第三章_鐵碳合金相圖及碳鋼

1、第三章第三章 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖第一節(jié)第一節(jié) 純鐵、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)及其性能純鐵、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)及其性能第二節(jié)第二節(jié) Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相圖第三節(jié)第三節(jié) 含碳量對碳鋼組織與性能的影響、碳鋼含碳量對碳鋼組織與性能的影響、碳鋼第一節(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一、純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一、純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ( (重結(jié)晶重結(jié)晶) )純鐵的純鐵的力學(xué)性能特點(diǎn)力學(xué)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度、硬度低，塑性、：強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好，一般不用于結(jié)構(gòu)件。韌性好，一般不用于結(jié)構(gòu)件。Fe是元素周期表中第是元素周期表中第26號元素，相對分子號元素，相對分子質(zhì)量質(zhì)量56

2、、熔點(diǎn)、熔點(diǎn)1538。磁性轉(zhuǎn)變：磁性轉(zhuǎn)變：770 770 C C以上無磁性以上無磁性770 770 C C以下有磁性以下有磁性觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化：觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化：770無鐵磁性無鐵磁性鐵磁性鐵磁性1394 C912 C - Fe - Fe - Fe 所謂同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，是指金屬在結(jié)晶成固態(tài)之后繼續(xù)冷卻的過程中晶格類型隨溫度下降而發(fā)生變化的現(xiàn)象，也稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，又稱重結(jié)晶。觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化：觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化：磁性轉(zhuǎn)變：磁性轉(zhuǎn)變： 7 770 70 C C以上無磁性，以上無磁性，7 770 70 C C以下有磁性以下有磁性1538平臺

3、是鐵的結(jié)晶溫度。結(jié)晶后是體心立方晶格Fe。1394平臺是Fe在固態(tài)下第一次同素異晶轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎降腇e。912平臺是Fe的第二次同素異晶轉(zhuǎn)變。變成體心立方的Fe 。770時(shí)出現(xiàn)第四個(gè)平臺。這個(gè)平臺對應(yīng)的溫度稱為居里點(diǎn)。它不是同素異晶轉(zhuǎn)變，因?yàn)闆]有晶格類型的變化。只是Fe原子的外層電子排列的變化引起Fe的磁性狀態(tài)的改變。使Fe由順磁性變成鐵磁性，使透磁率增加數(shù)萬倍。晶格類型雖然仍是體心立方，但是晶格常數(shù)減小了。由0.293nm變成0.233nm。這種具有鐵磁性的體心立方晶格的鐵稱為Fe。關(guān)于純鐵冷卻曲線的總結(jié)關(guān)于純鐵冷卻曲線的總結(jié)二、鐵碳合金中的基本相二、鐵碳合金中的基本相FeFe和和C

4、CL L相（液相）：液態(tài)下無限互溶、成分均勻相（液相）：液態(tài)下無限互溶、成分均勻固溶體相：固溶體相：C C溶于溶于FeFe中形成中形成 F F、A A等等金屬化合物相：金屬化合物相：FeFe與與C C化合形成化合形成FeFe3 3C C鐵碳合金中的鐵碳合金中的組元組元：FeFe、C C鐵與碳相互作用形成的主要組織有以下幾種：鐵與碳相互作用形成的主要組織有以下幾種：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體1 1）鐵素體）鐵素體定義：碳溶于定義：碳溶于a-Fea-Fe中形成的間隙固溶體中形成的間隙固溶體, ,以以F F或或表示；表示；性能：性能：鐵素體的塑性、韌

5、性很好（=3050%、aKU=160200Jcm2），但強(qiáng)度、硬度較低(b=180280MPa、s=100170MPa、硬度為5080HBS)。其力學(xué)性其力學(xué)性能幾乎與純鐵相同。能幾乎與純鐵相同。結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)。成分：鐵素體的溶碳能力很低，室溫時(shí)溶解度成分：鐵素體的溶碳能力很低，室溫時(shí)溶解度Wc0.00080，最大溶解度在，最大溶解度在727，Wc0.0218。組織：鐵素體的組織為多邊形晶粒。組織：鐵素體的組織為多邊形晶粒。結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)鐵素體鐵素體 2 2）奧氏體）奧氏體: :定義：碳溶于 -Fe中的間隙固溶體；用A或 表示。 結(jié)構(gòu)：面心立方晶格，成分：

