鐵碳合金相圖詳解

1、第三章鐵碳合金相圖非合金鋼（GB/T 13304-91）,將鋼分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三大類和鑄 鐵是應(yīng)用極其廣泛的重要金屬材料，都是以鐵為基主要由鐵和碳組成的鐵碳合金。了解鐵 碳合金成分與組織、性能的關(guān)系，有助于我們更好地研究和使用鋼鐵材料。本章將著重討 論鐵碳相圖及其應(yīng)用方面的一些問題。鐵與碳可以形成一系列化合物：Fe,C、Fe：C、FeC等。FqC的含碳量為6.69%, 鐵碳合金含碳量超過6.69%,脆性很大，沒有實用價值，所以本章討論的鐵碳相圖，實際 是民一良。相圖，相圖的兩個組元是與和FeC.3. 1 be-F&C系合金的組元與基本相3. I. I組元純鐵 民是過渡族元

2、素，1個大氣壓下的熔點(diǎn)為153820時的密度為 7.87xlO"g/3 純鐵在不同的溫度區(qū)間有不同的晶體結(jié)構(gòu)（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變），即:d-Fe （體心）（而心）算然。-良（體心）工業(yè)純鐵的力學(xué)性能大致如下：抗拉強(qiáng)度氏=180230 M4,屈服強(qiáng)度2=100 170 MPa,伸長率6 = 3050%,硬度為5080 H3S 0可見，純鐵強(qiáng)度低，硬度低，塑性好，很少做結(jié)構(gòu)材料，由于有高的磁導(dǎo)率，主要作 為電工材料用于各種鐵芯。民 與夕是鐵和碳形成的間隙化合物，晶體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，通常稱滲碳體，可 用符號。表示。民。具有很高的硬度但很脆，硬度約為9501050 HV,抗拉強(qiáng)度 （jh =30 M

3、Pa ,伸長率 6 = 0 °3.1.2基本相人-民工相圖中除了高溫時存在的液相L，和化合物相Fe3C外，還有碳溶于鐵形成的 幾種間隙固溶體相：高溫鐵素體 碳溶于6-與的間隙固溶體，體心立方晶格，用符號6表示，鐵素體 碳溶于與的間隙固溶體，體心立方晶格，用符號a或尸表示。尸中碳 的固溶度極小,室溫時約為0.0008%, 600C時約為0.0057%,在727c時溶碳量最大,約 為0. 0218%,但也不大，在后續(xù)的計算中，如果無特殊要求可忽略不計，力學(xué)性能與工業(yè) 純鐵相當(dāng)O5）奧氏體 碳溶于了-與的間隙固溶體，面心立方晶格，用符號y或A表示。奧氏體 中碳的固溶度較大，在1148時最大

4、達(dá)2.11%.奧氏體強(qiáng)度較低，硬度不高，易于塑性變 形。3. 23c 相圖3. 2.1民-民。相圖中各點(diǎn)的溫度、含碳量及含義民-民夕相圖及相圖中各點(diǎn)的溫度、含碳量等見圖3. 1及表3,1所示。圖3.1及表3.1中代表符號屬通用，一般不隨意改變。c. % （重量）-圖3.1 FlFjC相圖表3.1相圖中各點(diǎn)的溫度、含碳量及含義符號溫度CC）含碳貴先（質(zhì)址）含義A15380純鐵的塔點(diǎn)B11950. 53包品轉(zhuǎn)變時液態(tài)合金的成分C111S1. 30共品點(diǎn)D12276. 69Fe£的熔點(diǎn)E111S2. 11碳在丫-Fe中的最大溶解度Fms6. 69Fe3c的成分G9120a -Fe- Y-F

5、e同點(diǎn)異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)H11950. 09碳在6-Fe中的最大溶解度J11950. 17包品點(diǎn)K7276. 69Fe£的成分N13940y-Fe-6-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7270.021S碳在a-Fe中的最大溶解度S7270. 77共析點(diǎn)Q6000.0057600c （或室溫）時碳在a-Fe中的最大溶解度（室溫）<0.OOOS)3. 2. 2與-民。相圖中重要的點(diǎn)和線3. 2. 2.1三個重要的特性點(diǎn)/點(diǎn)為包品點(diǎn) 合金在平衡結(jié)晶過程中冷卻到1495C時。8點(diǎn)成分的心與點(diǎn)成分 的6發(fā)生包晶反應(yīng)，生成J點(diǎn)成分g勺A。包晶反應(yīng)在恒溫下當(dāng)行，反應(yīng)過程中L、旌 A 三相共存，反應(yīng)式為：L +慈

