第四章鐵碳合金

1、第四章第四章 鐵碳合金鐵碳合金( Iron Carbon Phase Diagram )本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容Fe C 相圖的基礎(chǔ)知識(shí)。相圖的基礎(chǔ)知識(shí)。形成形成Fe - Fe3C 相圖組元和基本組織的結(jié)相圖組元和基本組織的結(jié)構(gòu)與性能。構(gòu)與性能。Fe - Fe3C 相圖的建立與分析。相圖的建立與分析。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的影響。影響。Fe - Fe3C 相圖的應(yīng)用。相圖的應(yīng)用。鐵碳合金的生產(chǎn)及分類(lèi)。鐵碳合金的生產(chǎn)及分類(lèi)。第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金的組元及基本相鐵碳合金的組元及基本相1.鐵與碳可以形成鐵與碳可以形成 Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化等

2、一系列化 合物。合物。2.穩(wěn)定的化合物可以作為一個(gè)獨(dú)立的組元。穩(wěn)定的化合物可以作為一個(gè)獨(dú)立的組元。3.鐵碳合金相圖的基本組元是鐵和滲碳體鐵碳合金相圖的基本組元是鐵和滲碳體?；局R(shí)：基本知識(shí)：4.鐵碳合金相圖的基本相是鐵素體、奧氏體和滲鐵碳合金相圖的基本相是鐵素體、奧氏體和滲碳體碳體。Fe Fe C C 二元相圖二元相圖Fe3C Fe2CFeC溫度FeC(6.69%C)一、鐵碳合金的基本組元一、鐵碳合金的基本組元（一）純鐵（一）純鐵 ( ferrite )( ferrite )純鐵（純鐵（pure ironpure iron）：）：wFe99.8%99.8%，原子序數(shù)，原子序數(shù)2626，原，原

3、子相對(duì)質(zhì)量子相對(duì)質(zhì)量55.8555.85，純鐵的熔點(diǎn)，純鐵的熔點(diǎn)15381538，汽化點(diǎn)，汽化點(diǎn)27382738，密度，密度7.87g/7.87g/。純 鐵 固 態(tài) 下 具 有純 鐵 固 態(tài) 下 具 有 同 素 異 構(gòu) 轉(zhuǎn) 變 （同 素 異 構(gòu) 轉(zhuǎn) 變 （ a l l o t r o p i c transformation）：912912以下為體心立方以下為體心立方(bcc)(bcc)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，912912到到13941394之間為面心立方之間為面心立方(fcc)(fcc)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), 1394, 1394到熔點(diǎn)之間為體心立方到熔點(diǎn)之間為體心立方(bcc)(bcc)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。純鐵具有磁性轉(zhuǎn)

4、變（純鐵具有磁性轉(zhuǎn)變（768768磁性轉(zhuǎn)變、磁性轉(zhuǎn)變、magnetic transformation）。純鐵強(qiáng)度低，塑性好。純鐵強(qiáng)度低，塑性好( (軟軟) )，很少，很少用于結(jié)構(gòu)材料，主要利用用于結(jié)構(gòu)材料，主要利用鐵磁性（鐵磁性（ferromagnetism）。純鐵的冷卻曲線(xiàn)及晶體結(jié)構(gòu)變化純鐵的冷卻曲線(xiàn)及晶體結(jié)構(gòu)變化純鐵的顯微組織純鐵的顯微組織（二）滲碳體（二）滲碳體（Cementite）滲碳體滲碳體是是FeFeC C合金中碳以化合物合金中碳以化合物(Fe(Fe3 3C)C)形式形式出現(xiàn)的。它具有復(fù)雜的晶格出現(xiàn)的。它具有復(fù)雜的晶格( (正交晶系正交晶系) )。每一。每一個(gè)個(gè)C C原子周?chē)辛鶄€(gè)