6、溶碳能力比鐵素體大，在727時(shí)，wc0.77，最大溶解度在1148時(shí)，wc2.11。性能：奧氏體常存在于727以上，是鐵碳合金中重要的高溫相，強(qiáng)度和硬度不高，但塑性和韌性很好(b400 MPa、4050%、硬度為160200HBS)，易鍛壓成形。鋼材熱加工都在 區(qū)進(jìn)行。組織：為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)奧氏體奧氏體3 3）滲碳體滲碳體（FeFe3 3C C）定義定義：鐵與碳形成的金屬化合物，是鋼鐵中的強(qiáng)化相，鐵與碳形成的金屬化合物，是鋼鐵中的強(qiáng)化相，高高溫下可分解，溫下可分解， Fe3C 3Fe+CFe3C 3Fe+C( (石墨石墨) ) 。成分與性能成分與性能：

7、滲碳體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69%，熔點(diǎn)為1227，硬度很高(800HBW)，塑性和韌性極低(0、aKU0)，脆性大。滲碳體是鋼中的主要強(qiáng)化相，其數(shù)量、形狀、大小及分布狀況對鋼的性能影響很大。 由于碳在由于碳在 -Fe-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以鐵碳合金中主要以FeFe3 3C C或石墨的形式存在?；蚴男问酱嬖?。結(jié)構(gòu)4)4)珠光體珠光體 ( P )( P )珠光體(pearlite)是由鐵素體和滲碳體組成的多相組織，用符號P表示。珠光體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.77%，由于珠光體組織是由軟的鐵素體和硬的滲碳體組成，因此，它的性能介于鐵素體和

8、滲碳體之間，即具有較高的強(qiáng)度(b=770MPa)和塑性(=2025%)，硬度適中（180HBS）。5)5)萊氏體萊氏體碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%的液態(tài)鐵碳合金冷卻到1148時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的多相組織稱為萊氏體(ledeburite)，用符號Ld表示。在727以下萊氏體由珠光體和滲碳體組成，稱為變態(tài)萊氏體，用符號Ld表示。萊氏體的性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性很差。第第 二二 節(jié)節(jié) 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物： FeFe3 3C C、 FeFe2 2C C、 FeCFeC，它們都可以作為純組元看待。，它們都可以作為純組元看待。含碳

9、量大于含碳量大于FeFe3 3C C成分（成分（6.69%6.69%）時(shí)，合金太脆，已）時(shí)，合金太脆，已無實(shí)用價(jià)值。無實(shí)用價(jià)值。實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe- FeFe- Fe3 3C C相圖相圖。一、一、Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖的建立相圖的建立三種恒溫轉(zhuǎn)變?nèi)N恒溫轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變:成分為H點(diǎn)的固相，與它周圍成分為B點(diǎn)的液相L，在一定的溫度時(shí)，固相與L液相相互作用轉(zhuǎn)變成成分是J點(diǎn)的另一新相固溶體，這一轉(zhuǎn)變叫包晶轉(zhuǎn)變或包晶反應(yīng)。即HJB-包晶轉(zhuǎn)變線. 簡化簡化Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+A

10、L+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%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( P+Fe3C )Fe - Fe3C Fe - Fe3C 相圖的分析提綱相圖的分析提綱五個(gè)重要的成份點(diǎn)五個(gè)重要的成份點(diǎn): P: P、S S、E E、C C、F F。四條重要的線四條重要的線: ECF: ECF、ESES、GSGS、PSKPSK。三個(gè)重要轉(zhuǎn)變?nèi)齻€(gè)重要轉(zhuǎn)變: : 包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共晶轉(zhuǎn)

