铁碳相图结晶过程

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 铁 碳 合 金,1,铁碳合金相图,2,典型铁碳合金的平衡结晶过程,3,碳钢,1,铁碳合金相图,一、,铁碳合金相图中组元的性质和相的类型,1.,组元的性质,纯铁的同素异构转变,:,室温,912,体心立方（,b.c.c,）,称,912,1394,面,心立方（,f.c.c,）,称,1394,熔点,体心立方（,b.c.c,）,称,2.,铁与碳相互作用构成的基本相,(1),铁素体,碳在 中形成的间隙固溶体,体心立方晶格,。用,F,或,表,示。铁素体的溶碳能力很低,在,727,时最大为,0.0218%,，室温下仅,为,0.0008%,。,性能与纯铁相似,。,(2),奥氏体,碳在 中形成的间隙固溶体,，,面心立方晶格,。,用,A,或,表,示。溶碳能力比铁素体大，,1148,时最大为,2.11%,。,强度低、塑性好。,，,(3),渗碳体,渗碳体是铁和碳相互作用形成的具有,复杂晶格的间隙化合物,，分子式,Fe,3,C,。,含碳,6.69%,Fe,3,C,硬度高、强度低,(,b,35MPa,),脆性大,塑性几乎为零。,二、铁碳合金相图分析,图,4-1 Fe-Fe,3,C,相图,1.,特征线,液相线,ABCD,固相线,AHJECFD,三条水平线：,HJB,：,包晶线,L,B,+,H,J,ECF,：,共晶线,L,C,E,+Fe,3,C,共晶产物是,与,Fe,3,C,的机械混合物，称作,莱氏体,用,Le,表示。,为蜂窝状,以,Fe,3,C,为基，性能硬而脆。,PSK,：,共析线,S,F,P,+Fe,3,C,共析转变的产物是,与,Fe,3,C,的机械混合物，称作,珠光体,，用,P,表示。,珠光体的组织特点是两相呈,片层相间,分布,性能介于两相之间。,PSK,线又称,A,1,线。,GS,GP,固溶体转变线,GS,又称,A,3,线。,HN,JN,固溶体转变线，,ES,碳在,-,Fe,中的固溶线。,又称,A,c m,线。,PQ,碳在,-,Fe,中的固溶线。,2.,相区,五个单相区：,L,、,、,、,、,Fe,3,C,七个两相区,:,L+,、,L+,、,L+Fe,3,C,、,+,、,+Fe,3,C,、,+,、,+Fe,3,C,三个三相区：,即,HJB,(,L+,+,),、,ECF,(,L+,+Fe,3,C,),、,PSK,(,+,+Fe,3,C,),三条水平线,其它相线,2,典型铁碳合金结晶过程分析,一、铁碳合金按其含碳量及室温组织分类,纯铁,:,w,c,0.0218%,钢,亚共析钢,:,w,c,=,0.02180.77%,共析钢,:,w,c,=,0.77%,过共析钢,:,w,c,=,0.772.11%,白口铸铁,亚共晶白口铁,:,w,c,=,2.114.3%,共晶白口铁,:,w,c,=,4.3%,过共晶白口铁,:,w,c,=,4.36.69%,典型铁碳合金结晶过程图,图4-2,1,2,3,4,二、典型铁碳合金结晶过程分析,1,.,含碳,0.01%,的工业纯铁,2.,含碳,0.77%,的共析钢（合金）,3.,含碳,0.40%,的亚共析钢（合金）,4,.,含碳,1.2%,的过共析钢（合金）,5,.,含碳,4.3%,的共晶白口铁,(,合金）,6,.,含碳,3.0%,的亚共晶白口铁,(,合金）,7.,含碳,5.0%,的过共晶白口铁（合金）,1.,含碳,0.01%,的工业纯铁,图,4-3,工业纯铁结晶过程,2.0.77%,共析钢结晶过程,图,4-5,共析钢结晶过程示意图,3.,亚共析钢结晶过程,图,4-,7,亚共析钢结晶过程示意图,4.1.2%C,的过共析钢的结晶过程,图,4-9,过共析钢的结晶过程,铁碳合金组织特征图,(a)0.01%C,铁素体,500,(c).0.77%C,珠光体,500,(b)0.45%C,铁素体+,珠光体,500,d).1.2%C,铁素体+,二次渗碳体,500,图4-11,5.,共晶白口铁的结晶过程,图,4-12,共晶白口铁的结晶过程示意图,6.,亚共晶白口铁结晶过程,图,4-14,亚共晶白口铁结晶过程示意图,7.,过共晶白口铁结晶过程,图,4-16,过共晶白口铁结晶过程示意图,三、碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响,1.,含碳量对平衡组织的影响,图,4-18,含碳量对平衡组织的影响示意图,从图中可以看出,铁碳合金随,含碳量增高,，,其组织发,生如下变化：,（,沿,F,晶界分布的基片,）共析渗碳体（,分布在铁,素体内的片层状,）（,沿,A,晶界呈网状分布,）共晶渗碳,体（,为莱氏体的基体,）（,分布在莱氏体上的粗大状,）。,2.,含碳量对铁碳合金机械性能的影响,图,4-,19,含碳量对铁碳合金机械性能的影响,随着,含碳量的增加，强度、硬度增加，塑性、韧性降低。,当,含碳量大于,1.0%,时，由于网状二次渗碳体的出现，导致钢的,强度下降,。