第四章鐵碳合金Iron-carbonAlloy

建筑構(gòu)件鋼橋梁第四章鐵碳合金(Iron-carbonAlloy)齒輪1第四章鐵碳合金(Iron-carbonAlloy)本章重點：1、Fe-Fe3C相圖及典型鐵碳合金結(jié)晶規(guī)律2、用杠桿定律計算組織、相相對含量3、含碳量與鐵碳合金機械性能關(guān)系教學目的：掌握Fe-Fe3C相圖及典型鐵碳合金結(jié)晶規(guī)律;掌握用杠桿定律計算組織、相相對含量的方法;掌握含碳量與鐵碳合金機械性能關(guān)系熟悉碳鋼的表示方法;了解五大元素對碳鋼性能的影響。本章難點:

用杠桿定律計算組織組成物和相的相對含量2簡介鐵碳合金—碳鋼和鑄鐵使用最廣泛的金屬材料。工業(yè)純鐵：wC≤0.0218%碳鋼：0.0218%<wC≤2.11%

鑄鐵：2.11%<wC≤6.69%

鐵碳合金的主要元素：鐵和碳鐵和碳之間的相互作用而形成的固溶體和化合物構(gòu)成了合金的基本組成相。3鐵與碳兩個元素可形成的化合物：Fe3C(wC=6.69%),Fe2C,FeC研究

Fe-Fe3C

為主鐵碳合金中的C有兩種存在形式：滲碳體Fe3C和石墨∴鐵碳相圖存在Fe-Fe3C和Fe–石墨兩種形式4第一節(jié)純鐵、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)及其性能一、工業(yè)純鐵純鐵的成分及性能純鐵（工業(yè)純鐵）：含雜質(zhì)0.10%～0.20%性能：σb=180～230MPaσ0.2=100～170MPa

δ=30%～50%ψ=70%～80%

Ak=128～160JHBS=50～805固態(tài)鐵有三種同素異構(gòu)體純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：同一種元素在固態(tài)下由于溫度變化而發(fā)生的晶體結(jié)構(gòu)的變化。δ-Feγ-Feα-Fe1394℃912℃體心立方面心立方體心立方6二、鐵碳合金中的基本相和組織1.鐵素體F(Ferrite)/α①鐵素體—C在

α

-Fe中形成的間隙固溶體，具有體心立方晶格，用符號F或α表示

鐵素體的溶碳能力差

—由于體心立方晶格的間隙遠小于碳的原子半徑；最大溶碳量：727℃，wC=0.0218%最小溶碳量：室溫，wC=0.0008%強度、硬度低，塑性好。鐵素體7③硬度、強度較低；塑性較高最大溶碳量：1148℃，wC=2.11%最小溶碳量：727℃，wC=0.77%2.奧氏體

/A(Austenite)②奧氏體的溶碳能力較大—γ

-Fe晶格間隙與C半徑比較接近；①奧氏體—C在γ

-Fe中形成的間隙固溶體，具有面心立方結(jié)構(gòu)性能：

σb≈400MPaHBS=170～220δ=40%～50%

高塑性、無磁奧氏體83.滲碳體Cm(Cementite

Fe3C)①滲碳體—Fe與C形成的間隙化合物Fe3C,含碳量為

6.69%，有固定的化學成分。②滲碳體具有很高的硬度和耐磨性，塑性很差，延伸率為零，熔點1227℃是鐵碳合金的主要強化相③Fe3C的尺寸、形狀和分布對鐵碳合金的力學性能產(chǎn)生重大影響Fe3C是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),

該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。9滲碳體對合金性能的影響：（1）滲碳體的存在能提高合金的硬度、耐磨性，使合金的塑性和韌性降低。（2）對強度的影響與滲碳體的形態(tài)和分布有關(guān)：

以層片狀或粒狀均勻分布在組織中，能提高合金的強度；

以連續(xù)網(wǎng)狀、粗大的片狀或作為基體出現(xiàn)時，急劇降低合金的強度、塑性韌性。鋼中的滲碳體104、兩相機械混合物珠光體P（Pearlite）強度、硬度及塑性適中。（F+Fe3C）機械混合物片狀P:F和Fe3C呈片狀相間分布粒狀P:Fe3C呈粒狀分布在F基體上含碳量為：0.77%珠光體11萊氏體萊氏體

