第四章铁碳合金 第一节铁碳合金的相结构与性能 、纯铁的同素异晶转变 δ-F 体心面心体心 同素异晶转变一一固态下,一种元素的晶体结构 随温度发生变化的现象。 特点: a一Fe 是形核与长大的过程(重结晶) 将导致体积变化(产生内应力) 纯铁的同素异构转变 ·通过热处理改变其组织、结构→性能 铁碳合金的基本相 基本相 定义 力学性能 溶碳量 铁素体F 碳在a-Fe中的间隙固溶体强度,硬度低,塑性,韧性好|最大0.0218% 奥氏体A 碳在γ-Fe中的间隙固溶体硬度低,塑性好 最大2.11% 渗碳体Fe3C|Fe与C的金属化合物 硬而脆800BW,8↑=ak=0|9.69% 第二节铁碳合金相图 相图分析 两组元:Fe、Fe3C 碳的原子百分数 上半部分图形(二元共晶相图) 共晶转变 1148℃ 27℃ r+L L4.3→A2.11tFe3C→P+Fe3Cp120 莱氏体 2、下半部分图形(共析相图 7 +FeC 两个基本相:F、Fe3C 共析转变 727℃ A0.77→F0.0218+FeC 「·= 珠光体P 、典型合金结晶过程 碳的重量百分 分类
第四章 铁碳合金 第一节 铁碳合金的相结构与性能 一、纯铁的同素异晶转变 δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 体心 面心 体心 同素异晶转变——固态下，一种元素的晶体结构 随温度发生变化的现象。 特点： • 是形核与长大的过程（重结晶） • 将导致体积变化（产生内应力） • 通过热处理改变其组织、结构→ 性能 二、铁碳合金的基本相 基本相 定义 力学性能 溶碳量 铁素体 F 碳在α-Fe 中的间隙固溶体 强度,硬度低，塑性,韧性好 最大 0.0218% 奥氏体 A 碳在γ-Fe 中的间隙固溶体 硬度低，塑性好 最大 2.11% 渗碳体 Fe3C Fe 与 C 的金属化合物 硬而脆 800HBW,δ↑=αk=0 9.69% 第二节铁碳合金相图 一、相图分析 两组元：Fe、 Fe3C 上半部分图形（二元共晶相图） 共晶转变： 1148℃ 727℃ L4.3 → A2.11+ Fe3C → P + Fe3 C 莱氏体 Ld Ld′ 2、下半部分图形（共析相图） 两个基本相：F、Fe3C 共析转变： 727℃ A0.77 → F0.0218 + Fe3C 珠光体 P 二、典型合金结晶过程 分类：
工业纯铁(<0.0218%C) 钢(0.0218-2.11%c)——亚共析钢、共析钢(0.77%C)、过共析钢 白口铸铁(2.11-6.69%C)—一亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L+A→A→P(F+Fe3C L→L+A→A→A+F→P+F L→L+A→A→A+FeC→ P+ Fe3cⅡ 4、共晶白口铸铁L→Ld(A+Fe3C)→Ld(A+FesC+Fe3Cn)→Ld'(P+FeC+ Fecal) 5、亚共晶白口铸铁L→Ld(A+Fe3C)+A→Ld+A+reCn→Ld'+P+FeCⅡ 6、过共晶白口铸铁L→Ld(A+Fe3C)+Fe3C→Ld+FeC→Ld'+Fe3C d (A FeC)+FeC d' (P+Fe C: +FnC)+Fe Cr )分) 三、铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系 1、含碳量对铁碳合金平衡组织的影响 2、含碳量对铁碳合金力学性能的影响
工业纯铁（<0.0218%C） 钢（0.0218-2.11%C）——亚共析钢、共析钢（0.77%C）、过共析钢 白口铸铁（2.11-6.69%C）——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L → L+A → A → P(F+Fe3C) L → L+A → A → A+F → P+F L → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→ P+ Fe3CⅡ 4、 共晶白口铸铁 L → Ld(A+Fe3C) → Ld(A+Fe3C+ Fe3CⅡ) → Ld′(P+Fe3C+ Fe3CⅡ) 5、 亚共晶白口铸铁 L → Ld(A+Fe3C) + A → Ld+A+ Fe3CⅡ → Ld′+P+ Fe3CⅡ 6、 过共晶白口铸铁 L → Ld(A+Fe3C) + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C 三、铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系 1、含碳量对铁碳合金平衡组织的影响 2、含碳量对铁碳合金力学性能的影响