11、變反包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。應(yīng)式、共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。兩個(gè)重要溫度兩個(gè)重要溫度: 1148 : 1148 、727 727 。1.包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:LB + H AJ14952.共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:LC ( AE + Fe3C ) Le 11483.共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:AS ( FP + Fe3C ) P 727二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析1. 1. 特性點(diǎn)特性點(diǎn) L LJ JN NG G +Fe+Fe3 3C C +Fe+Fe3 3C CL L+Fe+Fe3 3C CL+L+ + + (3)(3)鋼、鐵分界點(diǎn)鋼、鐵分界點(diǎn)

12、E E（2.11%C2.11%C） (1)(1)共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)C C 1148, 4.3%C 1148, 4.3%C 共晶成分共晶成分 反應(yīng)式：反應(yīng)式：L Lc c(A(AE E+Fe+Fe3 3C) C) 共晶體，即高溫萊氏體共晶體，即高溫萊氏體L Ld d ; ;(2)(2)共析點(diǎn)共析點(diǎn)S S 727 0.77% C 727 0.77% C 共析成分共析成分 反應(yīng)式反應(yīng)式: : A As s (F (Fp p + Fe + Fe3 3C C共析共析) ) 共析體，即共析體，即珠光體珠光體; ; 特征線特征線 液相線液相線ABCDABCD， 固相線固相線AHJECFDAHJECFD 三條水平線

13、：三條水平線：LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 727 其它相線其它相線GS,GPGS,GP 固溶固溶體轉(zhuǎn)變線體轉(zhuǎn)變線, , GSGS又稱又稱A A3 3 線。線。HN,JNHN,JN 固溶體固溶體轉(zhuǎn)變線，轉(zhuǎn)變線，ESES碳在碳在 -Fe-Fe中的固中的固溶線。溶線。又稱又稱A Ac mc m線。線。PQPQ碳在碳在 -Fe-Fe中的固中的固溶線。溶線。LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 三個(gè)三相區(qū)：三個(gè)三相區(qū)：即即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三條水平線三條水平線 l 相區(qū)相區(qū)l 五個(gè)單相區(qū)：五個(gè)單相區(qū)

14、： L L、 、 、 、FeFe3 3C C l 七個(gè)兩相區(qū)七個(gè)兩相區(qū): : L+L+ 、L+L+ 、L+FeL+Fe3 3C C、 + + 、 +Fe+Fe3 3C C、 + + 、 +Fe+Fe3 3C C Fe-Fe3C相圖的總結(jié) 相圖中的主要點(diǎn) 相圖中各個(gè)點(diǎn)的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度值及各個(gè)點(diǎn)的含義，見表4.1。相圖中的主要相變線 ABCD線為液相線。溫度高于此線鐵碳合金均是液相。其中，AB線是L開始線，BC是LA開始線，CD是LFe3C開始線。從液相直接結(jié)晶出來的Fe3C稱為一次滲碳體，標(biāo)記為Fe3C。AHJECD線為固相線。溫度降到次線之下鐵碳合金全部都結(jié)晶成固相。HJB線為包晶線。當(dāng)溫

15、度達(dá)到這條線（1495）時(shí)wc=0.090.53的鐵碳合金均有包晶轉(zhuǎn)變。即H成分的固溶體（H）和B成分的液相（LB）在1495時(shí)共同結(jié)晶成J成分的奧氏體（AJ）。表達(dá)式為H+LBAJ。ECF線是共晶線。當(dāng)溫度達(dá)到這條線（1148）時(shí)，此線下2.11wc6.69的鐵碳合金均有共晶轉(zhuǎn)變發(fā)生。PSK線是共析線，代號為A1。當(dāng)溫度到達(dá)這條線（727）時(shí)此線下0.02wc6.69的鐵碳合金均會有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生.ES線為固溶線,也稱溶解度線,代號為Acm.它是奧氏體中碳的溶解度隨溫度變化曲線.當(dāng)溫度降到此線,奧氏體中多余的碳以滲碳體的形式析出。從奧氏體中析出的滲碳體稱為二次滲碳體。記為Fe3C。Fe-Fe3