5、原子周?chē)辛鶄€(gè)FeFe原子，構(gòu)成一個(gè)八面體，原子，構(gòu)成一個(gè)八面體，而每個(gè)而每個(gè)FeFe原子屬于兩個(gè)八面體共有，原子屬于兩個(gè)八面體共有，F(xiàn)e:C=3:1Fe:C=3:1。FeFe3 3C C熔點(diǎn)為熔點(diǎn)為12271227，F(xiàn)eFe3 3C C是一種亞穩(wěn)化合物，是一種亞穩(wěn)化合物，在一定條件下，滲碳體可以分解而形成石墨狀在一定條件下，滲碳體可以分解而形成石墨狀的自由碳：的自由碳：FeFe3 3C3Fe+C(C3Fe+C(石墨石墨) )。這一過(guò)程對(duì)。這一過(guò)程對(duì)于鑄鐵和石墨鋼具有重要意義。所以于鑄鐵和石墨鋼具有重要意義。所以FeFeFeFe3 3C C相圖又叫介穩(wěn)定系相圖，相圖又叫介穩(wěn)定系相圖，F(xiàn)eFeC

6、 C相圖又叫穩(wěn)定相圖又叫穩(wěn)定系相圖，若把系相圖，若把FeFeFeFe3 3C C相圖與相圖與FeFeC C相圖畫(huà)在相圖畫(huà)在同一圖上，稱(chēng)為同一圖上，稱(chēng)為FeFeC C合金雙重相圖。兩相圖合金雙重相圖。兩相圖各有不同適用范圍。各有不同適用范圍。滲碳體的晶格滲碳體的晶格Fe-CFe-C合金雙重相圖合金雙重相圖（二）滲碳體（二）滲碳體（Cementite）FeFe3 3C C在在230230以下具有鐵磁性，常用以下具有鐵磁性，常用A A0 0表示這個(gè)表示這個(gè)臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)。FeFe3 3C C在鋼和鑄鐵中呈現(xiàn)片狀，粒狀，網(wǎng)狀和板在鋼和鑄鐵中呈現(xiàn)片狀，粒狀，網(wǎng)狀和板條狀。滲碳體硬而脆條狀。滲碳體硬而脆(

7、HB800)(HB800)，塑性極低，延，塑性極低，延伸率接近于伸率接近于0 0。它是鋼鐵材料中的主要強(qiáng)化相。它是鋼鐵材料中的主要強(qiáng)化相。FeFe3 3C C中碳和中碳和FeFe可以被其它元素替代形成以可以被其它元素替代形成以FeFe3 3C C為基的固溶體。為基的固溶體。FeFe被被CrCr、MnMn等原子金屬置換，等原子金屬置換，形成以形成以FeFe3 3C C為基的固溶體，稱(chēng)為合金滲碳體。為基的固溶體，稱(chēng)為合金滲碳體。二、鐵碳合金的基本相二、鐵碳合金的基本相 在鐵碳相圖中，在鐵碳相圖中，F(xiàn)eFeFe3CFe3C在不同條件下，有在不同條件下，有五個(gè)五個(gè)基本相：基本相： L L相、相、相、相

8、、相、相、相、相、FeFe3 3C C相相1.1.液相液相(L)(L) Fe Fe與與C C在高溫下形成的液體溶液。在高溫下形成的液體溶液。(ABCD(ABCD線(xiàn)以上線(xiàn)以上) )2.2.相相 高溫鐵素體（高溫鐵素體（high temperature ferrite） C C在在FeFe的間隙固溶體。在的間隙固溶體。在14951495時(shí)最大溶解時(shí)最大溶解量可達(dá)量可達(dá)0.09%0.09%，為，為bccbcc結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。3.3.滲碳體（滲碳體（Fe3 3C，cementite） 前面已討論過(guò)前面已討論過(guò)4.4.鐵素體（鐵素體（） 鐵素體（鐵素體（Ferrite, 或或F）是碳溶）是碳溶 于于Fe中形

