铁碳合金相图及应用-课件

铁碳合金相图及应用第五章第五章 铁碳合金相图铁碳合金相图及应用及应用5.1 铁碳合金基本铁碳合金基本相相及基本及基本组织组织组织组织5.2 铁碳合金分析铁碳合金分析5.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系铁碳合金成分、组织与性能的关系5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介注意：注意：碳钢，碳素钢；碳钢，碳素钢；碳的质量分数，碳含量，含碳量，碳的质量分数，碳含量，含碳量，wC，C%，用百分数表示用百分数表示。5.1 铁碳合金基本相及铁碳合金基本相及基本组织基本组织（1）铁素体铁素体（2）奥氏体奥氏体（3）渗碳体渗碳体Cm（或（或Fe3C）A（或（或-Fe）F（或（或-Fe）一、基本一、基本相相1.A：其：其-Fe空隙半径大，容空隙半径大，容C能力强，溶解度高。能力强，溶解度高。2.F：比：比A容容C能力弱，溶解度低。能力弱，溶解度低。3.Fe3C：金属：金属化合物化合物。4.P=F+Fe3C，混合物混合物，有片状有片状、颗粒颗粒状两种。状两种。5.1 铁碳合金基本相及基本组织铁碳合金基本相及基本组织二、基本二、基本组织组织Fe3C有有5种种:（1）Fe3C 条状（白口铸铁中）条状（白口铸铁中）（2）Fe3C 网状网状（过共析钢中）（过共析钢中）（3）Fe3C，少，可忽略不计少，可忽略不计 （4）P中的中的Fe3C （5）Ld中的中的Fe3C5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析铁碳合金分为铁碳合金分为3类：类：一、工业纯铁一、工业纯铁（wC 0.0218%）二、二、碳素钢碳素钢 （wC=0.0218%2.11%）1.亚共析钢亚共析钢（wC=0.0218%0.77%，如45钢、65钢）2.共析钢共析钢 （wC 0.77%，T8钢）3.过共析钢过共析钢（wC=0.77%2.11%，如T10、T12钢）三、三、白口白口铸铁铸铁铸铁铸铁 （wC=2.11%6.69%）1.亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁（wC=2.11%4.3%）2.共晶白口铸铁共晶白口铸铁 （wC 4.3%）3.过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁（wC=4.3%6.69%）俗称：俗称：熟铁熟铁0.04C；生铁生铁2C（一）工业纯铁（一）工业纯铁（二）（二）共析钢（共析钢（T8钢钢 wC 0.77%）（三）亚共析钢（三）亚共析钢（45钢钢 wC 0.45%）（四）过共析钢（四）过共析钢（T12钢钢 wC 1.20%）（五）共晶白口铸铁（五）共晶白口铸铁（六）亚共晶白口铸铁（六）亚共晶白口铸铁（七）过共晶白口铸铁（七）过共晶白口铸铁按按组织组成物组织组成物区分的区分的 Fe-Fe3c相图相图5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析FeFe3CFe2C FeCCC%(at%)5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析SL+AAGCELF2.110.77PFekAt()wC(%)727 A+Fe3C0.0218A+FF+Fe3CQ 简化的铁碳合金相图简化的铁碳合金相图（一）（一）工业纯铁工业纯铁结结晶过程（晶过程（wC=0.01%)1243F5Fe3C5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析 F Fe3C PSFe727 L+AAkGCEALF2.110.770.0218（二）（二）共析钢共析钢结晶过程结晶过程（T8钢钢 wC 0.77%）123AsFP+Fe3CPt()wC(%)F+Fe3CFe3C5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析 P （二）（二）共析钢共析钢结晶结晶过程过程（T8钢钢 wC 0.77%）5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析球状珠光体球状珠光体5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析（二）（二）共析钢共析钢结晶过程结晶过程（T8钢钢 wC 0.77%）SL+AGCELF2.110.77PFekA727 A+Fe3C0.0218A+FF+Fe3CA124（三）（三）亚共析钢亚共析钢结晶过程（结晶过程（45钢钢 