6、益*工4 或 乙腦+不附者差三人”。（2）。點(diǎn)為共晶點(diǎn) 合金在平衡結(jié)晶過程中冷卻到1148'。時.。點(diǎn)成分的L發(fā)生共晶反 應(yīng)，生成E點(diǎn)成分的A和反了.共晶反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行，反應(yīng)過程中L、A、FqC三相 共存，反應(yīng)式為：4 y ' ' 4 + FjC或小""' 4u + FjC -共晶反應(yīng)的產(chǎn)物是A與&Q的共晶混合物，稱萊氏體，用符號Le表示，所以共晶反應(yīng) 式也可表達(dá)為：Li3隼七f Leiy o萊氏體組織中的滲碳體稱為共晶滲碳體，在顯微鏡下萊氏體的形態(tài)是塊狀或粒狀A(yù)（727時轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w）分布在滲碳體基體上。（3）S點(diǎn)為共析點(diǎn) 合金在

7、平衡結(jié)晶過程中冷卻到727時S點(diǎn)成分的A發(fā)生共析反應(yīng)， 生成P點(diǎn)成分的尸和FjC。共析反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行，反應(yīng)過程中A、F、民夕三相共 存，反應(yīng)式為：-727 t - Fp + Fe.C 或EqC共析反應(yīng)的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的共析混合物，稱珠光體，用符號。表示，因而共 析反應(yīng)可簡單表示為：A1,?, -727 t - PovP中的滲碳體稱為共析滲碳體，在顯微鏡下。的形態(tài)呈層片狀,在放大倍數(shù)很高時， 可清楚看到相間分布的滲碳體片（窄條）與鐵素體片（寬條）°P的強(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于滲碳體和鐵素體之間，其機(jī)械性能如下：抗拉強(qiáng)度（% ）770MPa 延伸率（J ）2035%沖擊韌性

8、（勺）3040J/a2硬度（HB） 180kf/mm23. 2. 2. 2相圖中的特性線相圖中的ABC。為液相線；加反尸為固相線。水平線分為包晶反應(yīng)線，碳含量0.090.53%的鐵碳含金在平衡結(jié)晶過程中均發(fā) 生包晶反應(yīng)。水平線反廠為共晶反應(yīng)線。碳含量在2.116.69%之間的鐵碳合金，在 平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共晶反應(yīng)。水平線PSK為共析反應(yīng)線。碳含量0.02186.69%之 間的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共析反應(yīng)。PSK線在熱處理中亦稱A線。GS 線是合金冷卻時自A中開始析出廠的臨界溫度線，通常稱4線。（5） £5線是碳在A中的固 溶線，通常稱線。由于在1148C時A中溶碳量最

9、大可達(dá)2.11%,而在727時僅為 0.77%,因此碳含量大于0.77%的鐵碳合金自1148冷至727C的過程中，將從A中析出 鼠3。°析出的滲碳體稱為二次滲碳體（&C）° 線亦是從A中開始析出&C,的臨 界溫度線。（6）尸。線是碳在F中的固溶線。在727c時F中溶碳量最大可達(dá)0. 0218%,室 溫時僅為0.0008%,因此碳含量大于0.0008%的鐵碳合金自727冷至室溫的過程中，將 從F中析出與夕。析出的滲碳體稱為三次滲碳體（FeG）,尸。線亦為從產(chǎn)中開始析出 民0,的臨界溫度線。FeCj數(shù)量極少，往往可以忽略。下而分析鐵碳合金平衡結(jié)晶過程時，均忽略這

10、一析 出過程。工3典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程工業(yè)糾i鐵（C4 0. 0218%）(1)根據(jù)Fe-FeC相圖，鐵碳含金可分為三類:'亞共析鋼（0. 0218%（C<0. 77%）鋼（0. 0218%<C < 2, 11%X 共析鋼（C = 0. 77%）過:七臉0.77<C2. 11）'亞共晶白口鑄鐵（2.1KC（4.3%）白口鑄鐵（2.1提“6.69*共晶白口鑄鐵（C = 4. 3%）過共晶白口鑄鐵（4. 3%<C<6. 69%）下面分別對以上七種典型鐵碳含金的結(jié)晶過程進(jìn)行分析。3. 3.1工業(yè)純鐵以含碳0.01%的鐵碳合金為例，其冷卻曲線（

11、如圖3.2）和平衡結(jié)晶過程如下。合金在1點(diǎn)以上為液相冷卻至稍低于1點(diǎn)時，開始從L中結(jié)晶出6,至2點(diǎn)合金部結(jié)晶為6.從3點(diǎn)起，5逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锳 ,至4點(diǎn)全部轉(zhuǎn)變完了。4-5點(diǎn)間A冷卻不變。自5點(diǎn)始，從A中析出尸在A晶界處生核并長大，至6點(diǎn)時A全部轉(zhuǎn)變?yōu)樵?-7點(diǎn)間F冷卻不變。在7-8點(diǎn)間，從尸晶界析出因此合金的室溫平衡組織為F +屋。,“，尸呈白色塊狀：林夕川量極少，呈小白片狀分布于F晶界處。若忽略FeC”,則組織全為F*圖3.2工業(yè)純鐵結(jié)晶過程示意圖3. 3. 2 共析鋼其冷卻曲線和平衡結(jié)晶過程如圖3. 3所示。合金冷卻時，于1點(diǎn)起從L中結(jié)晶出A ,至2點(diǎn)全部結(jié)晶完了。在2-3點(diǎn)間A冷卻不變。