9、成的間隙固溶體。中形成的間隙固溶體。C 原子溶于八面體間隙。單相原子溶于八面體間隙。單相相相 在在CPQ以左部分。鐵素體的含碳以左部分。鐵素體的含碳 量非常低，在量非常低，在727727時(shí)時(shí)C在在Fe 中最大溶解量為中最大溶解量為0.0218%0.0218%，室溫下含碳量?jī)H為，室溫下含碳量?jī)H為0.005%0.005%，所以其性能與純鐵相似：硬度，所以其性能與純鐵相似：硬度(HB50 (HB50 80)80)低，塑性低，塑性( (延伸率延伸率為為30%30%50%)50%)高。鐵素高。鐵素體的顯微組織與工業(yè)純鐵相同。晶粒常呈多邊體的顯微組織與工業(yè)純鐵相同。晶粒常呈多邊形。是鐵磁性，具有形。是鐵磁

10、性，具有bccbcc結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。鐵素體組織金相圖鐵素體組織金相圖5.5.奧氏體（奧氏體（）奧氏體奧氏體(Austenite(Austenite，或或A)A)是是C C 溶解于溶解于-FeFe形成的間隙固溶體。形成的間隙固溶體。 具有具有fccfcc結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), ,可以溶解較多的可以溶解較多的 碳，碳，11481148時(shí)最大溶碳量時(shí)最大溶碳量2.11%2.11%， 到到727727時(shí)含碳量降到時(shí)含碳量降到0.8%0.8%。碳。碳 原子存在于面心立方晶格中正八原子存在于面心立方晶格中正八 面體的中心。單相面體的中心。單相區(qū)存在于區(qū)存在于NJBESGN區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)（72772714591459）。奧氏

11、體的硬度）。奧氏體的硬度(HB170(HB170220)220)較低，塑性較低，塑性( (延伸率延伸率為為40%40%50%)50%)高。高。是是順順磁性（磁性（paramagnetism），晶粒呈平直多邊形。，晶粒呈平直多邊形。奧氏體組織金相圖奧氏體組織金相圖奧氏體的顯微組織奧氏體的顯微組織三、鐵碳合金的基本組織三、鐵碳合金的基本組織鐵素體（鐵素體（）奧氏體（奧氏體（）滲碳體（滲碳體（Fe3 3C、Cm）珠光體珠光體 ( P ) Pearite萊氏體萊氏體 ( Ld ) Ledeburite 變態(tài)萊氏體變態(tài)萊氏體 ( Ld ) 鐵素體組織金相圖鐵素體組織金相圖奧氏體組織金相圖奧氏體組織金相圖

12、滲碳體組織金相圖滲碳體組織金相圖珠光體珠光體組織金相圖組織金相圖鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。萊氏體萊氏體組織金相圖組織金相圖奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。第二節(jié)第二節(jié) Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖分析相圖分析一一.Fe - Fe.Fe - Fe3 3C C 相圖的建立相圖的建立 Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LL+L+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T(+Fe3C)LdLd+Fe3C+Ld+Fe3C+ Fe3C(

13、+ Fe3C)PP+0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖 Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LL+L+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T(+Fe3C)LdLd+Fe3C+Ld+Fe3C+ Fe3C(+ Fe3C)PP+0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK二、二、Fe-FeFe-Fe3 3C C 相圖的分析相圖的分析六個(gè)重要的成份點(diǎn)六個(gè)重要的成份點(diǎn): P、S、E、C、K、J。六條重要的線(xiàn)六條重要的線(xiàn): GS