16、C相圖的總結(jié)PQ線也是固溶線。它是鐵素體中碳的溶解度隨溫度變化的曲線。當(dāng)溫度降到此線,鐵素體中多余的線也以滲碳體形式析出。從鐵素體中析出的滲碳體稱為三次滲碳體。記為Fe3C.GS線是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開始線，也是鐵素向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線。代號為A3。GP線是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線, 也是鐵素向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始線。實(shí)際上相圖中的這些線都是各個(gè)化學(xué)成分的合金隨溫度變化發(fā)生各種相轉(zhuǎn)變的溫度點(diǎn)(相變點(diǎn))的分類集合。Fe-Fe3C相圖的總結(jié)共晶產(chǎn)物是共晶產(chǎn)物是 與與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作的機(jī)械混合物，稱作萊氏萊氏體體，用用Le表示。為蜂窩狀，以表示。為蜂窩狀，以Fe3C為基，性為基，性能硬而脆

17、。能硬而脆。共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是 與與Fe3C的機(jī)械混合物，稱的機(jī)械混合物，稱作珠光體，用作珠光體，用P表示。其組織特點(diǎn)是兩相呈片表示。其組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布，性能介于兩相之間。層相間分布，性能介于兩相之間。 PSK線又線又稱稱A1線線 。 注意注意 還要指出的是：一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳以及珠光體和萊氏體中的滲碳體，它們本身并無本質(zhì)區(qū)別，都具有相同的化學(xué)成分、晶格結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。只是出處不同，并由此造成其形態(tài)、大小以及在合金中的分布等情況有所不同。因此，對合金的性能也有不同的影響。但是，滲碳體的形態(tài)、大小、分布不是一成不變的，可以通過有關(guān)的熱處理或鍛造等方法來改變。按

18、需要來控制調(diào)整滲碳體對鐵碳合金性能的影響。Fe-Fe3C相圖的總結(jié)鐵碳合金分類鐵碳合金分類 （1 1） 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 0.0218% C0.0218% C 亞共析鋼亞共析鋼 0.77% C0.77% 0.77% C C 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵4.3% C4.3% 4.3% C C 三、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程三、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程 1工業(yè)純鐵（工業(yè)純鐵（C%0.0218%） 相組成物相組成物：F+Fe3C C%0.0008% ; F C%L+A-A-A+F-F+Fe3CIII3Fe3C以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，F(xiàn)e3C量量不

19、斷增加，不斷增加，合金的室溫下組織為合金的室溫下組織為F+ Fe3C。室溫下室溫下Fe3C的最大量為的最大量為:%3 . 0%1000008. 069. 60008. 00218. 0QIII3CFe 2共析鋼共析鋼 C%=0.77%C%=0.77% L-L+A-A-A+P-PL-L+A-A-A+P-P相組成物相組成物：F F和和FeFe3 3C C F%= F%= Fe3C%= 組織組成物組織組成物 ： P 珠光體珠光體11珠光體珠光體共析鋼的結(jié)晶過程共析鋼的結(jié)晶過程室溫組織為：室溫組織為：P（F+Fe3C）3亞共析鋼亞共析鋼 0.0218%C%L+A-A-A+F-A+P+F-P+F 相組成

20、物相組成物：F，F(xiàn)e3C 45鋼金相鋼金相 F%=Fe3C%=含含0.45%C鋼的組織鋼的組織含含0.20%C鋼的組織鋼的組織含含0.60%C鋼的組織鋼的組織亞共析鋼室溫下的組織為亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在在0.02180.77%C 范圍內(nèi)珠光體范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。的量隨含碳量增加而增加。P%=F%=11亞共析鋼的亞共析鋼的結(jié)晶過程結(jié)晶過程LL+A AA+F先共析先共析AS(0.77% C) P室溫組織為：室溫組織為：P+F 4過共析鋼過共析鋼 L-L+A-A-A+Fe3CII-A+P+Fe3CII-P+Fe3CIIT12鋼金相鋼金相相組成物：F，F(xiàn)e3CF%= Fe3C