（Ledeburite）orLd727℃以上：（A+Fe3C）機械混合物727℃下：（F+Fe3C）機械混合物性能：硬而脆奧氏體呈顆粒狀或塊狀分布在滲碳體的基體上含碳量為：4.3%12第二節(jié)鐵碳相圖分析一、相圖中點、線、區(qū)及其意義二、典型合金的平衡結(jié)晶過程三、組織組成物的計算四、含碳量與鐵碳合金機械性能關(guān)系五、Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用13一、相圖中點、線、區(qū)及其意義包晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變14點溫度℃wC(%)說明A15380純鐵的熔點B14950.53包晶反應(yīng)時L的濃度C11484.3共晶點D12276.69滲碳體的熔點E11482.11C在γ-Fe中的極限溶解度F11486.69滲碳體G9120同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點⒈特征點鐵碳相圖中主要的點、線、區(qū)分析15點溫度℃wC(%)說明H14950.09C在δ-Fe中的極限溶解度J14950.17包晶點K7276.69滲碳體N13940同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點P7270.0218C在α-Fe中的極限溶解度Q200.0008室溫C在α-Fe中的溶解度S7270.77共析點16以相組成物表示的Fe-Fe3C相圖

L

A

Fδ

L+δ

δ+AL+AL+Fe3C

A+Fe3C

F+Fe3C

F+A2.特征線固相線—ABCD—AHJECF液相線HJB：包晶線ECF：共晶線PSK:共析線三條水平線：17①在1493℃(HJB水平線)發(fā)生包晶反應(yīng):

LB+δHAJ三個恒溫反應(yīng)：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為：奧氏體此反應(yīng)僅可能在含碳量為0.17～0.53％的鐵碳合金中發(fā)生。18轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為：奧氏體與滲碳體的共晶混合物，稱為萊氏體，用字母Ld表示；冷至室溫時成為低溫萊氏體，用L’d表示。此反應(yīng)發(fā)生于:2.11％<C%<6.69％的鐵碳合金范圍內(nèi)。

②在1148℃(ECF水平線)發(fā)生共晶反應(yīng):

LcAE+Fe3C1148℃19轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為：鐵素體與滲碳體的共析混合物，稱為珠光體(P)。實際在工程上常用的鐵碳合金中均發(fā)生珠光體(共析體)轉(zhuǎn)變。

此反應(yīng)發(fā)生于所有含碳量超過0.0218％的鐵碳合金。PSK線又稱為A1線。

③在727℃(PSK水平線)發(fā)生共析反應(yīng):

AsFP+Fe3C727℃20以相組成物表示的Fe-Fe3C相圖

L

A

Fδ

L+δ

δ+A

L+

A

L+Fe3C

A+Fe3C

F+Fe3C

F+A2.特征線兩條固溶度線

①ES線—碳在奧氏體中的固溶線。

②PQ線—碳在鐵素體中的固溶線。21兩條固溶度線

①ES線—碳在奧氏體中的固溶線。

C〉0.77%的鐵碳合金自1148°C冷至727°C時，會從奧氏體中析出滲碳體，稱為二次滲碳體，標記為Fe3CII。二次滲碳體通常沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀分布。ES線又稱為Acm線。22②PQ線—碳在鐵素體中的固溶線。

鐵碳合金自727°C向室溫冷卻的過程中，將從鐵素體中析出滲碳體，稱為三次滲碳體，標記為Fe3CIII。

23以相組成物表示的Fe-Fe3C相圖

L

A

Fδ

L+δ

δ

+A

L+

A

L+Fe3C

A+Fe3C

F+Fe3C

F+A2.特征線同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變線

GS、GPHN、JN24GS、GP為：

F

?A

固溶體轉(zhuǎn)變線；是冷卻時鐵素體從奧氏體中析出開始、加熱時鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變終了的溫度線。HN、JN為：δ?A固溶體轉(zhuǎn)變線；（4）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變線

GS線又稱為A3線25⑶三個三相區(qū)：HJB

(L++A)、ECF(L+A+Fe3C)、PSK(A+F+Fe3C)三條水平線

⒊相區(qū)⑴五個單相區(qū)(五個基本相)：L、δ、A、F、Fe3C

⑵七個兩相區(qū):