14、、ES、PQ、 HJB、ECF、PSK。三個(gè)重要轉(zhuǎn)變?nèi)齻€(gè)重要轉(zhuǎn)變: 包晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變、包晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變、 共析轉(zhuǎn)變。共析轉(zhuǎn)變。二個(gè)重要溫度二個(gè)重要溫度: 1148 、727 。1. 1.相圖中的點(diǎn)、線(xiàn)、區(qū)及其含義相圖中的點(diǎn)、線(xiàn)、區(qū)及其含義FeTFe3CACDEFGSPQKBJHN相圖中的點(diǎn)相圖中的點(diǎn) Fe FeFeFe3 3C C相圖中的各特性點(diǎn)相圖中的各特性點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S、Q所對(duì)應(yīng)的溫度、成所對(duì)應(yīng)的溫度、成分和意義：分和意義：FeFeFeFe3 3C C相圖中的線(xiàn)相圖中的線(xiàn) Fe FeFeFe3 3C C相圖中有一些特性線(xiàn)，它相圖中有一些特性線(xiàn)，它們

15、是由不同成分合金具有相同意義的點(diǎn)們是由不同成分合金具有相同意義的點(diǎn)連接起來(lái)的。有三條水平恒溫轉(zhuǎn)變線(xiàn)，連接起來(lái)的。有三條水平恒溫轉(zhuǎn)變線(xiàn)，二條磁性轉(zhuǎn)變線(xiàn)（水平）和三條重要的二條磁性轉(zhuǎn)變線(xiàn)（水平）和三條重要的相界線(xiàn)。相界線(xiàn)。A.A.三條水平恒溫轉(zhuǎn)變線(xiàn)三條水平恒溫轉(zhuǎn)變線(xiàn)包晶線(xiàn)：包晶線(xiàn)：HJBHJB線(xiàn)（線(xiàn)（14591459），J J為包晶點(diǎn)，為包晶點(diǎn)，wC=0.09=0.090.53%0.53%的的FeFeC C合金緩冷到合金緩冷到HJBHJB線(xiàn)均發(fā)生線(xiàn)均發(fā)生包晶反應(yīng)。包晶反應(yīng)。共晶線(xiàn)：共晶線(xiàn)：ECFECF水平線(xiàn)（水平線(xiàn)（11481148），C C點(diǎn)為共晶點(diǎn)，點(diǎn)為共晶點(diǎn)， wC=2.11=2.116.6

16、9%6.69%的的FeFeC C合金緩冷到合金緩冷到EFCEFC線(xiàn)均發(fā)生線(xiàn)均發(fā)生共晶反應(yīng)共晶反應(yīng), ,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為和和FeFe3 3C C組成的共晶混合物組成的共晶混合物稱(chēng)為稱(chēng)為萊氏體（萊氏體（ledeburiteledeburite），用），用LdLd表示。表示。共析線(xiàn)：共析線(xiàn)：PSKPSK水平線(xiàn)（水平線(xiàn)（727727），S S點(diǎn)為共析點(diǎn)。凡點(diǎn)為共析點(diǎn)。凡wC0.0218%0.0218%的的Fe-CFe-C合金冷卻到合金冷卻到PSKPSK線(xiàn)均發(fā)生共析反線(xiàn)均發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為應(yīng)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為和和FeFe3 3C C組成的機(jī)械混合物稱(chēng)為組成的機(jī)械混合物稱(chēng)為珠光體（珠光體（pearli

17、tepearlite），用），用P P表示。共析轉(zhuǎn)變溫度常表示。共析轉(zhuǎn)變溫度常用用A A1 1表示。表示。1.包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:LB + H J14953.共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:S (P + Fe3C ) P 7272.共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:LC (E + Fe3C ) Ld 1148B. B. 兩條磁性轉(zhuǎn)變線(xiàn)兩條磁性轉(zhuǎn)變線(xiàn)230230為水平線(xiàn)為為水平線(xiàn)為FeFe3 3C C的磁性轉(zhuǎn)變線(xiàn)的磁性轉(zhuǎn)變線(xiàn)，230230以以上上FeFe3 3C C無(wú)磁性，無(wú)磁性，230230以下為鐵磁性。常用以下為鐵磁性。常用A A0 0表表示示770770為為的鐵磁性轉(zhuǎn)變線(xiàn)的鐵磁性轉(zhuǎn)變線(xiàn)