亚共析钢过共析钢亚共品白口铁过共晶白口铁 0.0218%07%2.11% 6.69% 组织特征高温固态组织为单相固溶体 组织中有共晶菜氏体 相组成物 相对量 四、铁碳合金相图的应用 1、选材方面的应用 2、在铸造、锻造和焊接方面的应用 3、在热处理方面的应用 第三节碳钢(非合金钢) 碳钢是指ωc≤2.11%,并含有少量锰、硅、磷、硫等杂质元素的铁碳合金 铁碳合金具有良好的力学性能和工艺性能,且价格低廉,故广泛应用。 、杂质元素对碳钢性能的影响 Mn+FeO→MnO1+Fe(脱氧) Mn+S→MnS炉渣 (去硫) Mn溶入铁素体→固溶强化 M溶入Fe3C→形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C 对性能影响不大 Si+FeO→SiO2+Fe(脱氧) Si溶入铁素体→固溶强化 Si<0.4%,对性能影响不大 硫 钢中S+Fe→FeS。FeS与Fe形成低熔点的共晶体(985℃)分布在晶界上,当钢在 热加工(1000~1200℃)时,共晶体熔化,导致开裂一—热脆 消除热脆:Mn+S→MnS(熔点高1620℃并有一定塑性) 硫是一种有害元素 钢中磷全部溶于铁素体,产生强烈固溶强化,低温时更加严重—冷脆 磷是一种有害元素 杂质元素 来源 作用 炼钢时残留 溶入F→固溶强化—有益 炼钢时残留 溶入F→固溶强化—有益 矿石中 热脆性—有害 矿石中 冷脆性—有害
四、铁碳合金相图的应用 1、选材方面的应用 2、在铸造、锻造和焊接方面的应用 3、在热处理方面的应用 第三节碳钢（非合金钢） 碳钢是指ωc≤2.11%，并含有少量锰、硅、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。 铁碳合金具有良好的力学性能和工艺性能，且价格低廉，故广泛应用。 一、杂质元素对碳钢性能的影响 1、 锰 Mn + FeO → MnO + Fe （脱氧） Mn+ S → MnS 炉渣 （去硫） Mn 溶入铁素体 → 固溶强化 Mn 溶入 Fe3C → 形成合金渗碳体（Fe, Mn）3C Mn <0.8%，对性能影响不大 2、硅 Si + FeO → SiO2 + Fe （脱氧） Si 溶入铁素体 → 固溶强化 Si<0.4%，对性能影响不大 3、硫 钢中 S+Fe → FeS。FeS 与 Fe 形成低熔点的共晶体（985℃）分布在晶界上，当钢在 热加工（1000~1200℃）时，共晶体熔化，导致开裂——热脆 消除热脆：Mn+ S → MnS（熔点高 1620℃并有一定塑性） 硫是一种有害元素 4、磷 钢中磷全部溶于铁素体，产生强烈固溶强化，低温时更加严重——冷脆 磷是一种有害元素 杂质元素 来源 作用 Si 炼钢时残留 溶入 F→ 固溶强化——有益 Mn 炼钢时残留 溶入 F→ 固溶强化——有益 S 矿石中 热脆性——有害 P 矿石中 冷脆性——有害
碳钢的分类 按含碳量分:低碳钢、中碳钢、高碳钢(0.25%和0.6%) 按质量分类:普通碳钢、优质碳钢、特殊碳钢(S、P含量) 按用途分类:碳素结构钢、碳素工具钢 碳钢的牌号、性能和应用 1、碳素结构钢 GB700-88Q195,Q215,Q235,Q255,Q275(五大类,20个钢种) GB700-79A A3,A4,A5 Q235-AF表示:σs≥235Ma,质量等级为A,沸腾钢 应用 Q195,Q215——塑性高,用于冲压件、铆钉、型钢等; Q235——强度较髙,用于轴、拉杆、连杆等; Q255,Q275——强度更高,用于轧辊、主轴、吊钩等。 2、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢:优质钢、高级优质钢(A)、特级优质钢(E) 牌号:08F一—冲压件 45—一齿轮、连杆、轴类; 65M—一弹簧、弹簧垫圈、轧辊等。 3、碳素工具钢 牌号:T8、T8A一木工工具 T10、T10A—一手锯锯条、钻头、丝锥、冷冲模; T12、T12A—一锉刀、绞刀、量具。 4、铸钢 表示方法:用力学性能表示ZG200-400(0s≥200Ma,0b≥400Mpa) 用化学成分表示ZG30(0.3%C) 用于制作形状复杂且强度和韧性要求较高的零件,如轧钢机架、缸体、制动 轮、曲轴等
二、碳钢的分类 按含碳量分：低碳钢、中碳钢、高碳钢（0.25%和 0.6%） 按质量分类：普通碳钢、优质碳钢、特殊碳钢（S、P 含量） 按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢 三、碳钢的牌号、性能和应用 1、碳素结构钢 GB700-88 Q195, Q215, Q235, Q255, Q275(五大类，20 个钢种) GB700-79 A1, A2, A3, A4, A5 Q235-AF 表示：σs≥235Mpa，质量等级为 A，沸腾钢。 应用： Q195, Q215——塑性高，用于冲压件、铆钉、型钢等； Q235——强度较高，用于轴、拉杆、连杆等； Q255, Q275——强度更高，用于轧辊、主轴、吊钩等。 2、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢：优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E） 牌号：08F ——冲压件； 45——齿轮、连杆、轴类； 65 Mn——弹簧、弹簧垫圈、轧辊等。 3、碳素工具钢 牌号：T8、T8A——木工工具； T10、T10A——手锯锯条、钻头、丝锥、冷冲模； T12、T12A——锉刀、绞刀、量具。 4、铸钢 表示方法：用力学性能表示 ZG200-400（σs≥200Mpa，σb≥400Mpa） 用化学成分表示 ZG30（0.3%C） 用于制作形状复杂且强度和韧性要求较高的零件，如轧钢机架、缸体、制动 轮、曲轴等