12、至3點(diǎn)時，A發(fā)生共析反應(yīng)生成從3,繼續(xù)冷卻至4點(diǎn)，P皆不發(fā)生轉(zhuǎn)變,因此共析 鋼的室溫平衡組織全部為尸，尸呈層片狀。共析鋼的室溫組織組成物也全部是P,而組成相為和民，它們的相對質(zhì)量為：-%=6, 69-0"-1。% = 88% ;& C% = 1-尸 % = 12%6.693Q時間一圖3.3共析鋼結(jié)晶過程示意圖3. 3.3亞共析鋼以含碳0. 4%的鐵碳含金為例，其冷卻曲線和平衡結(jié)晶過程如圖3. 4所示。合金冷卻時，從1點(diǎn)起自L中結(jié)晶出6,至2點(diǎn)時，L成分變?yōu)?.53% C, 6變?yōu)?0.09%C,發(fā)生包晶反應(yīng)生成4，反應(yīng)結(jié)束后尚有多余的2,點(diǎn)以下，自L中不斷結(jié) 晶出A,至3點(diǎn)合

13、金全部轉(zhuǎn)變?yōu)樵?-4點(diǎn)間A冷卻不變。從4點(diǎn)起，冷卻時由A中析 出廠，F(xiàn)在A晶界處優(yōu)先生核并長大，而A和b的成分分別沿GS和GP線變化。至5點(diǎn) 42/13時，A的成分變?yōu)?.77%C,小的成分變?yōu)?.0218% C。此時A發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)?P，F(xiàn)不變化。從5,繼續(xù)冷卻至6點(diǎn)，合金組織不發(fā)生變化，因此室溫平衡組織為F + Pa F呈白色塊狀；。呈層片狀，放大倍數(shù)不高時呈黑色塊狀。碳含量大于0.6%的亞共析鋼，室溫平衡組織中的尸常呈白色網(wǎng)狀，包闈在。周圍。0.4ZCPAPF+Fe£643-4A -PF + P-P5'-6L+(5L+6-AL+A_6_時間一 圖3.4亞共析鋼結(jié)晶

14、過程示意圖含0.4% C的亞共析鋼的組織組成物（尸和。）的相對質(zhì)量為：0.4-0. 02尸% =x 100% = 51%;尸 = 1 51% = 49%0. 77-0. 02組成相（/和Fe:C ）的相對質(zhì)量為：6 69-0 4F% = - x 100% = 94%; Fe.C% = 1 - 94% = 6%6. 691-2zl+A 2-3AGPF+Fe3cP*Fe3Cfl4 * 55時間一圖3.5過共析鋼結(jié)晶過程示意圖L1以上PL2ZCA3-4由于室溫下F的含碳量極微，若將廠中的含碳量忽略不計，則鋼中的含碳量全部在P 中，所以亞共析鋼的含碳量可由其室溫平衡組織來估算。即根據(jù)P的含量可求出鋼的

15、含碳 量為：C% = P%xO.77%,由于P和廠的密度相近，鋼中P和廠的含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)） 可以近似用對應(yīng)的而積百分?jǐn)?shù)來估算。3. 3.4過共析鋼以碳含量為1. 2%的鐵碳合金為例，其冷卻曲線和平衡結(jié)晶過程如圖3. 5所示。合金冷卻時，從1點(diǎn)起自L中結(jié)晶出A,至2點(diǎn)全部結(jié)晶完了。在2-3點(diǎn)間A冷卻不變，從3點(diǎn)起，由A中析出&(，呈網(wǎng)狀分布在A晶界上0至4點(diǎn)時A的碳含量 降為0.77%, 4-4'發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，而Fe。”不變化。在4' -5點(diǎn)間冷卻時組織 不發(fā)生轉(zhuǎn)變。因此室溫平衡組織為在顯微鏡下，肩(“呈網(wǎng)狀分布在層片狀產(chǎn) 周圍。含L 2%。的過共析鋼的組成相為

16、和FeC；組織組成物為和尸，它們的相對 1 2 _ 0 77質(zhì)量為：Fe.Cu% = 一一 . x 100% = 7%;P% = 1 -7% = 93%6. 69-0. 773. 3.5共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵的冷卻曲線和平衡結(jié)晶過程如圖3. 6所示。圖3.6共晶白口鋅鐵結(jié)晶過程示意圖45/13合金在1點(diǎn)發(fā)生共晶反應(yīng)，由L轉(zhuǎn)變?yōu)?高溫)萊氏體R (A + RC) 0在1, -2點(diǎn) 間，R中的A不斷析出尸民口與共晶Fe無界線相連，在顯微鏡下無法分辨， 但此時的萊氏體由A+尸4。 +好0 組成。由于的析出，至2點(diǎn)時A的碳含量降為 0.77%,并發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻；高溫萊氏體口轉(zhuǎn)變成低溫萊氏體 L

