fe-Fe中的間隙固溶體，呈體心中的間隙固溶體，呈體心立方晶格，在立方晶格，在13941394以上存在。以上存在。相：鐵素體，是碳在相：鐵素體，是碳在-Fe-Fe中的間隙固溶體，呈體心立方中的間隙固溶體，呈體心立方晶格。碳的固溶度極小。強(qiáng)度低、硬度低、塑性好。晶格。碳的固溶度極小。強(qiáng)度低、硬

4、度低、塑性好。相：奧氏體，是碳在相：奧氏體，是碳在-Fe-Fe中的間隙固溶體，呈面心立方中的間隙固溶體，呈面心立方晶格。其中碳的固溶度在晶格。其中碳的固溶度在11481148時為時為2.11%2.11%。強(qiáng)度較低，硬度。強(qiáng)度較低，硬度不高，易于塑性變形。不高，易于塑性變形。 FeFe3 3C C相相: :滲碳體，是一個金屬化合物，根據(jù)其生成條件不同滲碳體，是一個金屬化合物，根據(jù)其生成條件不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，對鐵碳合金的力學(xué)性能有有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，對鐵碳合金的力學(xué)性能有很大影響。很大影響。 在鐵碳合金中，由于鐵和碳的交互作用，可形成下列五在鐵碳合金中，由于鐵和碳的交

5、互作用，可形成下列五種基本組織種基本組織： 奧氏體（奧氏體（A A）珠光體（）珠光體（P P）鐵素體（鐵素體（F F）萊氏體（）萊氏體（LdLd、L Ld d）滲碳體（滲碳體（FeFe3 3C C、FeFe3 3C C、FeFe3 3C C ） 圖3-2 鐵素體晶胞示意圖GPQSECJNBDFK+Fe3C0.77GPQSECJNBDFK+Fe3C11487274.3：（ ）+ Fe+ Fe3 3C C兩種相。兩種相。：高溫萊氏體或低溫萊氏體，用符號：高溫萊氏體或低溫萊氏體，用符號LdLd或或LdLd表示。表示。：4.3%(4.3%(稱共晶白口鑄鐵稱共晶白口鑄鐵) )：1148-7271148-

6、727， 727 727LCL Ld d（ E+Fe3C）1148室溫組織室溫組織: : L Ld d(P + Fe(P + Fe3 3C C +Fe+Fe3 3C C） 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖是表示在緩慢冷卻是表示在緩慢冷卻的條件下，表明鐵的條件下，表明鐵碳合金成分、溫度、碳合金成分、溫度、組織變化規(guī)律的簡組織變化規(guī)律的簡明圖解，它也是選明圖解，它也是選擇材料和制定有關(guān)擇材料和制定有關(guān)熱處理工藝時的重?zé)崽幚砉に嚂r的重要依據(jù)。要依據(jù)。第二節(jié) 鐵碳合金相圖包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變勻勻晶晶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變在1495 發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變 1495LB+HJ在1148發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變 1148

7、 LCE+Fe3C 在727發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 727SP+Fe3C共晶點(diǎn)：L LC C1148Ld ( A + Fe3C )共析點(diǎn)：A AS S 727P ( FP + Fe3C )純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)：- Fe912- Fe- Fe- Fe1394簡化的簡化的Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖中的特性線相圖中的特性線特性線特性線含含 義義ACDACD液相線液相線AECFAECF固相線固相線GSGSA A3 3線，冷卻時不同含量的線，冷卻時不同含量的A A中結(jié)晶中結(jié)晶F F的開始線的開始線ESESA Acmcm線，碳在線，碳在A A中的固溶線中的固溶線ECFECF共晶線共晶線PSKPSK共析線共

8、析線ECFECF : : 共晶線共晶線 ，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。1148LC( AE + Fe3C )PSKPSK : : 共析線共析線 ，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。AS727( FP + Fe3C ) : PSK , : PSK , 共析轉(zhuǎn)變線。共析轉(zhuǎn)變線。 : GS , : GS , 奧氏體和鐵素體相互轉(zhuǎn)變線。奧氏體和鐵素體相互轉(zhuǎn)變線。: ES , : ES , 碳在奧氏體中的溶解度曲線。碳在奧氏體中的溶解度曲線。 : : 析出一次滲碳體，由析出一次滲碳體，由L L析出析出FeFe3 3C C。 : : 析出二次滲碳體，由析出二次滲碳體，由A A析出析出FeFe3 3C C。