21、%= 組織組成物：P，F(xiàn)e3CII 組織相對量：Fe3CII%= P%= 含含1.4%C鋼的組織鋼的組織11過共析鋼的結(jié)晶過程過共析鋼的結(jié)晶過程含含1.4%C鋼的組織鋼的組織室溫組織：室溫組織：P+Fe3C5共晶白口鐵（共晶白口鐵（C%=4.3%） L-L+Le-Le (A+Fe3C共晶共晶)-Le (A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII)-Le(P+Fe3CII+Fe3C) 共晶白口鐵金相 相組成物相組成物：F，F(xiàn)e3C F%= Fe3C%= 組織組成物：Le 6亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 2.11%C%4.3% 亞共晶白口鐵金相 相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：F%= Fe3C%= 組織組

22、成物：P，Le，F(xiàn)e3CII11亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程室溫組織為室溫組織為P+Fe3C+Le。7過共晶白口鑄鐵 過共晶白口鐵金相 相組成物相組成物 ：F，F(xiàn)e3CF%= Fe3C%= 組織組成物組織組成物：Le，F(xiàn)e3C Fe3C%= Le%=Lc%= 11過共晶白口鐵的結(jié)晶過過共晶白口鐵的結(jié)晶過程程室溫組織為：室溫組織為：Fe3C +LeLe（ P+ Fe3C共晶共晶+ Fe3C ）復(fù)習(xí)小結(jié)：標(biāo)注組織的鐵碳相圖11一一 、含碳量對碳鋼室溫平衡組織的影響、含碳量對碳鋼室溫平衡組織的影響 含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)

23、系為： 鋼鋼鐵素體鐵素體 亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼共析鋼白白 口口 鑄鑄 鐵鐵二次滲碳體二次滲碳體工工業(yè)業(yè)純純鐵鐵珠光體珠光體萊氏體萊氏體一次滲碳體一次滲碳體Fe3C鋼鋼 鐵鐵分分 類類組織組組織組成物相成物相對量對量%相組成相組成物相對物相對量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體三次滲碳體第三節(jié)第三節(jié) 含碳量對碳鋼組織與性能的影響含碳量對碳鋼組織與性能的影響隨含碳量增加，組織中隨含碳量增加，組織中FeFe3 3C C不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)不僅數(shù)量

24、增加，而且形態(tài)也在變化，由分布在也在變化，由分布在 基體內(nèi)基體內(nèi)( (P P中中FeFe3 3C C) )變?yōu)榉植荚谧優(yōu)榉植荚贏 A晶界上晶界上( (FeFe3 3C C) )，最后形成萊氏體時(shí)，最后形成萊氏體時(shí)，F(xiàn)eFe3 3C C已作為基體已作為基體出現(xiàn)。出現(xiàn)。 11二、二、 含碳量對力學(xué)性能的影響含碳量對力學(xué)性能的影響亞共析鋼亞共析鋼隨含碳量增加，隨含碳量增加，P P 量增加，量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。升高，塑性、韌性下降。l0.77%C0.77%C時(shí)，時(shí)，組織為組織為100% P, 100% P, 鋼的性能即鋼的性能即P P的性能。的性能。l0.9%C0

25、.9%C，F(xiàn)eFe3 3C C為晶界連為晶界連續(xù)網(wǎng)狀，續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度下降強(qiáng)度下降, , 但但硬度仍上升。硬度仍上升。l2.11%C2.11%C，組織中有以組織中有以FeFe3 3C C為基的為基的Le,Le,合金太合金太脆脆. .3、含碳量對工藝性能的影響、含碳量對工藝性能的影響 切削性能：切削性能：中碳鋼比較合適。中碳鋼比較合適。 可鍛性能：可鍛性能：低碳鋼比高碳鋼好。低碳鋼比高碳鋼好。 鑄造性能：鑄造性能：共晶成分附近的合金共晶成分附近的合金鑄造性能好。鑄造性能好。 焊接性能：焊接性能：低碳鋼好于高碳鋼。低碳鋼好于高碳鋼。 熱處理性能：熱處理性能：第六章介紹。第六章介紹。焊縫組織焊縫組織鑄造