17、ef (0+&>< +民<)。從2,至3點(diǎn)組織不變化.所以室溫平衡組織仍為L/ ,由黑 色條狀或粒狀P和白色FeC基體組成(見圖3. 12)。共晶白口鑄鐵的組織組成物全為Le',而組成相還是尸和EeC，它們的相對重量可 用杠桿定律求出。3. 3. 6亞共晶白口鑄鐵以碳含量為3%的鐵碳合金為例，其冷卻曲線和平衡結(jié)晶討程如圖3.7所示.圖3.7亞共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程示意圖合金自1點(diǎn)起，從L中結(jié)晶出初生A,至2點(diǎn)時L的成分變?yōu)楹?.3%c （A的成分變 為含2.11%）,發(fā)生共晶反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?，而A不參與反應(yīng)。在2, -3點(diǎn)間繼續(xù)冷卻時， 初生A不斷在其外圍或晶界上析

18、出反夕，同時R中的A也析出良。至3點(diǎn)溫度時， 所有A的成分均變?yōu)?.77%,初生A發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻；高溫萊氏體口也轉(zhuǎn)變?yōu)榈?溫萊氏體小'o在3,以下到4點(diǎn)，冷卻不引起轉(zhuǎn)變。因此室溫平衡組織為 P + Fe£, + LeJ 網(wǎng)狀F/C分布在粗大塊狀月的周圍，Le f則由條狀或粒狀。和FqC 基體組成。亞共晶白口鑄鐵的組成相為F和組織組成物為P、Fe£,、和,它們的 相對質(zhì)量可以兩次利用杠桿定律求出。先求合金鋼冷卻到2點(diǎn)溫度時初生兒“和4的相對質(zhì)量：4 3 3A,“% = ：x100% = 59%;L4X% = 1-59% = 41%4.3-2. 11L4 a通過共

19、晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)樾?，并隨后轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體及'，所以Le %二 Le% =凡 = 41%.再求3點(diǎn)溫度時（共析轉(zhuǎn)變前）由初生A3析出的良£“及共析成分的人”的相對質(zhì) 量：FexCH% = 2 n" x59% = 13%;4” = 8 的-2. 11 乂59% = 46% .） 6.69-0.77/6. 69-0.77由于發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻，所以。的相對質(zhì)量就是46% o3. 3.7過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程與亞共晶白口鑄鐵大同小異，唯一的區(qū)別是：其先析出相 是一次滲碳體（F9 而不是A,而且因為沒有先析出A ,進(jìn)而其室溫組織中除小'中 的。以外

20、再沒有P，即室溫下組織為+ FesC,組成相也同樣為F和Fe，它們的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算仍然用杠桿定律，方法同上。3.4含碳量與鐵碳合金平衡組織、機(jī)械性能的關(guān)系3.4.1 按組織劃分的Fe-FqC相圖由此-FeC相圖，可知鐵碳合金室溫平衡組織都由廠和鎮(zhèn)夕兩相組成，隨含碳量增 高，產(chǎn)含量下降，由100%按直線關(guān)系變至0 （含6.69%。時）：尸白。含量相應(yīng)增加，由0按直線關(guān)系變至100% （含6.69%C時）。改變含碳量，不僅引起組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變 化，而且產(chǎn)生不同結(jié)晶過程，從而導(dǎo)致組成相的形態(tài)、分布變化，也即改變了鐵碳合金的 組織.由圖3.8,可見隨著含碳量增 加，室溫組織變化如下：F（+ Fe&

21、#163;” ） -F + P-Pf P+Fe.C.- P+Fe3Clt + Ler - Le r _ Le，+ FeiCl。組成相的相對含量及組織形態(tài)的 變化，會對鐵碳合金性能產(chǎn)生很大影 響。3.4.2 碳鋼的機(jī)械性能與碳 含量的關(guān)系對圖3.8進(jìn)行分析，得知鐵碳合 金的含碳量:小于0.0218%時組織全 部為少：等于0.77%時全部為尸；等 于4.3%時全部為心'：等于6.69%時全部為F-C：在它們之間的組織則為相應(yīng)組織的混合物。利用杠桿定律對其質(zhì)量分?jǐn)?shù)計 算可得如圖3.9所示的含碳量與組織（F、P、Fg、Lef . Feg）的數(shù)量關(guān)系。C, % 硬度（HB）主要決定于組織中組圖3

