課件第二章碳鋼

1、碳含量對(duì)碳含量對(duì)Fe-CFe-C合金組織和性能的影響合金組織和性能的影響ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵共析鋼共析鋼過共析鋼過共析鋼過共晶白口鐵過共晶白口鐵共晶白口鐵共晶白口鐵亞共析鋼亞共析鋼ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdL

2、d+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312270.02%0.40%1.2%0.77%2.11%3.0%4.3%5.0%(1)工業(yè)純鐵（C0.01%）：ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld114872715381

3、49513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312270.01%WF= （6.69-0.01）/6.69=99.85%WFe3C=1-WF=0.015%哪些相？百分比是多少？LL+AAA+FFF+Fe3C ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227040%L L+A A

4、F+A F+P 相組成：WF=(6.69-0.40)/6.69=94.%組織組成：WP=(0.40-0.0218)/(0.77-0.0218)=50.5%亞共析鋼哪些相？百分比是多少？組織組成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312270.77%共析鋼（C0.77%）：相組成：WF= (6.69-0.

5、77)/6.69=88.4組織組成：WP=100%共析鋼（C0.77%）：LL+AAP 哪些相？百分比是多少？組織組成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312271.2%L L+A A A+ Fe3C P+ Fe3C 過共析鋼（C1.2%）：哪些相？百分比是多少？組織組成及其百分比?相組成: WF=(

6、6.69-1.2)/6.69=82%組織組成：WP=(6.69-1.2)/(6.69-0.77)=92.7%WFe3CII=1-92.7%=7.3%ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312272.11%相組成：WF=(6.69-2.11)/6.69=68.5%組織組成：WP=(6.69-2.11)/(6.69-0

7、.77)=77% WFe3CII=1-Wp=23%哪些相？百分比是多少？組織組成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312273.0%LL+AA+LdA+ Fe3C+LdP+ Fe3C+Ld LL+AA+LdA+ Fe3C+LdP+ Fe3C+Ld 相組成：WF=(6.69-3.0)/6.69=55%組

8、織組成WLd=(3.0-2.11)/(4.3-2.11)=40.6%WP=(6.69-2.11)/(6.69-0.77)*(1-40.6%)=59.4%*77%=45.7%WFe3CII=1-40.6%-45.7%=13.7%亞共晶白口鐵（C3.0%）： 哪些相？百分比是多少？組織組成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.

9、090.170.5312274.3%LLdLd LLdLd 相組成：WF=(6.69-4.3)/6.69=35.7%組織組成：Ld=100%共晶白口鐵（C4.3%）哪些相？百分比是多少？組織組成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.531227LL+ Fe3CLd+ Fe3CLd+ LL+ Fe3CLd+

10、Fe3CLd+ Fe3C Fe3C 5.0%相組成：WF=(6.69-5.0)/6.69=25.3%組織組成 WLd=(6.69-5.0)/(6.69-4.3)=70.7%WFe3CI=29.3%過共晶白口生鐵（C5.0%）：哪些相？百分比是多少？組織組成及其百分比?ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.5312271

11、00 0FFe3C相組成百分含量共析鋼亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵組織組成百分含量FP77%Fe3CIIFe3CILdC含量的增加Fe3C 百分含量增加Fe3C 分布和形態(tài)發(fā)生變化鐵素體晶界薄片珠光體中的層片狀沿原奧氏體晶界分布的網(wǎng)狀萊氏體中的基體分布在萊氏體上的粗大片狀C含量的增加F Fe3CHBS b d y ak Fe-Fe3C相圖的實(shí)際應(yīng)用1，為選材提供依據(jù)：碳含量對(duì)組織和性能的影響規(guī)律合理選材低碳鋼(0.1-0.25%)塑性、韌性好建筑結(jié)構(gòu)、容器中碳鋼(0.25-0.6%)強(qiáng)度、塑性、韌性好軸類零件高碳鋼(0.6-1.3%)高硬度、耐磨工具類零件白口鐵（2.11

12、-6.69%）高硬度、耐磨、高脆性不受沖擊的耐磨件2，為制定熱加工工藝提供依據(jù)q鑄造：1)分析鑄造性能優(yōu)劣；2)確定鑄造溫度（過熱度）；q鍛造：1)確定鍛造溫度；2)分析加熱缺陷；q焊接：1)分析焊接組織；2)分析焊接缺陷和應(yīng)力；q熱處理：確定熱處理加熱溫度；0.45%C 鑄鋼：200出氣口澆口杯4.3%C 鑄鐵：1800鑄鐵流動(dòng)性好鑄鐵流動(dòng)性好鑄鋼比較差鑄鋼比較差螺旋形試驗(yàn)測(cè)定流動(dòng)性螺旋形試驗(yàn)測(cè)定流動(dòng)性出氣口出氣口澆口杯澆口杯鑄鐵流動(dòng)性好，鑄鋼比較差：(1)過熱度：澆注溫度和凝固開始溫度之差，過熱度越大，金屬液態(tài)保持時(shí)間越長(zhǎng)，流動(dòng)越遠(yuǎn)PbSb20406080204060800流動(dòng)性（流動(dòng)性（