26、鑄造三、三、 含碳量對工藝性能的影響含碳量對工藝性能的影響 切削性能切削性能: : 中碳鋼合適中碳鋼合適 可鍛性能可鍛性能: : 低碳鋼好低碳鋼好 焊接性能焊接性能: : 低碳鋼好低碳鋼好 鑄造性能鑄造性能: : 共晶合金好共晶合金好 熱處理性能熱處理性能: : 第四章介紹第四章介紹鑄鑄造造焊縫組織焊縫組織模鍛模鍛切削加工的基本形式切削加工的基本形式車車刨刨鉆鉆銑銑磨磨四、鐵碳合金相圖的應(yīng)用四、鐵碳合金相圖的應(yīng)用1. 1. 選材料方面的應(yīng)用；選材料方面的應(yīng)用； 2. 2. 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u在鑄造生產(chǎn)方面，根在鑄造生產(chǎn)方面，根據(jù)相圖可以確定鑄鋼和據(jù)相圖可以確定鑄

27、鋼和鑄鐵的澆注溫度。鑄鐵的澆注溫度。u在鍛造生產(chǎn)方面，可在鍛造生產(chǎn)方面，可確定始鍛、終鍛溫度。確定始鍛、終鍛溫度。u在焊接方面，可分析在焊接方面，可分析碳鋼的焊接組織。碳鋼的焊接組織。u對熱處理來說，可確對熱處理來說，可確定加熱范圍。定加熱范圍。一、鋼中的常存雜質(zhì)一、鋼中的常存雜質(zhì) MnMn、Si Si ，S S、 P P ；第四節(jié)第四節(jié) 碳鋼碳鋼1 1、有害元素、有害元素 S S、P P 壓力加工時(shí)熔化壓力加工時(shí)熔化導(dǎo)致鋼沿導(dǎo)致鋼沿晶界開裂晶界開裂“熱脆熱脆”。鋼中要限硫含量：鋼中要限硫含量：0.05% 0.05% 。利用：利用：MnMn與與S S形成形成MnS(1620MnS(1620）,

28、 ,粒狀分布在晶內(nèi)，以利于斷屑。粒狀分布在晶內(nèi)，以利于斷屑。 合金晶界的低熔點(diǎn)硫化物共晶合金晶界的低熔點(diǎn)硫化物共晶S S：煉鋼時(shí)由生鐵和燃料帶入。在：煉鋼時(shí)由生鐵和燃料帶入。在F F中的溶解度極中的溶解度極小，在鋼的晶界處形成低熔點(diǎn)（小，在鋼的晶界處形成低熔點(diǎn)（989989）共晶體）共晶體 FeSFeSP P：由生鐵帶入。全部溶于：由生鐵帶入。全部溶于F F中，使鋼的強(qiáng)度硬中，使鋼的強(qiáng)度硬度升高，而塑性、韌性顯著下降。特別是使鋼在度升高，而塑性、韌性顯著下降。特別是使鋼在比利時(shí)阿爾伯特運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆比利時(shí)阿爾伯特運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆性于性于19381938年冬發(fā)生斷裂墜入河中年冬發(fā)生

29、斷裂墜入河中 低溫時(shí)脆性急劇增低溫時(shí)脆性急劇增加，稱為加，稱為冷脆性。冷脆性。因此鋼中要限制磷因此鋼中要限制磷的含量：的含量：0.045% 0.045% P P多，脆性大，可制多，脆性大，可制造炮彈、改善切削造炮彈、改善切削加工性能。加工性能。 Mn:Mn:隨脫氧劑加入。大部分溶于鐵素體隨脫氧劑加入。大部分溶于鐵素體中，具有固溶強(qiáng)化效果，少部分形成合金中，具有固溶強(qiáng)化效果，少部分形成合金滲碳體；錳與硫化合成滲碳體；錳與硫化合成MnSMnS，減輕了硫的，減輕了硫的有害作用。有害作用。 碳鋼中碳鋼中0.8%0.8%，合金鋼中，合金鋼中1.0%- 1.2%1.0%- 1.2%。 Si:Si:隨脫氧劑