L+δ、L+A、L+Fe3C、δ

+A、A+Fe3C、A+F

、F+Fe3C26Fe-C合金分類工業(yè)純鐵——C%≤0.0218%鋼（0.0218%＜C%≤2.11%）

亞共析鋼＜0.77%

共析鋼＝0.77%

過共析鋼＞0.77%白口鑄鐵

（2.11%＜C%＜6.69%）

亞共晶白口鐵＜4.3%共晶白口鐵＝4.3%過共晶白口鐵＞4.3%類型亞共析鋼共析鋼過共析鋼鋼號204560T8T10T12碳質(zhì)量分數(shù)／％0.200.450.600.801.001.20幾種常見碳鋼271324二、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析（一）

共析鋼的結(jié)晶過程①合金液體在1~2點間通過勻晶反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體②在2~3點之間，不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。281324③溫度降到3點(727)，奧氏體成分達到0.77，開始發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：A0.77

→P（F0.0218+Fe3C）727由奧氏體相同時析出鐵素體和滲碳體。反應(yīng)結(jié)束后：奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。291324④繼續(xù)冷卻會從珠光體的鐵素體中析出少量的三次滲碳體，但是它們往往依附在共析滲碳體上，難于分辨。勻晶反應(yīng)+共析反應(yīng)共析鋼結(jié)晶過程中的基本反應(yīng)為：30珠光體組織:是鐵素體與滲碳體片層相間的組織，呈指紋狀共析鋼的室溫組織1000×室溫下珠光體中兩相的相對重量百分比為：白色的基底為鐵素體，黑色的層片為滲碳體。

相圖4L3114265（二）亞共析鋼的結(jié)晶過程現(xiàn)以含0.45%C的鋼為例分析亞共析鋼的結(jié)晶過程332①該合金從液態(tài)緩慢冷卻到1點后，發(fā)生勻晶反應(yīng),開始結(jié)晶出高溫鐵素體。②到達2點溫度時，勻晶反應(yīng)停止，開始發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變：L0.53+δ0.09

A0.17包晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后，除了新形成的奧氏體外，液相還有剩余?！?3③溫度繼續(xù)下降，在2～3點之間，剩余的液相通過勻晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。④在3-4點之間，不發(fā)生組織變化。34⑤冷卻到4點，開始沿奧氏體晶界析出鐵素體，并且隨溫度的降低，兩者成分不斷變化，鐵素體數(shù)量增多。發(fā)生：固溶體轉(zhuǎn)變反應(yīng)35⑥溫度降到5（727℃）點，奧氏體的成分沿GS線變化到S點，此時，奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變結(jié)束，剩余的奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)：A0.77

→

P（F0.0218+Fe3C），轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。組織為：F+P36⑦溫度繼續(xù)下降，從鐵素體中析出三次滲碳體，但是由于其數(shù)量很少，因此可忽略不計。亞共析鋼平衡結(jié)晶過程中的基本反應(yīng)為：勻晶反應(yīng)＋包晶反應(yīng)＋固溶體轉(zhuǎn)變反應(yīng)+共析反應(yīng)

亞共析鋼室溫下的組織為：F+P37室溫下相的相對重量百分比為：室溫下組織組成物的相對重量百分比為：S’兩個組織組成物的相對重量百分比為：含0.45%C亞共析鋼中兩相的相對重量百分比為:38a)wc=0.2%b)wc=0.4%c)wc=0.6%亞共析鋼的室溫組織200×

亞共析鋼室溫下的組織為：F+P

在0.0218~0.77%C

范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。FP391234(三)過共析鋼的結(jié)晶過程以wc為1.2%的合金為例，其結(jié)晶過程如下：5①合金液體在1～2點間發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。③在3～4點之間，兩相成分不斷變化，二次滲碳體量不斷增多。②冷卻到3點后，開始沿奧氏體晶界析出二次滲碳體，并在晶界上呈網(wǎng)狀分布。401234④溫度降到4點，二次滲碳體析出停止，奧氏體成分沿ES線變化到S點，剩余的奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)：A0.77（F0.0218+Fe3C），轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。727組織為：P+Fe3CⅡ