22、.8標(biāo)注組織分區(qū)的Fe-FeC合金相圖49/13成相或組織組成物的硬度和相對數(shù)量，而受它們的形態(tài)的影響 相對較小。隨碳含量的增加，由于硬度高的尸監(jiān)。增多，硬度 低的?減少，所以合金的硬度呈直線關(guān)系增大，由全部為廠的 硬度約80 48增大到全部為良。時的約800 HB。強(qiáng)度是一個對組織形態(tài)很敏感的性能。隨碳含量的增加， .亞共析鋼中。增多而F減少。戶的強(qiáng)度比較高，其大小與細(xì)密 程度有關(guān)。組織越細(xì)密，則強(qiáng)度值越高。F的強(qiáng)度較低。所以 亞共析鋼的強(qiáng)度隨碳含量的增大而增大；但當(dāng)碳含量超過共析 成分之后，由于強(qiáng)度很低的FqC沿晶界析出，合金強(qiáng)度的增 高變慢：到約0.9%時，與"沿晶界形成完整的

23、網(wǎng)，強(qiáng)度迅 速降低：隨著碳含量的增加，強(qiáng)度不斷下降，到2.n%后，合 金中出現(xiàn)時，強(qiáng)度已降到很低的值。再增加碳含量時，由于合金基體都為脆性很高的FeC，強(qiáng)度變化不大且值很低，趨近于的強(qiáng)度（約2030 MPa ） o圖3. 9含碳量與組織的關(guān)系鐵碳含金中反c是極脆的相，沒有塑性，不能為合金的塑性作出貢獻(xiàn)，合金的塑性 全部由少提供，所以隨碳含量的增大，廠量 不斷減少時，合金的塑性連續(xù)下降。到合金成 為白口鑄鐵時，塑性就降到近于零值了。見圖 3. IO-對于應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)材料、亞共析鋼，其硬度、強(qiáng)度和塑性可根據(jù)成分或組織作如下估 算： 圖3.10性能隨含碳量的變化硬度（HB ）也 80xP% + 1

24、80xP%或（HB） 80x F% + 800x：強(qiáng)度（）七230 x F% + 770 x P%（MPa）；延伸率（6） 50xF% + 20xP% o式中的數(shù)字相應(yīng)為尸、 P或反夕的近似硬度、強(qiáng)度和延伸率：符號相應(yīng)表示組織中/、戶或反3c的含量3. 5Fg。相圖的應(yīng)用和局限性3. 5.1 反-尸“3。相圖的應(yīng)用Fe-EeC相圖在生產(chǎn)中具有重大的實際意義，主要應(yīng)用在鋼鐵材料的選用和加工工藝 的制訂兩個方面。3. 5.1.1在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用反相圖所表明的某些成分-組織-性能的規(guī)律，為鋼鐵材料選用提供了根據(jù)； 建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料，因此選用碳含量較低的鋼材：各種機(jī) 械

25、零件需要強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料，應(yīng)選用碳含量適中的中碳鋼：各種工具要 用硬度高和耐磨性好的材料，則選用含碳量高的鋼種；純鐵的強(qiáng)度低，不宜用做結(jié)構(gòu)材 料，但由于其導(dǎo)磁率高，矯頑力低，可作軟磁材料使用，例如做電磁鐵的鐵芯等：白口 鑄鐵硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但其耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用 于作要求耐磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輯、貨車輪、犁鋅、球磨 機(jī)的磨球等。3. 5.1.2在鑄造工藝方面的應(yīng)用根據(jù)民相圖可以確定合金的澆注溫度。澆注溫度一般在液相線以上50 lOOCo從相圖上可看出，純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好。它們的凝固溫度區(qū)間最 小，因而流動性

26、好，分散縮孔少，可以獲得致密的鑄件，所以鑄鐵在生產(chǎn)上總是選在共晶 成分附近。在鑄鋼生產(chǎn)中，碳含量規(guī)定在0.150.6%之間，因為這個范圍內(nèi)鋼的結(jié)晶溫 度區(qū)間較小，鑄造性能較好。3. 5.1. 3在熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用鋼處于馬氏體狀態(tài)時強(qiáng)度較低，塑性較好，因此鍛造或軋制選在單相奧氏體區(qū)內(nèi)進(jìn) 行。一般始鍛、始軋溫度控制在固相線以下100200C范圍內(nèi)。溫度高時，鋼的變形抗力 小，節(jié)約能源，設(shè)備要求的噸位低，但溫度不能過高，防止鋼材嚴(yán)重?zé)龘p或發(fā)生晶界熔化 （過燒）。終鍛、終軋溫度不能過低，以免鋼材因塑性差而發(fā)生鍛裂或軋裂。亞共析鋼熱加工終 止溫度多控制在GS線以上一點(diǎn)，避免變形時出現(xiàn)大量鐵素體，