18、。770770以上無(wú)鐵磁以上無(wú)鐵磁性，性，770770以下為鐵磁體。常用以下為鐵磁體。常用A A2 2表示，又稱(chēng)表示，又稱(chēng)居里點(diǎn)。居里點(diǎn)。C.C.幾條重要的相界線(xiàn)幾條重要的相界線(xiàn)( (固態(tài)轉(zhuǎn)變線(xiàn)固態(tài)轉(zhuǎn)變線(xiàn)) ) GS GS線(xiàn)：線(xiàn)：中開(kāi)始析出中開(kāi)始析出或或全部溶入全部溶入( (升溫時(shí)升溫時(shí))的轉(zhuǎn)變線(xiàn)。的轉(zhuǎn)變線(xiàn)。常用常用A A3 3表示。因這條線(xiàn)在共析轉(zhuǎn)變線(xiàn)表示。因這條線(xiàn)在共析轉(zhuǎn)變線(xiàn)以上，故又稱(chēng)為先共析以上，故又稱(chēng)為先共析相開(kāi)始析出線(xiàn)。常稱(chēng)為相開(kāi)始析出線(xiàn)。常稱(chēng)為A A3 3線(xiàn)或線(xiàn)或A A3 3溫度。溫度。 ESES線(xiàn)：線(xiàn)：C C在在中溶解度曲線(xiàn)。中溶解度曲線(xiàn)。常用常用A Acmcm表示，稱(chēng)為表示，

19、稱(chēng)為A Acmcm溫度。低于此溫度，溶解度降低，將析出溫度。低于此溫度，溶解度降低，將析出FeFe3 3C C。為了區(qū)別自液為了區(qū)別自液(CD(CD線(xiàn)線(xiàn)) )態(tài)合金中直接析出的一次態(tài)合金中直接析出的一次FeFe3 3C C（FeFe3 3C C），將），將中析出的中析出的FeFe3 3C C稱(chēng)為二次稱(chēng)為二次FeFe3 3C C（FeFe3 3C C）。）。 PQPQ線(xiàn)：線(xiàn)：C C在在中溶解度曲線(xiàn)。中溶解度曲線(xiàn)。在在727727時(shí)，時(shí)，C C在在中的最大溶解度中的最大溶解度0.0218%0.0218%，但溫度下降，但溫度下降，C C在中溶在中溶解度下降，會(huì)析出少量的滲碳體，稱(chēng)為三次解度下降，會(huì)析

20、出少量的滲碳體，稱(chēng)為三次FeFe3 3C C（FeFe3 3C C），以區(qū)別于沿），以區(qū)別于沿CDCD線(xiàn)和線(xiàn)和ESES線(xiàn)析出的線(xiàn)析出的FeFe3 3C C。FeFeFeFe3 3C C相圖中的區(qū)相圖中的區(qū) 5個(gè)單相區(qū)：個(gè)單相區(qū)：L、 、 Fe3C 7個(gè)兩相區(qū)：個(gè)兩相區(qū)：L+、L+、L+ Fe3C、+、+ Fe3C、+、+ Fe3C 3個(gè)三相共存區(qū)：個(gè)三相共存區(qū)：L+ Fe3C（ECF線(xiàn)）、線(xiàn)）、L+（HJB線(xiàn)）、線(xiàn)）、+ Fe3C（PSK線(xiàn)）線(xiàn)）三、三、 FeFeC C合金分類(lèi)合金分類(lèi) Fe Fe、C C合金通常按其含碳量合金通常按其含碳量(Wc)(Wc)及其室溫平及其室溫平衡組織分為三大類(lèi)：