41⑤繼續(xù)冷卻，二次滲碳體不再發(fā)生變化，珠光體的變化同共析鋼。過共析鋼的室溫組織為：珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體

勻晶反應(yīng)＋二次析出反應(yīng)＋共析反應(yīng)過共析鋼平衡結(jié)晶過程中的基本反應(yīng)為：42wc為1.2%的過共析鋼的室溫組織白色網(wǎng)狀的是二次滲碳體，黑色為珠光體431234室溫下，含1.2%C過共析鋼中二次滲碳體和珠光體兩個組織組成物的相對重量百分比為：過共析鋼中Fe3CⅡ的量隨含碳量增加而增加，當含碳量達到2.11%時，F(xiàn)e3CⅡ量最大：4445（四）共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程共晶白口鑄鐵的含碳量為4.3%，其結(jié)晶過程如下：①該合金液態(tài)冷卻到1點即1148C時，發(fā)生共晶反應(yīng)：L4.3→（A2.11+Fe3C），全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體（Ld）萊氏體是共晶奧氏體和共晶滲碳體的機械混合物，呈蜂窩狀。Fe—C圖46此時兩個相的相對重量百分比為：：，。Fe-C47②溫度繼續(xù)下降，共晶奧氏體成分沿ES線變化，同時析出二次滲碳體，由于二次滲碳體與共晶滲碳體結(jié)合在一起而不易分辨，因而萊氏體仍作為一個組織看待。48③溫度降到2（727℃點，奧氏體成分達到0.77%，并發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。這種由珠光體與共晶滲碳體組成的組織稱為低溫萊氏體，用符號L’d表示，此時，F(xiàn)e-C49④溫度繼續(xù)下降，萊氏體中珠光體的變化與共析鋼的相同，珠光體與滲碳體的相對重量不再發(fā)生變化。共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程中的基本反應(yīng)為：共晶反應(yīng)＋二次析出反應(yīng)＋共析反應(yīng)50共晶白口鑄鐵的室溫組織為:L’d（P+Fe3C）它保留了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)特征.室溫下兩相的相對重量百分比為：基體:共晶滲碳體鐵素體F占少數(shù)。共晶白口鑄鐵的性能：硬而脆51黑色蜂窩狀為珠光體，白色基體為共晶滲碳體。52（五）亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程以含3.0%C的亞共晶白口鑄鐵為例進行分析53（五）亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程以含3.0%C的亞共晶白口鑄鐵為例進行分析勻晶反應(yīng)＋共晶反應(yīng)＋二次析出反應(yīng)＋共析反應(yīng)P+Fe3CⅡ+L’d

亞共晶白口鑄鐵室溫組織為:亞共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程中的基本反應(yīng)為：54珠光體二次滲碳體低溫萊氏體201055（五）亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程以含3.0%C的亞共晶白口鑄鐵為例進行分析Wc=3.0%56Wc=3.0%①當合金液體冷卻到1點溫度時，發(fā)生勻晶反應(yīng)，結(jié)晶出奧氏體，稱為一次奧氏體或先共晶奧氏體。②在1～2點之間，奧氏體量不斷增多并呈樹枝狀長大。57Wc=3.0%③冷卻到2點(1148℃)

以后，一次奧氏體不變化，剩余液相的成分沿BC線變化到C點，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體。L4.3（A2.11+Fe3C），58Wc=3.0%④繼續(xù)降溫，將從一次奧氏體和共晶奧氏體中析出二次滲碳體。由于一次奧氏體粗大，沿其周邊析出的二次滲碳體被共晶奧氏體襯托出來。而共晶奧氏體析出二次滲碳體的過程，與共晶白口鑄鐵相同。59Wc=3.0%⑤溫度降到3點，奧氏體成分沿ES線變到S點，并發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。勻晶反應(yīng)＋共晶反應(yīng)＋二次析出反應(yīng)＋共析反應(yīng)P+Fe3CⅡ+L’d

亞共晶白口鑄鐵室溫組織為:亞共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程中的基本反應(yīng)為：60Wc=3.0%室溫下，含3.0%C白口鑄鐵中三種組織組成物的相對重量百分比為：61珠光體二次滲碳體低溫萊氏體62（六）過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程63（六）過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程Fe3CⅠ+L’d過共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程中的基本反應(yīng)為：勻晶反應(yīng)＋共晶反應(yīng)＋二次析出反應(yīng)＋共析反應(yīng)過共晶白口鑄鐵的室溫組織為:64圖中粗大的白色條片為一次滲碳體，其余為低溫萊氏體6566亞共析鋼（C%為0.0218％～0.77％）組織及特征：P+F