30、加入隨脫氧劑加入, ,有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用；可增加鋼液流動性。碳鋼中作用；可增加鋼液流動性。碳鋼中0.4%0.4%2 2、有益元素、有益元素 MnMn、SiSi3 3、氣體元素、氣體元素 N N：室溫下室溫下N N在鐵素體中溶在鐵素體中溶解度很低，鋼中過飽和解度很低，鋼中過飽和N N在常在常溫放置過程中以溫放置過程中以FeNFeN、FeFe4 4N N形形式析出使鋼變脆式析出使鋼變脆, , 稱稱時(shí)效脆化時(shí)效脆化. .加加TiTi、V V、AlAl等元素可使等元素可使N N固定，固定，消除時(shí)效傾向。消除時(shí)效傾向。 O O：氧在鋼中以氧化物的形氧在鋼中以氧化物的形式存在，其與基體結(jié)

31、合力弱，式存在，其與基體結(jié)合力弱，不易變形，易成為疲勞裂紋源不易變形，易成為疲勞裂紋源. .鋼中鋼中TiN夾雜夾雜鋼中氧化物夾雜鋼中氧化物夾雜 H H：常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當(dāng)氫在鋼常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當(dāng)氫在鋼中以原子態(tài)溶解時(shí)，降低韌性，引起中以原子態(tài)溶解時(shí)，降低韌性，引起氫脆氫脆。當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會產(chǎn)生很高內(nèi)壓，當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱白點(diǎn)白點(diǎn)或或發(fā)裂發(fā)裂。1按鋼中碳的含量分類按鋼中碳的含量分類 根據(jù)鋼中含碳量的不同，可分為：（1）低碳鋼(low-carbon steel) wc0.25

32、%；（2）中碳鋼(middle-carbon steel) 0.25%wc0.6%；（3）高碳鋼(high-carbon steel) wc0.6%。碳鋼常用的分類方法2按鋼的質(zhì)量分類按鋼的質(zhì)量分類 根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)硫、磷含量的多少，可分為：（1）普通質(zhì)量鋼 鋼中硫、磷含量較高 (ws0.050%，wp 0.045%)；（2）優(yōu)質(zhì)鋼 鋼中硫、磷含量較低 (ws0.035%，wp 0.035%)；（3）高級優(yōu)質(zhì)鋼 鋼中硫、磷含量很低 (ws0.020%,wp0.030%)。3按鋼的用途分類按鋼的用途分類 根據(jù)鋼的用途不同，可分為：（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼 主要用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)。 （2）碳素

33、工具鋼 主要用于制造各種刃具、量具和模具。 （3）碳素鑄鋼 主要用于制作形狀復(fù)雜，難以用鍛壓等方法成形的鑄鋼件。4.4.按冶煉方法分按冶煉方法分高爐煉鐵高爐煉鐵鑄鐵錠鑄鐵錠生產(chǎn)鑄鐵件生產(chǎn)鑄鐵件煉鋼生鐵煉鋼生鐵轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐平爐平爐電爐電爐生產(chǎn)鋼件生產(chǎn)鋼件2.2.沸騰鋼沸騰鋼 ( boiling steel ) ( boiling steel ) 鋼液在澆注僅前進(jìn)行輕度假脫氧鋼液在澆注僅前進(jìn)行輕度假脫氧, ,W Wo = 0.03%o = 0.03%0.07%,0.07%,成分偏析較嚴(yán)重、組織不致密。機(jī)械性能不均勻成分偏析較嚴(yán)重、組織不致密。機(jī)械性能不均勻, , 沖擊沖擊韌性差韌性差, , 常用于要求不高的零件。常用于要求不高的零件。1 1. .鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼 ( killed steel )( killed steel )鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鉛進(jìn)行了充分脫氧鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鉛進(jìn)行了充分脫氧 , ,W Wo = o = 0.01%0.01%左右左右, , 成分較均勻、組織較致密。主要用于機(jī)械性成分較均勻、組織較致密。主要用于機(jī)械性能要求較高的零件。能要求較高的零件。3.3.半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼 ( balanced steel )( balanced steel )半鎮(zhèn)靜鋼是脫氧過程介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之