27、形成帶狀組織而使韌性降 低。過共析鋼變形終止溫度應(yīng)控制在尸SK線以上一點(diǎn)，以便把呈網(wǎng)狀析出的二次滲碳體 打碎。終止溫度不能太高，否則再結(jié)晶后奧氏體晶粒粗大，使熱加工后的組織也粗大。一 般始鍛溫度為11501250C,終鍛溫度為750850。3. 5.1.4在熱處理工藝方面的應(yīng)用用一尸4。相圖對于制訂熱處理工藝有著特別重要的意義，一些熱處理工藝如退火、正 火、淬火的加熱溫度都是依據(jù)用-FeC相圖確定的。這將在下一章中詳細(xì)闡述。3. 5. 2 /e-Fe3c相圖的局限性民-尸相圖的應(yīng)用很廣，為了正確掌握它的應(yīng)用，必須了解其下列局限性。及-EeC相圖反映的是平衡相，而不是組織。相圖能給出平衡條件下的

28、相、相的成 分和各相的相對質(zhì)量，但不能給出相的形狀、大小和空間相互配置的關(guān)系。凡-E弓。相 圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài)。實際生產(chǎn)中應(yīng)用的鋼和鑄鐵，除了鐵和碳以外， 往往含有或有意加入其它元素。被加入元素的含量較高時，相圖將發(fā)生重大變化。嚴(yán)格 說，在這樣的條件下鐵碳相圖已不適用。&-玲。相圖反映的是平衡條件下鐵碳合金中 相的狀態(tài)。相的平衡只有在非常緩慢的冷卻和加熱，或者在給定溫度長期保溫的情況下才 能達(dá)到。就是說，相圖沒有反映時間的作用。所以鋼鐵在實際的生產(chǎn)和加工過程中，當(dāng)冷 卻和加熱速度較快時，常常不能用相圖來分析問題。3.6碳鋼及其常存雜質(zhì)碳鋼被廣泛使用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。它們不

29、僅價格低廉、容易加工，而且在一般情況下 能滿足使用性能的要求。為了掌握碳鋼的正確選擇和合理使用、必須熟悉它的牌號和用 途。3. 6.1碳鋼中雜質(zhì)元素由于原料和冶煉工藝的原因，碳鋼中除鐵與碳兩種元素外，還含有少量Si、 S、P以及微量的氣體元素。、N等非特意加入的雜質(zhì)元素。Si和M是煉鋼時作為 脫氧劑（缽鐵、硅鐵）加入而殘留在鋼中的，其余的元素則是從原料或大氣中帶入鋼中而 冶煉時不能清除盡的有害雜質(zhì)。它們對鋼的性能有一定影響。3. 6.1.1缽和硅的影響Si、M加入鋼中，可將鋼液中的&O還原成Fe ,并形成SiQ和M還與鋼 液中的S形成而大大減輕S的有害作用。這些反應(yīng)產(chǎn)物大部分進(jìn)入爐渣，

30、小部分殘留 鋼中成為非金屬夾雜.鋼中含M量約為0.250.80%。鋼中含Si量約為0.030.40%.脫氧劑中的8與總會有一部分溶于鋼液，凝固后溶于鐵素體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作 用。在含量不高（VI%）時，可以提高鋼的強(qiáng)度，而不降低鋼的塑性和韌性，一般認(rèn)為 Si、M是鋼中有益元素。3. 6.1.2其它雜質(zhì)的影響S的影響 S在固態(tài)鐵中幾乎不溶解，它與鐵形成熔點(diǎn)為1190c的FeS，F(xiàn)eS又與 7-分形成熔點(diǎn)更低的（985）共晶體。即使鋼中含S量不高，由于嚴(yán)重偏析，凝固快完 成時，鋼中的S幾乎全部殘留在枝晶間的鋼液中，最后形成低熔點(diǎn)的（Fe + FeS）共晶。 含有硫化物共晶的鋼材進(jìn)行熱壓力加工（加熱溫

31、度一般在11501250C之間），分布在晶 界處的共晶體處于熔融狀態(tài)，一經(jīng)軋制或鍛打，鋼材就會沿晶界開裂。這種現(xiàn)象稱為鋼的 熱脆 如果鋼水脫氧不良，含有較多的&O,還會形成（Fe + FeO + FeS）三相共晶體， 熔點(diǎn)更低（940-0 ,危害性更大。對于鑄鋼件，含硫過高，易使鑄件發(fā)生熱裂：S也使焊 件的焊縫處易發(fā)生熱裂。產(chǎn)的影響 P在鐵中固溶度較大，鋼中的P一般都固溶于鐵中。P溶人鐵素體后， 有較之其他元素更強(qiáng)的固溶強(qiáng)化能力，尤其是較高的含夕量，使鋼顯著提高強(qiáng)度、硬度的 同時，劇烈地降低鋼的塑、韌性，并且還提高了鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度，使得低溫工作的零件 沖擊韌性很低，脆性很大，這種現(xiàn)象