隨含C量增加，P量逐漸增加，F(xiàn)量逐漸減少；形態(tài)從塊狀→斷續(xù)網(wǎng)狀。性能特點：塑性、韌性好。

15鋼FP45鋼FP65鋼FP67共析鋼（含碳量0.77%的鐵碳合金）共析鋼室溫組織組織：性能：P組織特征：PFe3C片狀分布于F基體上，呈貝殼狀良好的綜合力學性能（具有強度較高和一定的塑、韌性）68過共析鋼（含碳量0.77%～2.11％的鐵碳合金）T12鋼退火組織（4%硝酸酒精浸蝕）P+Fe3CⅡ硬度高，塑、韌性低Fe3CⅡ呈網(wǎng)狀分布于層片狀P周圍PFe3CⅡ組織：組織特征：性能特點：69亞共晶白口鑄鐵（含碳量2.11%～4.3％）P+Fe3CⅡ+L'd（L'd→P+Fe3CⅡ+Fe3C）硬而脆。L'dAFe3CⅡP組織：性能：70共晶白口鑄鐵（含碳量4.3％）共晶白口鑄鐵的室溫組織低溫萊氏體（L'd→P+Fe3CⅡ+Fe3C）高溫萊氏體（Ld→

A+Fe3C）硬而脆L'd性能：高溫組織：室溫組織：71過共晶白口鑄鐵（含碳量4.3%～6.69％）過共晶白口鑄鐵室溫組織L'd+Fe3C?（L'd→P+Fe3CⅡ+Fe3C）硬而脆。L'dFe3C?性能：組織：7215鋼45鋼65鋼T12

Wc↑，則Fe3C↑，且其形態(tài)由點狀→層片狀→網(wǎng)狀→基體→粗大板片狀，而F↓且其形態(tài)由大塊狀→斷續(xù)網(wǎng)狀→層片狀。73（七）組織組成物在鐵碳合金相圖上的標注圖3-41以組織組成物標注的鐵碳合金相A74

運用杠桿定律時要切實注意：(1)只適用于平衡狀態(tài)；(2)只適用于兩相區(qū)；(3)杠桿的總長度為兩平衡相的成分點之間的距離，杠桿的支點一般為合金成分點，杠桿的位置由所處的溫度決定；(4)當用杠桿定律計算組織組成物的相對重量時，必須依據(jù)該合金的平衡結(jié)晶過程分析，找出與組織組成物相對應(yīng)的兩相區(qū)，使組織組成物與相應(yīng)的相相對應(yīng)，才能進而應(yīng)用杠桿定律來近似計算組織組成物的相對百分含量。75共晶(析）型反應(yīng)產(chǎn)物的組織特征在一定過冷度下，通過形核與長大過程進行結(jié)晶；結(jié)晶是在恒溫下進行；在結(jié)晶過程中反應(yīng)相、生成相的成分是恒定的；在三相水平線上不能應(yīng)用杠桿定律。共晶反應(yīng)(共析反應(yīng))得到的反應(yīng)產(chǎn)物:共晶體(共析體)組織組織特征是兩相相間交替排列，并呈層狀、點狀、球狀和螺旋狀等。結(jié)晶特點是76鐵碳合金中的基本組織77鐵碳合金中的滲碳體78鐵碳合金的分類79三、含碳量與鐵碳合金機械性能的關(guān)系⒈含碳量對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：鋼鐵素體亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白口鑄鐵二次滲碳體工業(yè)純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼鐵分類組織組成物相對量%相組成物相對量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體80⒉含碳量對力學性能的影響碳對機械性能的影響取決于：鐵素體：強度、硬度低，塑性好滲碳體：硬而脆Fe3C的量則逐漸增多。組成相的硬度相的相對數(shù)量相的形狀組織組成物C%↑F的量逐漸變少↑↑81HB：C%↑

