第四章鐵碳合金相圖

1、第四章鐵碳合金相圖目的:通過掌握FeFe3C相圖的知識,為后續(xù)學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ),為解決鐵碳合金的選材、熱加工工藝等問題提供理論依據(jù);掌握碳鋼的分類、牌號、性能和應(yīng)用,為正確合理地使用碳鋼奠定基礎(chǔ)。要求:1.掌握鐵碳合金的基本相和組織,了解合金成分組織性能用途之間的關(guān)系。2.熟練地掌握FeFe3C相圖:(1能默寫出FeFe3C相圖,正確地填寫各臨界點(diǎn)的代號、成分和溫度。掌握各臨界點(diǎn)和線的物理意義,并能填寫各相區(qū)的相組成物和組織組成物。(2能正確地分析各典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程,了解在冷卻過程中各相成分的變化規(guī)律。能初步應(yīng)用杠桿定律計(jì)算在一定溫度下平衡相及組織的相對含量。(3初步了解FeFe

2、3C相圖的應(yīng)用及局限性。3.掌握碳鋼的分類、編號、性能和應(yīng)用。重點(diǎn):FeFe3C相圖和典型合金的平衡結(jié)晶過程,特別是鋼的部分。難點(diǎn):包晶、共晶和共析轉(zhuǎn)變,結(jié)晶過程中各相成分的變化規(guī)律,平衡相及組織的相對含量計(jì)算。§4-1鐵碳合金的基本組織與性能一、工業(yè)純鐵Array工業(yè)純鐵:0.100.20%雜質(zhì),熔點(diǎn)為1538。具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變特性。工業(yè)純鐵的機(jī)械性能:強(qiáng)度、硬度低,塑性、韌性好。770為磁性轉(zhuǎn)變溫度。工業(yè)純鐵的應(yīng)用:深沖用鐵、低電阻通訊線、電工用純鐵。二、鐵碳合金中的基本相結(jié)構(gòu)、組織及其性能1、鐵素體(F、a:鐵素體:碳原子溶入到a-Fe的間隙中所形成的間隙固溶體。晶格類型為體心

3、立方晶格,C的最大溶解度為0.0218%(727時,室溫下溶解度為0.008%。性能:強(qiáng)度、硬度低,塑性、韌性好,耐蝕性好。2、奧氏體(A、:奧氏體:碳原子溶入到-Fe的間隙中所形成的間隙固溶體。晶格類型為面心立方晶格,C的最大溶解度為2.11%(1148時。性能:強(qiáng)度、硬度低,塑性好,易于鍛壓成型。3、滲碳體(Fe3C、C m:滲碳體:鐵和碳形成的一種具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的金屬間化合物。含碳量為 6.69%。性能:硬度高,塑性、韌性趨于0,脆性極大。滲碳體合理分布可提高合金的強(qiáng)度、硬度等性能。4、珠光體(P:珠光體:鐵素體和滲碳體的兩相片層狀機(jī)械混合物。性能介于F和Fe3C之間。5、萊氏體(Ld

4、:萊氏體:奧氏體和滲碳體的兩相機(jī)械混合物。§4-2鐵碳合金相圖一、鐵碳合金相圖分析1、組元:Fe、Fe3C2、點(diǎn):(溫度、成分、意義3、線:ACD液相線;AECF固相線4、重要特性線:平行線:1ECF:共晶反應(yīng)線,1148,CFeALEC3+,生成萊氏體(Ld,含碳量在2.116.69%間的Fe-C合金會發(fā)生共晶反應(yīng)。2PSK:共析反應(yīng)線,A1線,727,CFeFAPS3+,生成P,含碳量在0.02186.69%間的Fe-C合金會發(fā)生共析反應(yīng)。曲線:1ES線:Acm線,碳在A中的固溶線,1148時最大,為2.11%C,727時最小,為0.77%C。含碳量大于0.77%的Fe-C合金從

5、1148727時,從A中沿A晶界析出Fe3C。從液相中結(jié)晶出的Fe3C稱為Fe3C。2PQ線:碳在F中的固溶線,727時最大,為0.0218%C, 0時最小,為0.0008%C。含碳量大于0.0218%的Fe-C合金從7270時,從F中或沿F晶界析出Fe3C。Fe3C、Fe3C和Fe3C僅在來源和分布方面有所不同,并無本質(zhì)區(qū)別,它們的含碳量、晶格類型、本身性能均相同。 5、Fe-C合金分類按含碳量和組織不同,鐵碳合金相圖上的各種合金分為三類:1工業(yè)純鐵:含碳量小于0.0218%Fe-C合金2鋼:含碳量在0.0218%2.11%間的Fe-C合金,包括亞共析鋼(0.02180.77、共析鋼(0.7

6、7、過共析鋼(0.772.113白口鑄鐵:含碳量在2.11%6.69%間的Fe-C 合金,包括亞共晶白口鑄鐵(2.114.30%、共晶白口鑄鐵(4.30%,過共晶白口鑄鐵(4.306.69%二、典型合金結(jié)晶過程分析 1、共析鋼(P A A L L +321 2、亞共析鋼(P FF A AA L L +4 321 3、過共析鋼(II II C Fe P C Fe A A A L L 343321+ 4、共晶白口鑄鐵('21LdLd L 5、亞共晶白口鑄鐵(+21A L L Ld A +332II C Fe Ld A '3Ld P C Fe II +6、過共晶白口鑄鐵(+231I

7、C Fe L L Ld C Fe I +3'33Ld C Fe I + 三、含碳量與鐵碳合金機(jī)械性能的關(guān)系1、含碳量與鐵碳合金平衡相組成物和組織組成物的關(guān)系 2、含碳量對鐵碳合金機(jī)械性能的影響四、鐵碳合金相圖的應(yīng)用1、選材: 性能組織成分材料 2、鑄造:確定合理澆注溫度,斷定鑄造性能,制定鑄造工藝 3、鍛造:選擇適當(dāng)溫度范圍進(jìn)行鍛造 4、熱處理:選擇合理的加熱溫度§4-3 碳素鋼一、鋼中雜質(zhì)元素對鋼性能的影響1、Mn (錳溶入F 中固溶強(qiáng)化;與S 形成MnS ,減輕S 的有害作用;有益元素,含量<0.8%。2、Si (硅 溶入F 中固溶強(qiáng)化;有益元素,含量<0.3

8、5%。3、S (硫有害雜質(zhì),以FeS 形式存在,與Fe 形成低熔點(diǎn)(985共晶體(FeS+Fe ,分布于晶界處,而鋼進(jìn)行熱加工的開始溫度一般為11501250,此時分布在晶界上的共晶體處于熔化狀態(tài)而導(dǎo)致鋼開裂熱脆;因此必須嚴(yán)格控制S 含量,Mn 與S 形成高熔點(diǎn)(1620鐵碳合金的成分與機(jī)械性能的關(guān)系的MnS,呈粒狀分布于晶粒內(nèi),避免了熱脆。4、P(磷有害雜質(zhì),溶入F中,室溫下使鋼的塑性、韌性急劇下降,脆韌轉(zhuǎn)變溫度升高冷脆。5、氧、氮、氫二、碳素鋼的分類、鋼號和主要用途(一碳素鋼的分類1、按鋼中含碳量分類 2、按鋼的冶金質(zhì)量分類 3、按鋼的用途分類 4、按煉鋼時的脫氧程度分類 (二、鋼的編號1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q ×××- 質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號 屈服強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度數(shù)值(MPa A 、B 、C 、D 質(zhì)量依次提高 F 、b 、Z 、TZ 2、鑄鋼ZG×××-×