21、工業(yè)純鐵（衡組織分為三大類(lèi)：工業(yè)純鐵（pure ironpure iron）、碳）、碳鋼（鋼（carbon steelcarbon steel）、鑄鐵（）、鑄鐵（cast ironcast iron）。）。 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵高溫組織為單相的高溫組織為單相的，具有很好的塑性。因而，具有很好的塑性。因而可以進(jìn)行鍛造、軋制等壓力加工?？梢赃M(jìn)行鍛造、軋制等壓力加工。 液態(tài)合金結(jié)晶時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)，液態(tài)時(shí)有良液態(tài)合金結(jié)晶時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)，液態(tài)時(shí)有良好的流動(dòng)性，因而鑄鐵都具有良好的鑄造性能。好的流動(dòng)性，因而鑄鐵都具有良好的鑄造性能。但因共晶產(chǎn)物是以但因共晶產(chǎn)物是以FeFe3 3C C為基的萊氏體組織，所以為基

22、的萊氏體組織，所以性能很脆，不能鍛斷。它們的斷口呈銀白色，性能很脆，不能鍛斷。它們的斷口呈銀白色，故稱(chēng)為白口鑄鐵。故稱(chēng)為白口鑄鐵。白口鑄鐵白口鑄鐵 顯微組織為固溶體。顯微組織為固溶體。鋼鋼四、典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析四、典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 ( ingot iron, pure ironpure iron )共析鋼共析鋼 ( eutectoid steel )亞共析鋼亞共析鋼 ( hypoeutectoid steel )過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 ( hypereutectoid steel )共晶白口鐵共晶白口鐵 ( eutectoid white iron )亞共晶白口鐵亞

23、共晶白口鐵( hypoeutectoid white iron )過(guò)共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵( hypereutectoid white iron )1.1.工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 ( Wc 0.0218% )( Wc 0.0218% )工業(yè)純鐵組織金相圖工業(yè)純鐵組織金相圖工業(yè)純鐵室溫組織圖（工業(yè)純鐵室溫組織圖（200200）2. 2. 共析鋼共析鋼 ( Wc = 0.77% )( Wc = 0.77% )共析鋼組織金相圖共析鋼組織金相圖共析鋼的室溫組織共析鋼的室溫組織共析鋼的室溫組織共析鋼的室溫組織3.3.亞共析鋼亞共析鋼 ( Wc = 0.45% )( Wc = 0.45% )亞共析鋼組織金相圖亞

24、共析鋼組織金相圖亞共析鋼的室溫組織亞共析鋼的室溫組織亞共析鋼的室溫組織（亞共析鋼的室溫組織（200200）4.4.過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 ( Wc = 1.2% )( Wc = 1.2% )過(guò)共析鋼組織金相圖過(guò)共析鋼組織金相圖過(guò)共析鋼的室溫組織過(guò)共析鋼的室溫組織過(guò)共析鋼的室溫組織（過(guò)共析鋼的室溫組織（500500）5.5.共晶白口鐵共晶白口鐵 ( Wc = 4.3% )( Wc = 4.3% )共晶白口鐵組織金相圖共晶白口鐵組織金相圖共晶白口鑄鐵組織圖（共晶白口鑄鐵組織圖（200200）6.6.亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵 ( Wc = 3.0% )( Wc = 3.0% )亞共晶白口鐵組織金相圖亞共晶

25、白口鐵組織金相圖亞共晶白口鑄鐵組織圖（亞共晶白口鑄鐵組織圖（200200）7.7.過(guò)共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵 ( Wc = 5.0% )( Wc = 5.0% )過(guò)共晶白口鐵組織金相圖過(guò)共晶白口鐵組織金相圖過(guò)共晶白口鑄鐵組織圖（過(guò)共晶白口鑄鐵組織圖（200200）注意區(qū)別組織中的滲碳體注意區(qū)別組織中的滲碳體一次滲碳體一次滲碳體 FeFe3 3C C：共晶滲碳體共晶滲碳體 FeFe3 3C C：二次滲碳體二次滲碳體 FeFe3 3C C：共析滲碳體共析滲碳體 FeFe3 3C C：二次滲碳體二次滲碳體 FeFe3 3C C： 組織組成物組織組成物: ; Fe3C ; P相組成物相組成物:P = 1