→

Fe3C%↑、F↓

σb：對組織形態(tài)敏感。當C%<0.9%時：Fe3C以片狀或粒狀分布于F中，C%↑，F(xiàn)e3C%↑→

σb↑；當C%>0.9%時：Fe3CII在晶界上析出并連成網(wǎng)，削弱了強度，破壞了合金的連續(xù)性，C%↑→

σb↓

→硬度直線上升82

當C%>2.11%時：組織中出現(xiàn)以滲碳體為基體的萊氏體，合金太脆而使白口鑄鐵在工業(yè)上很少應(yīng)用。δ、ak：

C%↑→

Fe3C%↑、F

↓

→δ↓，ak↓工業(yè)用鋼材，為了保證足夠的強度和一定的塑性、韌性，其含碳量一般不超過1.3%-1.4%。Fe-C83圖3-41以組織組成物標注的鐵碳合金相A84四、Fe—Fe3C相圖的應(yīng)用Fc—Fe3C相圖在生產(chǎn)中具有重要的實際意義，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。（一）、在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用（二）、在鑄造工藝方面的應(yīng)用（三）、在鍛造工藝方面的應(yīng)用（四）、在熱處理方面的應(yīng)用85（一）在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用①建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性好、韌度高的材料，因此，選用C的質(zhì)量分數(shù)較低的鋼材。②各種機械零件需要強度、韌度較高及塑性較好的材料，應(yīng)選用C的質(zhì)量分數(shù)適中的中碳鋼。③各種工具要用強度高和耐磨性好的材料，則選用C的質(zhì)量分數(shù)較高的鋼材。Fe—Fe3C相圖所表明的某些成分—組織—性能的規(guī)律，為鋼鐵材料的選用提供了根據(jù)。86④純鐵的強度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料，但由于其磁導率高，矯頑力低，可作軟磁材料使用，例如，做電磁鐵的鐵芯等。⑤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、形狀復雜的鑄件，例如，拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機的磨球等。201087（二）、在鑄造工藝方面的應(yīng)用合金的鑄造性能主要表現(xiàn)在流動性要好。影響流動性的因素結(jié)晶溫度區(qū)間熔點可以根據(jù)Fe—Fe3C相圖選擇合金的澆注溫度和合金的成分

↓小流動性好881.根據(jù)Fe—Fe3C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50～100℃。Fe-C89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，C的質(zhì)量分數(shù)規(guī)定在0.15％～0.6％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。越遠離共晶成分，液、固相線的間距越大，凝固過程中越容易形成樹枝晶，阻礙后續(xù)液體充滿型腔，鑄造性能變差，容易形成分散縮孔和偏析。2根據(jù)鐵碳相圖可以優(yōu)化合金成分Fe-C90（三）在鍛造工藝方面的應(yīng)用由于奧氏體塑性好，便于塑性變形，因此鋼材的鍛造常選擇在鐵碳相圖中奧氏體單相區(qū)中的適當溫度范圍內(nèi)進行。始鍛、始軋溫度控制在固相線以下l00～200C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，要防止鋼材嚴重燒損或發(fā)生晶界熔化(過燒)。Fe-C91亞共析鋼的熱加工終止溫度多控制在GS線以上一點，避免變形時出現(xiàn)大量鐵素體，形成帶狀組織而使韌度降低。過共析鋼的變形終止溫度應(yīng)控制在PSK線以上，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。Fe-C92（四）在熱處理方面的應(yīng)用Fe—Fe3C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)Fe—Fe3C相同確定的。93在運用Fe-Fe3C相圖時應(yīng)注意以下兩點：

①Fe-Fe3C相圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài),如含有其它元素,相圖將發(fā)生變化。

②Fe-Fe3C相圖反映的是平衡條件下鐵碳合金中相的狀態(tài),若冷卻或加熱速度較快時,其組織轉(zhuǎn)變就不能只用相圖來分析了。94第三節(jié)碳鋼一、鋼中常存雜質(zhì)元素對性能的影響鋼中的常存雜質(zhì)元素主要是指：

錳、硅、硫、磷及氮、氧、氫等元素。由原料、燃料及耐火材料帶入鋼中，或者是由大氣進入鋼中，或者是脫氧時殘留于鋼中。它們的存在顯然會對鋼的性能產(chǎn)生影響。95Mn與S的化學親合力高于S與Fe的，因而S易于與Mn化合形成MnS，MnS