9、: : 析出三次滲碳體，由析出三次滲碳體，由F F析出析出FeFe3 3C C。: P、S、E、C、K。 EF、ES、GS、FK。 : 共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變。 : 1148 、727 。 ：Wc0.0218% Wc0.0218% ：Wc =0.0218-2.11%Wc =0.0218-2.11%亞共析鋼亞共析鋼 0.0218-0.77%0.0218-0.77%共析鋼共析鋼 0.77%0.77%過共析鋼過共析鋼 0.77-2.11%0.77-2.11%：Wc =2.11-6.69% Wc =2.11-6.69% 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 2.11-4.3%2.11-4.3%共晶白口鑄鐵共晶白口

10、鑄鐵 4.3%4.3%過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 4.3-6.69%4.3-6.69% 由鐵碳相圖可知鋼在高溫時處于奧氏體狀態(tài)，而奧氏體由鐵碳相圖可知鋼在高溫時處于奧氏體狀態(tài)，而奧氏體的強(qiáng)度較低，塑性好，有利于進(jìn)行塑性變形。的強(qiáng)度較低，塑性好，有利于進(jìn)行塑性變形。 因此，鋼材的鍛造、軋制等均選擇在單相奧氏體的適當(dāng)因此，鋼材的鍛造、軋制等均選擇在單相奧氏體的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。：非合金鋼非合金鋼低合金鋼低合金鋼合金鋼合金鋼 圖3-12 含碳量對鋼力學(xué)性能的影響 實(shí)際使用的非合金鋼并不是單純的鐵碳合金，實(shí)際使用的非合金鋼并不是單純的鐵碳合金，由于冶煉時所用原料以及冶煉工藝方法等影

11、響，鋼由于冶煉時所用原料以及冶煉工藝方法等影響，鋼中總不免有少量其他元素存在，如硅、錳、硫、磷、中總不免有少量其他元素存在，如硅、錳、硫、磷、銅、鉻、鎳等，這些并非有意加入或保留的元素一銅、鉻、鎳等，這些并非有意加入或保留的元素一般作為雜質(zhì)看待。它們的存在對鋼的性能有較大的般作為雜質(zhì)看待。它們的存在對鋼的性能有較大的影響。影響。 溶于鐵素體，形成置換固溶體，使鐵素體強(qiáng)化；溶于鐵素體，形成置換固溶體，使鐵素體強(qiáng)化；溶于滲碳體，形成合金滲碳體，提高硬度；溶于滲碳體，形成合金滲碳體，提高硬度；形成形成MnSMnS，減輕硫的有害作用。，減輕硫的有害作用。溶于鐵素體，使鐵素體強(qiáng)化；溶于鐵素體，使鐵素體強(qiáng)化；形成形成FeOFeO，改善鋼質(zhì)。，改善鋼質(zhì)。形成形成FeS,FeS,提高鋼的脆性；提高鋼的脆性；FeSFeS和和FeFe形成低熔點(diǎn)的共晶體，產(chǎn)生形成低熔點(diǎn)的共晶體，產(chǎn)生熱脆熱脆現(xiàn)象?，F(xiàn)象?？商岣咪摰暮i量，形成可提高鋼的含錳量，形成MnS,MnS,避免熱脆現(xiàn)象。避免熱脆現(xiàn)象。溶于鐵素體，強(qiáng)化鐵素體；溶于鐵素體，強(qiáng)化鐵素體；會產(chǎn)生會產(chǎn)生冷脆冷脆現(xiàn)象；現(xiàn)象；三、常用碳鋼Wc =0.09%-0.33% WMn=0.37%-0.65% Ws0.035-0.05% Wp0.035%-0.045% Wsi =0.30%牌號牌號：屈服點(diǎn)的字母屈服點(diǎn)的字母 屈服點(diǎn)數(shù)值屈服點(diǎn)數(shù)值 質(zhì)量等級