wC0.45%)3t()wC(%)Fe3C5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析PF P F （三）（三）亚共析钢亚共析钢结晶过程（结晶过程（45钢钢 wC0.45%）5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析（三）（三）亚共析钢亚共析钢结晶过程结晶过程SL+AAGCELF2.110.77PFekA727 A+Fe3C0.0218A+FF+Fe3C（四）（四）过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢结晶过程（结晶过程（T12钢钢 wC1.20%）Fe3C 1243t()wC(%)Fe3C5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析 P Fe3C （四）（四）过共析钢过共析钢结晶过程（结晶过程（T12钢钢 wC1.20%）5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析（四）（四）过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢结晶过程（结晶过程（T12钢钢 wC1.20%）（五）共晶白口铸铁（五）共晶白口铸铁（wC4.30%）5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析 Ld（六）亚共晶白口铸铁（六）亚共晶白口铸铁5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析 P+Fe3C+Ld（七）过共晶白口铸铁（七）过共晶白口铸铁5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析 Ld+Fe3C 用用组织组成物组织组成物填写的相图填写的相图5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析2.亚共析钢亚共析钢:P+F3.过共析钢过共析钢:P+Fe3C1.共析钢共析钢:P 1005.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系铁碳合金成分、组织与性能的关系P0.77 CF 1PP0.77+(1P)6.69 CFe3C%1P%碳碳素素钢中钢中组织组成物组织组成物：Fe3C%6.69%C%F%=1Fe3C%铁碳合金中铁碳合金中相组成物：相组成物：F+Fe3C5.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系铁碳合金成分、组织与性能的关系5.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系铁碳合金成分、组织与性能的关系wC对退火碳钢力学性能的影响对退火碳钢力学性能的影响5.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系铁碳合金成分、组织与性能的关系5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介一、在一、在选材选材方面的应用方面的应用1.纯铁磁导率高，矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁心等。纯铁磁导率高，矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁心等。2.建筑结构和各种型钢建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料，应选用需用塑性、韧性好的材料，应选用碳含量较低碳含量较低的钢材。的钢材。3.各种机械零件各种机械零件需用强度、塑性及韧性都较好的材料，应选用需用强度、塑性及韧性都较好的材料，应选用碳含量适中碳含量适中的的中碳钢。中碳钢。4.各种工具各种工具需用硬度高和耐磨性好的材料，应选用需用硬度高和耐磨性好的材料，应选用碳含量高碳含量高的钢种。的钢种。5.白口铸铁白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、火车轮、犁铧、球磨机的磨球等。模、冷轧辊、火车轮、犁铧、球磨机的磨球等。5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介1、在在铸造工艺铸造工艺方面的应用方面的应用 根据根据Fe-Fe3C相图可以确定合金的浇注温度，相图可以确定合金的浇注温度，浇注温度一般在液相线以上浇注温度一般在液相线以上50100。