为了保证工业用钢具有足够的强度和适当的塑性、韧性，其含碳一般不超过,1.3,1.4%,。,含碳量,大于,2.11%,的铁碳合金，即白口铸铁，由于其组织中存在大量的渗碳体，,具有很高的硬度和脆性，难以切削加工,，除少数耐磨件外很少应用。,四、相图的实际应用,1.,为选材提供成分依据,低碳钢,（,0.100.25%C,）,:,适用于要求,塑性，韧性好的,零件，如建筑结构和容器等。,中碳钢,（,0.250.60%C,）,:,适用于要求,强度、塑性、韧性都较好,的零件，如轴等。,高碳钢,（,0.61.3%C,）,:,适用于要求,硬度高、耐磨性好的,零件，如工具等,。,白口铸铁具有很高的硬度和脆性，应用很少,，但因其具有很高的抗磨损能力，可,应用于少数需要耐磨而不受冲击的零件,，如：拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等。,2.,为制定热加工工艺提供依据,对铸造：,确定,铸造温度,；,根据相图上液相线和固相线间距离估计,铸造性能的好坏,.,对于锻造：,确定,锻造温度,。,对焊接：,根据相图来,分析碳钢焊缝组织,，并用适当热处理方法来,减轻或消除组织不均匀性。,对热处理：,相图,更为重要,，这在下面一章中详细介绍。,3,碳 钢,一、钢中常存杂质元素对钢的性能的影响,Mn,、,Si,:,它们大部分溶于铁素体中，,强化铁素体,；一部分,Mn,能溶于,Fe,3,C,中，形成,合金渗碳体,，这都使,钢的强度提高,，同时,Mn,还能与,S,化合成,MnS,，,减轻,S,的有害作用,。,S,:S,不溶于铁，而以,FeS,形式存在，,FeS,会与,Fe,形成低熔点共晶体,，并分布于奥氏体的晶界上，当钢材在,热加工,时，会,沿着,FeS,-Fe,共晶体边界开裂，钢材变得极脆,，产生,热脆性,。,P:,P,使,室温下的钢的塑性、韧性急剧降低,，并使钢的脆性转化,温度有所升高，使,钢变脆,，产生,“,冷脆”,。,二、碳钢的分类、编号和用途,1.,碳钢的分类,(1),按含碳量分类,低碳钢,:,w,c,=,0.010.25%,中碳钢,:,w,c,=,0.250.6%,高碳钢,:,w,c,=,0.61.3%,(2),按质量分类,普通碳素钢,:,w,s,0.055%w,p,0.045%,优质碳素钢,:,w,s,、,w,p,0.0350.040%,高级优质碳素钢,:,w,s,0.020.03%,；,w,p,0.030.035%,(3),按用途分类,碳素结构钢,:,用于制造,各种工程构件,，如桥梁、船舶、建筑构件,等，及,机器零件,，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母等。,碳素工具钢,:,用于制造,各种刀具、量具、模具,等，一般为高碳钢。,2.,碳钢牌号和,用途,(1),普通碳素结构钢,表示方法,:,Q+,数字,。,“,Q,”,为屈服点，“屈”汉语拼音，数字表示屈服强度值,。若,牌号后面标注字母,A,、,B,、,C,、,D,，,则表示钢材质量等级不同，,A,、,B,、,C,、,D,质量依次提高,，,“,F,”,表示沸腾钢，“,b”,为半镇静钢，不标“,F,”,和“,b”,的为镇静钢,。如：,Q235-A,F,表示屈服点为,235,MPa,的,A,级沸腾钢。,用途,：,普通碳素结构钢常,制成薄板、钢筋、焊接钢管,等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的,铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴,等等,。,（,2,）优质碳素结构钢,表示方法,:,两位数字,。,表示钢材中的,平均含碳量的万分数。,如,20,钢表示平均含碳量为,0.20%,，,若,钢中含锰量较高，须将锰元素标出,，如,15Mn,。,用途：,08,、,08F,、,10,、,10F,钢,：,塑性、韧性,好，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如,汽车车身，拖拉机驾驶室,等。,15,、,20,、,25,钢,：,用于制作,尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件,，如,活塞钢、样板,等。,30,、,35,、,40,、,45,、,50,钢,：,经热处理（淬火,+,高温回火）后具有,良好的综合机械性能,，用于制作轴类零件。,55,、,60,、,65,钢：,热处理（淬火,+,高温回火）后具有,高的弹性极限,，常用作,弹簧,。,（,3,）碳素工具钢,表示方法,:,“T”,字后附数字表示,。,数字表示钢中,平均含碳量的千分之几,。,T8,、,T10,分别表示钢中平均含碳量为,0.80%,和,1.0%,的碳素工具钢，若为,高级优质碳素工具钢，则在钢号最后附以“,A”,字,。如,T12A,。,用途,:,碳素工具钢用于,制造各种量具、刃具、模具,等。,