13、cmcm）100200300溫度（溫度（）0ABCDEFJNHGSPKQFeFe3CLL+L+L+Fe3CPLdLd+Fe3C(I)Fe3C(II)+LdFe3C(II)Fe3C(III)PPFe3C(II)PFe3C(II)+LdLd+Fe3C(I)Ld11487271538149513949120.02180.772.114.36.690.090.170.53A3AcmA1casting zoneforging and rolling zone合金性能與相圖的關(guān)系1，合金使用性能與相圖的關(guān)系合金形成單相固容體時(shí)：溶質(zhì)量 ，硬度、強(qiáng)度 電導(dǎo)率合金形成兩相混合物時(shí)：成分變化，合金強(qiáng)度、硬度、電

14、導(dǎo)率在兩個(gè)組分間線性變化，對(duì)共晶和共析成分合金，其性能還與兩組成相的致密程度有關(guān)，組織越細(xì)，性能越好。2，合金工藝性能與相圖的關(guān)系流動(dòng)性：結(jié)晶間隔越大，流動(dòng)性越差；縮孔傾向：結(jié)晶間隔越大，分散縮孔多，共晶點(diǎn)成分易產(chǎn)生集中縮孔。塑性：?jiǎn)蜗嘟M織塑性好；兩相混合物塑性差。熱處理性能：在相圖中存在如下變化的合金才能進(jìn)行熱處理：a）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變； b）共析轉(zhuǎn)變； c）固溶度變化。鋼中雜質(zhì)對(duì)鋼性能影響碳鋼中的雜質(zhì)：有益元素：Si、Mn；有害元素：S、P、H、O、N；Si、Mn的影響：1. Si、Mn溶入F體中，形成合金F體，使強(qiáng)度、硬度提高；2. 碳鋼中一般：Si0.5%；Mn0.8%；S和P的影響：1.

15、 S引起熱脆：FeS與Fe形成低熔點(diǎn)共晶物（989），軋制開裂；2. P引起冷脆：P越多，低溫脆性溫度越高，易產(chǎn)生脆斷；3. S、P使鋼材的可焊性降低：焊接接頭處有大量夾雜物；4. 鋼材質(zhì)量按S、P含量的分類：1)普通鋼：S0.035%0.05%；P0.035%0.045%； 2) 優(yōu)質(zhì)鋼：S0.030%0.035%；P0.030%0.0353）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：S0.020%；P0.030%； S、P元素的合理利用：1) S易切削鋼：S的化合物斷屑性能好，適合自動(dòng)車床加工，但是僅適用于不重要的工件，如螺釘、螺母等小件；2）P耐磨鑄鐵：P形成Fe3P，硬度高，耐磨性好 H,N,O的影響：氫的影響：氫

16、脆H2易在鋼中引起針孔，亦稱白點(diǎn)，產(chǎn)生脆斷，所以壓力容器要檢查低倍組織；N的影響：1)在冷沖壓件中，N能引起應(yīng)變時(shí)效，使壓力容器脆性增加； 2)N的有益利用：氮化物（NbN、TiN）有彌散強(qiáng)化作用，使工件的強(qiáng)度、耐熱性提高；氧的影響：FeO、SiO2等可形成夾雜物。 鑄錠的組織和缺陷鎮(zhèn)靜鋼的組織q縮孔和疏松q區(qū)域偏析q氣泡鑄件缺陷及特征n縮孔縮孔砂型鑄造的常見缺陷n氣孔鑄錠缺陷的消除：除了不能進(jìn)行壓力加工的鑄鐵、鑄銅、鑄鋁合金之外，大多數(shù)合金都可以進(jìn)行壓力加工消除鑄造缺陷。鑄鋼支承輥 Back-up Roll型鋼軋輥 Section steel roll壓力加工對(duì)鋼的組織和性能的影響1，冷壓力

17、加工對(duì)鋼的組織和性能的影響（1）塑性變形的主要方式：滑移（位錯(cuò)的滑移）Sliding（3）純鐵和鋼在塑性變形過程中的組織變化純鐵的晶粒被拉長(zhǎng)或壓扁，形成細(xì)條狀或纖維狀-纖維組織碳鋼中的滲碳體硬度高，增加了變形阻力，其含量越高，變形阻力越大。(a) 10% (b) 30%(c) 60% (d) 90%(e) Source: From ASM Handbook Vol. 9, Metallography and Microstructure, (1985)（3） 純鐵和鋼在塑性變形過程中性能的變化塑性變形晶格畸變、晶體缺陷增加硬度、強(qiáng)度增加塑性、韌性降低加工硬化加工硬化是金屬材料重要的強(qiáng)化手段例如