共晶合金铸造性能最好。共晶合金铸造性能最好。5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介问：问：相比较而言，炼铁容易炼钢难相比较而言，炼铁容易炼钢难？二、二、在在热加工热加工热加工热加工工艺工艺方面的应用方面的应用（1）镇镇静静钢钢（killed steel）完完全全脱脱氧氧，成成分分较较均均匀匀、组组织织较较致密。主要用于致密。主要用于机械性能较高机械性能较高的零件。的零件。（2）沸沸腾腾钢钢（boiling steel）脱脱氧氧不不完完全全，成成分分偏偏析析较较严严重重、组组织织不不致致密密。机机械械性性能能不不均均匀匀，冲冲击击韧韧性性差差，常常用用于于要要求求不不高高的零件。的零件。（3）半半镇镇静静钢钢（balanced steel，semi-killed steel）脱脱氧氧较较完完全全，介介于于镇镇静静钢钢和和沸沸腾腾钢钢之之间间。其其质质量量也也介介于于二二者者之之间间，可可代代替部分镇静钢，一般不适于做重要零件。替部分镇静钢，一般不适于做重要零件。新标准取消半镇静钢新标准取消半镇静钢。（4）特特殊殊镇镇静静钢钢（special killed steel）比比镇镇静静钢钢脱脱氧氧程程度度更更充分彻底。质量最好，适用于特别重要的结构工程。充分彻底。质量最好，适用于特别重要的结构工程。5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介 2、在在铸造工艺铸造工艺铸造工艺铸造工艺方面的应用方面的应用 锻造或轧制选在锻造或轧制选在单相奥氏体区内单相奥氏体区内进行。进行。一一般般始始锻锻、始始轧轧温温度度控控制制在在固固相相线线以以下下100 200 范范围内，终锻、终轧温度不能过低。围内，终锻、终轧温度不能过低。亚共析钢热加工终止温度多控制在亚共析钢热加工终止温度多控制在GS线以上一点，过共线以上一点，过共析钢变形终止温度应控制在析钢变形终止温度应控制在PSK线以上一点，一般始锻温度线以上一点，一般始锻温度为为1150 1250，终锻温度为，终锻温度为800 850。2、在、在热锻、热轧热锻、热轧工艺方面的应用工艺方面的应用5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介 3、在在焊接工艺焊接工艺方面的应用方面的应用 按按可焊性可焊性要求，要求，碳含量碳含量 0.25%的低碳钢和低合金钢，具有的低碳钢和低合金钢，具有良好的焊接良好的焊接性性，塑性和冲击韧性优良，焊后的焊接接头塑性和冲击韧性也很好，焊接时，塑性和冲击韧性优良，焊后的焊接接头塑性和冲击韧性也很好，焊接时不需要预热和焊后热处理，焊接过程普通简便。不需要预热和焊后热处理，焊接过程普通简便。随着碳含量增加，大大增加焊接的裂纹倾向，焊接性变差，必须预热、随着碳含量增加，大大增加焊接的裂纹倾向，焊接性变差，必须预热、甚至预热到较高温度。甚至预热到较高温度。5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介5、在、在热处理工艺热处理工艺方面的应用方面的应用5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介 Fe-Fe3C相相图图对对于于制制订订热热处处理理工工艺艺有有着着特特别别重重要要的的意意义义。一一些些热热处处理理工工艺艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据如退火、正火、淬火的加热温度都是依据Fe-Fe3C相图确定的。相图确定的。淬火加热淬火加热温度的选择示意图温度的选择示意图5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介5.4 铁碳相图的应用简介铁碳相图的应用简介碳素钢的工艺性能碳素钢的工艺性能：切削性能切削性能:中碳钢合适。中碳钢合适。铸铸造性能造性能:共晶合金好。共晶合金好。可可锻锻性能性能:低碳钢好。低碳钢好。焊焊接性能接性能:低碳钢好。低碳钢好。热处理热处理性能性能:碳含量不同，临界转变温度不同。碳含量不同，临界转变温度不同。第五章第五章 复习复习1.Fe-C合金合金/ZT、钢、工业纯铁、钢、工业纯铁/A1、A3、Acm2.基本相（基本相（F、Fe3C、A）3.基本组织（基本组织（F、Fe3C、P）4.碳钢（共析钢碳钢（共析钢 P/亚共析钢亚共析钢 P+F/过共析钢过共析钢 P+Fe3C）5.退火态力学性能退火态力学性能6.炼铁容易炼钢难炼铁容易炼钢难共析钢共析钢:P 100亚共析钢亚共析钢:P+F P0.77 C，F 1P过共析钢过共析钢:P+Fe3C P0.77+(1P)6.69 C Fe3C%1P%第五章第五章 作业作业