32、通常稱為鋼的冷脆，S、P在鋼中是有害元素，在普通質(zhì)量非合金鋼中，其含量被限制在0.045%以下。如 果要求更好的質(zhì)量，則含量限制更嚴(yán)格。在一定條件下5、尸也被用于提高鋼的切削加工性能。炮彈鋼中加入較多的P,可使 炮彈爆炸時產(chǎn)生更多彈片，使之有更大的殺傷力。P與C”共存可以提高鋼的抗大氣腐蝕 能力。（3）0、H、N的影響 。在鋼中溶解度很小，幾乎全部以氧化物夾雜形式存在，如 FeO、Alp. . SiO：、MnO等,這些非金屬夾雜使鋼的力學(xué)性能降低，尤其是對鋼的塑 性、韌性、疲勞強(qiáng)鹿等危害很大。H在鋼中含量盡管很少，但溶解于固態(tài)鋼中時，劇烈地降低鋼的塑、韌性，增大鋼的 脆性，這種現(xiàn)象稱為氫脆。少

33、量N存在于鋼中，會起強(qiáng)化作用。N的有害作用表現(xiàn)為造成低碳鋼的時效現(xiàn)象，即 含N的低碳鋼自高溫快速冷卻或冷加工變形后，隨時間的延長，鋼的強(qiáng)度、硬度上升， 塑、韌性下降，脆性增大，同時脆性轉(zhuǎn)變溫度也提高了，造成了許多焊接工程結(jié)構(gòu)和容器 突然斷裂事故。3.6.2非合金鋼（碳鋼）的分類根據(jù)GB/T 13304-91第一部分：鋼按化學(xué)成分分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。其 中非合金鋼即為原國標(biāo)中的碳鋼。下面將原碳鋼分類方法及新國標(biāo)非合金鋼的分類分列如下：3. 6. 2.1碳鋼分類方法碳鋼主要有下列幾種分類方法：彳氐碳鋼一CW0. 25%按鋼的碳含量分 中碳鋼-0. 25% v C 4 0. 6% 高碳鋼

34、-C>0. 6%普通碳素鋼-S 4 0.055%;P M 0. 045%按鋼的質(zhì)量分 優(yōu)質(zhì)碳素鋼- S S 0.040%;P0. 040%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼- S 4 0. 030% ;P 4 0. 035% .f碳素結(jié)構(gòu)鋼-用于制造各種工程構(gòu)件（如橋梁、船舶、按用途分建筑構(gòu)件等）和機(jī)器零件（如齒輪、軸、連桿等）碳素工具鋼-用于制造各種工具（如刃具、量具、模具等）平爐鋼（用平爐冶煉）按鋼的冶煉方法分，,堿性轉(zhuǎn)爐鋼-冶煉時造堿性渣 轉(zhuǎn)爐鋼（用轉(zhuǎn)爐冶煉乂酸性轉(zhuǎn)爐鋼-冶煉時造陵性渣 頂吹轉(zhuǎn)爐鋼-冶煉時吹氧電爐鋼3. 6. 2. 2非合金鋼的分類方法非合金鋼主要按主要質(zhì)量等級和主要性能或使用特性分類

35、。按主要質(zhì)量等級分為：普通質(zhì)量非合金鋼普通質(zhì)量非合金鋼是指不規(guī)定生產(chǎn)過程中需要特別控制質(zhì)量要 求的并應(yīng)同時滿足四種條件的所有鋼種（條件見GB/T 13304-91） ,普通質(zhì)量非合金鋼主要包括：一般用途碳素結(jié)構(gòu)鋼（如GB 700規(guī)定的A、B級 鋼）、碳素鋼筋鋼（如GB 13031規(guī)定的。235鋼）、鐵道用一般碳素鋼（如GB 11264. GB 11265. GB 2826規(guī)定的輕軌和墊板用碳素鋼）及一般鋼板樁型鋼，優(yōu)質(zhì)非合金鋼優(yōu)質(zhì)非合金鋼是指除普通質(zhì)量非合金鋼和特殊質(zhì)量非合金鋼以外的 非合金鋼，在生產(chǎn)過程中需要特別控制質(zhì)量（例如控制晶粒度，降低硫、磷含量，改善表 而質(zhì)量或增加工藝控制等），以達(dá)

36、到比普通質(zhì)量非合金鋼特殊的質(zhì)量要求（例如良好的抗 脆斷性能，良好的冷成型性等），但這種鋼的生產(chǎn)控制不如特殊質(zhì)量非合金鋼嚴(yán)格（如不 控制淬透性）。優(yōu)質(zhì)非合金鋼（見GB/T 13304-91）主要包括：機(jī)械結(jié)構(gòu)用優(yōu)質(zhì)碳素鋼、工程結(jié)構(gòu)用 碳素鋼、沖壓薄板的低碳結(jié)構(gòu)鋼、鍍層板、帶用的碳素鋼、鍋爐和壓力容器用碳素鋼、造 船用碳素鋼、鐵道用優(yōu)質(zhì)碳素鋼、焊條用碳素鋼、非合金易切削結(jié)構(gòu)鋼、電工用非合金鋼 板、帶及優(yōu)質(zhì)鑄造碳素鋼等。特殊質(zhì)量非合金鋼 特殊質(zhì)量非合金鋼是指在生產(chǎn)過程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和 性能（例如，控制淬透性和純潔度）的非合金鋼,另外應(yīng)符合GB/T 13304-91規(guī)定的條件 的非合金鋼（包括