熔點高（1620）并有一定的塑性，不會對鋼產(chǎn)生有害影響。作用為：

①對鋼起強化作用；②消除硫的有害作用。1、Mn:＜0.8%時為雜質(zhì),是有益元素。Mn溶于F形成置換固溶體使F的強度、硬度升高Mn溶于Fe3C形成合金滲碳體，其的強度、硬度升高96作用為：強化鐵素體；2、Si：0.5%時為雜質(zhì)，是有益元素。Si溶于F形成置換固溶體使F的強度、硬度升高97常以FeS形式存在。易與Fe在晶界上形成低熔點共晶FeS(985℃)，熱加工時(1150~1200℃)，由于其熔化而導致開裂，稱熱脆性。鋼中的硫應(yīng)控制在0.045%以下。3、S：是有害元素。S—造成鋼的熱脆性98P能全部溶入鐵素體中，有很強的固溶強化作用，使鋼在常溫下硬度提高，塑性、韌性急劇下降，稱冷脆性。P一般控制在0.045%以下.4、P：也是有害元素P—造成鋼的冷脆性99（一）碳鋼的分類2按質(zhì)量分優(yōu)質(zhì)碳鋼（Ws≤0.040%，Wp≤0.040%）普通碳鋼（Ws≤0.055%，Wp≤0.045%）高級優(yōu)質(zhì)碳鋼（Ws≤0.030%，Wp≤0.035%）3按用途分碳素工具鋼（主要用于刀具、量具、模具）碳素結(jié)構(gòu)鋼（主要用于工程構(gòu)件、機器零件）1按含碳量分低碳鋼（Wc≤0.25%）中碳鋼（Wc0.25~0.60%）高碳鋼（Wc≥0.60%）二、碳鋼的分類、編號和用途100（二）碳鋼的編號及用途1普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（a）甲類鋼：按力學性能供應(yīng)表示方法：甲1（A1）、甲2（A2）……甲7（A7）強度（σs、σb）升高塑性（δ、ψ）下降注意：由于不保證化學成分，所以熱處理時不能依甲類鋼來選材，應(yīng)依乙類鋼選，才能根據(jù)相圖制定熱處理工藝。（一）、碳鋼的編號（舊牌號的編號：GB700-79）101（b）乙類鋼：按化學成分供應(yīng)表示方法：乙1（B1）、乙2（B2）、…、乙7（B7）C%升高注意：可以熱處理，但屬于普碳鋼，性能改善不大。（c）特類鋼：根據(jù)要求供貨，保證化學成分和力學性能。表示方法：C2、C3、C4、C5C%升高強度（σs、σb）升高注意：價格太高，一般不用，經(jīng)常選優(yōu)質(zhì)碳素鋼。102Q+最低屈服強度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號Q：表示“屈服強度”；屈服強度值;單位是MPa；質(zhì)量等級符號：為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號:

沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示為Q235AF、Q235BZ。新牌號的編號：GB700-88103GB/T700-1988標準

GB700-79標準化學成分和力學性能均須保證A類鋼——保證力學性能，B類鋼——保證化學成分，C類鋼——保證化學成分及力學性能。Q195A1；B1Q215

A2；C2Q235

A3；C3Q255

A4；C4Q275C5碳素結(jié)構(gòu)鋼新、老標準鋼號對照104普通碳素結(jié)構(gòu)鋼一般不進行熱處理，在供應(yīng)狀態(tài)下直接使用。Q195、Q215和Q235（A1、A2、A3）：塑性好用途：

⑴軋制成鋼板、鋼筋、型材和焊接鋼管等，作橋梁、建筑等構(gòu)件。⑵制造普通的鉚釘、螺釘、螺母、地腳螺絲、軸套、鏈片、銷軸等Q255和Q275（A4、C5）：強度較高、塑性和韌性好用途：⑴軋制成鋼板、條鋼、型鋼等作結(jié)構(gòu)件以及制造連桿、鍵和銷等。105建筑構(gòu)件鋼橋梁106多邊型角鋼鋼筋、螺紋鋼螺釘、鉚釘1072優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（a）正常含錳量鋼：分為正常含錳量鋼和較高含錳量鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼含有害雜質(zhì)P、S的量及非