26、 W Fe3C = 1 - W = 6.42%0.02180.450.776.69鋼的組成物的計(jì)算42.77%100%0.02180.770.450.7757.23%100%0.02180.770.02180.45P93.58%100%0.02186.690.456.69第四節(jié)第四節(jié) 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的影響合金組織、性能的影響 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)平衡組織平衡組織的影響。的影響。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)力學(xué)性能力學(xué)性能的影響。的影響。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)工藝性能工藝性能的影響。的影響。一一. .碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)平衡組織的影響碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)平衡

27、組織的影響隨著含碳量的增加隨著含碳量的增加, Fe, FeC C合金的組織發(fā)生下列變化：合金的組織發(fā)生下列變化：+Fe+Fe3 3C C+PPP+Fe+PPP+Fe3 3C CFeFe3 3C C+L+Ld d+PL+PLd d FeFe3 3C C+L+Ld d，稱(chēng)為，稱(chēng)為組織組成物組織組成物所有所有Fe-FeFe-Fe3 3C C合金的室溫組織都是由鐵素體合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體和滲碳體FeFe3 3C C兩相組成，因此，把鐵素體和滲碳體稱(chēng)為兩相組成，因此，把鐵素體和滲碳體稱(chēng)為Fe-FeFe-Fe3 3C C合金的合金的相組成物相組成物。隨著隨著WcWc的增加，的增加，F(xiàn)eFeC

28、 C合金中合金中的量逐漸減少，的量逐漸減少，F(xiàn)eFe3 3C C的的量逐漸增多，其變化呈線(xiàn)性關(guān)系。并且隨含碳量增加，量逐漸增多，其變化呈線(xiàn)性關(guān)系。并且隨含碳量增加，F(xiàn)eFe3 3C C形態(tài)也發(fā)生變化，由片狀及球狀形式分布在形態(tài)也發(fā)生變化，由片狀及球狀形式分布在基基本內(nèi)本內(nèi)(P)(P)，F(xiàn)eFe3 3C C進(jìn)一步成網(wǎng)狀分布在晶界上，當(dāng)進(jìn)一步成網(wǎng)狀分布在晶界上，當(dāng)L Ld d形形成時(shí)，成時(shí)，F(xiàn)eFe3 3C C又成為基體。又成為基體。為軟韌相，為軟韌相，F(xiàn)eFe3 3C C為硬脆相，故為硬脆相，故FeFeC C合金的力學(xué)性能合金的力學(xué)性能取決于取決于和和FeFe3 3C C兩相的相對(duì)量及它們的相互

29、分布特征。兩相的相對(duì)量及它們的相互分布特征。珠光體的強(qiáng)度比珠光體的強(qiáng)度比高，比高，比FeFe3 3C C低，而低，而P P的韌性和塑性比的韌性和塑性比低，比低，比FeFe3 3C C高，而且高，而且P P的強(qiáng)度隨的強(qiáng)度隨P P片間距的減小而增片間距的減小而增大。在鋼中大。在鋼中FeFe3 3C C是一種強(qiáng)化相，隨鋼中是一種強(qiáng)化相，隨鋼中WcWc的增加使的增加使Fe-Fe-C C合金強(qiáng)度升高，當(dāng)合金強(qiáng)度升高，當(dāng)WcWc超過(guò)超過(guò)0.77%0.77%后，先共析后，先共析消失而消失而FeFe3 3C C出現(xiàn)，合金強(qiáng)度增加變緩；當(dāng)出現(xiàn)，合金強(qiáng)度增加變緩；當(dāng)WcWc達(dá)到達(dá)到0.90%0.90%時(shí)，時(shí)，由于