18、：冷拔變形90%的1.0%的高碳鋼絲，其強(qiáng)度可以達(dá)到3000MPa加工硬化可以實(shí)現(xiàn)各種冷變形工藝：拔絲工藝加工硬化可以防止偶然超載時(shí)的突然斷裂加工硬化（work hardening)擇優(yōu)取向（Orientation）當(dāng)冷變形達(dá)到70-80%形成纖維組織時(shí)，各晶粒內(nèi)原子排列位向趨于一致，稱為織構(gòu)（Texture）或者擇優(yōu)取向(Orientation),表現(xiàn)出材料的各向異性（Heterogeneity ）制耳現(xiàn)象殘余應(yīng)力 (residual stress)冷加工過程中材料各部分變形不均勻或者晶粒內(nèi)各部分或者各晶粒的變形不均勻，使材料內(nèi)部形成殘余應(yīng)力，引起零件尺寸不穩(wěn)定和降低零件抗腐蝕性能。對(duì)尺寸精

19、度要求高的零件或者防止應(yīng)力腐蝕的零件，要進(jìn)行去應(yīng)力退火零件表面的殘余應(yīng)力有助于提高壽命，例如噴丸處理2 冷變形鋼在加熱過程中的組織和性能的變化（一）回復(fù)（recovery）、再結(jié)晶(recrystallization)和晶粒長(zhǎng)大(grain growth)回復(fù)：加熱到回復(fù)溫度，不能引起顯微組織的變化，保持拉長(zhǎng)、破碎的晶粒外形，晶格畸變減輕，內(nèi)應(yīng)力下降。1) 回復(fù)溫度：T回0.250.3T熔（K）；2) 回復(fù)應(yīng)用：如冷卷彈簧去應(yīng)力退火，使內(nèi)應(yīng)力下降，E不變；再結(jié)晶：加熱到再結(jié)晶溫度，位錯(cuò)密度大大降低，顯微組織發(fā)生明顯變化，破碎、拉長(zhǎng)晶粒變成細(xì)小均勻的無(wú)變形的等軸晶粒，強(qiáng)度、硬度下降，韌性上升。加

20、工硬化完全消失。T再0.4T熔點(diǎn)（K）再結(jié)晶應(yīng)用：冷軋帶鋼、冷拔鋼絲、深沖工件（彈殼）的再結(jié)晶退火 晶粒長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）：加熱溫度高于再結(jié)晶溫度或長(zhǎng)時(shí)間保溫，大晶粒吞并小晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象；晶粒長(zhǎng)大會(huì)使強(qiáng)度、塑性、韌性下降。尤其是塑韌性影響較明顯。影響再結(jié)晶晶粒大小的因素 1. 變形程度的影響：1) 變形程度越大，晶粒越細(xì)；2) 臨界變形程度：某一變形程度下，變形不均勻，再結(jié)晶晶核少，再結(jié)晶時(shí)晶粒極易相互并吞而長(zhǎng)大，因而再結(jié)晶后晶粒特別粗大。 晶 晶粒粗化粒大小 臨界變形程度 變形度 2 退火溫度：1)T退T再（150250）； 2)退火溫度越高，晶粒越粗 effect of annealing

21、 temperature on grain size in brass Annealed at 400oC, (b) annealed at 650oC, and (c) annealed at 800oC3 純鐵再結(jié)晶全圖 ：把加熱溫度和變形程度二因素對(duì)晶粒大小的綜合影響畫在立體坐標(biāo)圖上得到純鐵再結(jié)晶全圖 晶粒大小 870 800 400 10 20 30 50 75 變形程度（） 純鐵再結(jié)晶全圖3，熱壓力加工對(duì)鋼組織和性能的影響 （1）熱加工和冷加工區(qū)別再結(jié)晶溫度為熱加工和冷加工的分界線。（2）熱壓力加工鋼的組織和性能奧氏體熱壓力加工（鍛造、熱軋）變形強(qiáng)化再結(jié)晶軟化適當(dāng)?shù)臏囟?、時(shí)間、變形度

22、、冷卻速度細(xì)珠光體、鐵素體、二次滲碳體消除粗大柱狀晶、焊合氣孔縮松、消除偏析夾雜物形成流線2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.（a）鍛造加工吊鉤 (b) 切削加工吊鉤碳鋼的分類和牌號(hào)一， 碳鋼的分類：1，按碳含量分類：（1）低碳鋼（Wc0.25%）（2）中碳鋼（ Wc =0.30-0.60）（3）高碳鋼（ Wc 0.60）2，按質(zhì)量分類（P,S含量）（1）普通碳素鋼 Ws 0.035, Wp 0.035（2）優(yōu)