37、易切削鋼和工具鋼）。特殊質(zhì)量非合金鋼主要包括：保證淬透性非合金鋼、保證厚度方向性能非合金鋼、鐵 道用特殊非合金鋼、航空、兵器等專用非合金結(jié)構(gòu)鋼、核能用非合金鋼、特殊焊條用非合 金鋼、碳素彈簧鋼、特殊盤條鋼及鋼絲、特殊易切削鋼、碳素工具鋼和中空鋼、電磁純 鐵、原料純鐵等。按主要性能及使用特性分類非合金鋼按其基本性能及使用特性等主要特性分類如下：以規(guī)定最高強(qiáng)度（或硬度）為主要特性的非合金鋼，例如冷成型用薄鋼板。以規(guī) 定最低強(qiáng)度為主要特性的非合金鋼，例如造船、壓力容器、管道等用的結(jié)構(gòu)鋼。以限制 碳含量為主要特性的非合金鋼（但下述、項包括的鋼除外），例如線材、調(diào)質(zhì)用鋼 等。北合金易切削鋼。北合金工具鋼

38、。具有專門規(guī)定磁性或電性能的非合金鋼，例 如無硅磁性薄板和帶，電磁純鐵。其他非合金鋼，例如原料純鐵等。3.6.3碳鋼的牌號及用途下面按用途及質(zhì)量介紹碳鋼的牌號及用途。3. 6. 3. 1普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼簡稱普碳鋼，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 700將其分為甲類鋼、乙類鋼和特類鋼三 類。其中以甲類鋼為最常用。（D甲類鋼（或A類鋼） 按機(jī)械性能供應(yīng)。鋼號為Al、A2A7等七種°數(shù)字越 大，則屈服強(qiáng)度（？）和抗拉強(qiáng)度（見）越大，延伸率（6）越小。甲類鋼的機(jī)械性能及 冷彎試驗要求見GB 700.甲類鋼的用途：Al, A2, A3鋼塑性好，有一定的強(qiáng)度，通常軋制成鋼板、鋼筋、 鋼管等，可用于橋梁

39、、建筑物等構(gòu)件，也可用作普通螺釘、螺帽、例釘?shù)?。A4, A5強(qiáng)度 較高，軋制成型鋼、鋼板作構(gòu)件用。A6, A7強(qiáng)度更高，可用作工具、農(nóng)機(jī)零件、輕軌 等。甲類鋼一般情況下在熱軋狀態(tài)使用，不再進(jìn)行熱處理。但對某些零件，也可進(jìn)行正 火、調(diào)質(zhì)、滲碳等處理，以提高其使用性能。乙類鋼（或8類鋼） 按化學(xué)成分供應(yīng)。鋼號為31, B267等七種，數(shù)字越 大，碳含量越高，見GB 700o乙類鋼的用途與相同號數(shù)的甲類鋼相同。由于其化學(xué)成分已知，可進(jìn)行熱加工，并可 通過適當(dāng)?shù)臒崽幚硖岣咂湫阅?。特類鋼（或C類鋼）按機(jī)械性能及化學(xué)成分供應(yīng)。鋼號為。2、C3, C4, C5等 四種。特類鋼使用較少，在性能要求較高的場合，通常選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的編號中，常常標(biāo)明鋼種的冶煉方法。例如堿性轉(zhuǎn)爐鋼標(biāo)“堿”或 “ J ”，酸性轉(zhuǎn)爐鋼標(biāo)“酸”或"S ”，頂吹轉(zhuǎn)爐鋼標(biāo)“頂”或“。，平爐鋼則不標(biāo)。 例如：甲4 （A4）表示平爐甲類4號普碳鋼：乙堿3 （R7 3）表示堿性轉(zhuǎn)爐乙類3號普碳 鋼：特酸3 （CS3）表示酸性轉(zhuǎn)爐特類3號普碳鋼。鋼在冶煉時根據(jù)其脫氧程度不同，可分為沸腌鋼和鎮(zhèn)靜鋼。脫氧不完全的鋼稱沸騰 鋼，在鋼號后標(biāo)注“尸”：脫氧較完全的鋼稱鎮(zhèn)靜鋼，鋼號后不加標(biāo)注。例如A4F為沸 騰鋼。3. 6. 3. 2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的鋼號用平均碳含量的萬分?jǐn)?shù)表示。例如鋼號“20”，即