30、由于FeFe3 3C C沿晶界上形成網(wǎng)狀分布，強(qiáng)度開(kāi)始迅速下降，沿晶界上形成網(wǎng)狀分布，強(qiáng)度開(kāi)始迅速下降，當(dāng)達(dá)到當(dāng)達(dá)到2.11%2.11%時(shí)，出現(xiàn)時(shí)，出現(xiàn)L Ld d，強(qiáng)度降到最低。鋼的塑性完，強(qiáng)度降到最低。鋼的塑性完全由全由來(lái)提供，來(lái)提供，WcWc的增加使的增加使減少，塑性和韌性顯著減少，塑性和韌性顯著下降，當(dāng)基體為下降，當(dāng)基體為FeFe3 3C C后，塑性就接近于后，塑性就接近于0 0。為保證鋼有。為保證鋼有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)捻g性配合，其足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)捻g性配合，其WcWc一般不超過(guò)一般不超過(guò)1.31.31.4%1.4%。對(duì)于白口鑄鐵，組織中存在大量的對(duì)于白口鑄鐵，組織中存在大量的L Ld

31、 d，而，而L Ld d是以是以FeFe3 3C C為基的硬脆組織，因此白口鑄鐵具有很大的脆性。但為基的硬脆組織，因此白口鑄鐵具有很大的脆性。但由于大量由于大量FeFe3 3C C存在，鑄鐵的硬度和耐磨性很高。存在，鑄鐵的硬度和耐磨性很高。二二. .碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)力學(xué)性能的影響碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)力學(xué)性能的影響三三. .碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)工藝性能的影響碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)工藝性能的影響對(duì)對(duì)鑄造性能鑄造性能的影響。的影響。對(duì)對(duì)鍛造性能鍛造性能的影響。的影響。對(duì)對(duì)焊接性能焊接性能的影響。的影響。對(duì)對(duì)切削加工性能切削加工性能的影響。的影響。 第五節(jié)第五節(jié) Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖的應(yīng)用相圖的應(yīng)

32、用選擇材料方面的應(yīng)用選擇材料方面的應(yīng)用制定熱加工工藝方面的應(yīng)用制定熱加工工藝方面的應(yīng)用一一. .選擇材料方面的應(yīng)用選擇材料方面的應(yīng)用1.1.分析零件的工作條件分析零件的工作條件, , 根據(jù)鐵碳合金根據(jù)鐵碳合金 成分、組織、性能之間的變化規(guī)律進(jìn)成分、組織、性能之間的變化規(guī)律進(jìn) 行選擇材料。行選擇材料。2.2.根據(jù)鐵碳合金成分、組織、性能之間根據(jù)鐵碳合金成分、組織、性能之間 的變化規(guī)律，確定選定材料的工作范的變化規(guī)律，確定選定材料的工作范 圍。圍。二二. .制定熱加工工藝方面的應(yīng)用制定熱加工工藝方面的應(yīng)用第六節(jié)第六節(jié) 鋼中的雜質(zhì)元素鋼中的雜質(zhì)元素及鋼錠組織及鋼錠組織一、鋼中的雜質(zhì)元素及其影響一、鋼中的雜質(zhì)元素及其影響 Mn 脫氧、去硫脫氧、去硫, ,提高鋼的強(qiáng)度和硬提高鋼的強(qiáng)度和硬度。度。 Si 有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用, ,能脫氧。能脫氧。1.1.有益元素有益元素2.2.有害元素有害元素 P P 有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，但劇烈降低鋼有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，但劇烈降低鋼的韌性，尤其是低溫韌性差的韌性，尤其是低溫韌性差 ( ( 冷脆冷脆 ) )。 可以降低鐵素體韌性用來(lái)提高鋼的切削加可以降低鐵素體韌性用來(lái)提高鋼