第五章 铁碳合金Word下载.docx
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力学性能
σb
HB
ψ
ak
铁素体
α或F
C在α-Fe中的间隙固溶
体
0.0218
(727︒C)
↓
↑
奥氏体
γ或A
C在γ-Fe中的间隙固溶
2.11
(1148︒C)
渗碳体
Fe3C或
Cm
C与Fe的间隙化合物
6.69
珠光体
P
α与Fe3C的机械混合物
0.77
莱氏体
Ld
γ+Fe3C的机械混合物
4.3
Ld′
P+Fe3CⅡ+Fe3C的机
械混合物
F
Fe3C
γ
PFe3C
5
Fe-Fe3C相图分析
∵碳在铁中的含量超过溶解度后剩余的碳可以
有两种形式存在,即以渗碳体Fe3C和石墨碳
的形式存在。
∴铁碳合金有两种相图,即Fe-C和Fe-Fe3C相图。
在通常情况下,铁碳合金是按Fe-Fe3C系进行
转变的。
一、相图分析
点、线、区分析
6
绘制相图
A1538︒C
δ
H
B
1495︒C
L
J
N1394︒C
D
G912︒C
α
S
E
C
727︒C
1148︒C
K
Q
Fe0
C,wt%
6.69Fe3C
7
Temperature(︒C)
相图分析:
点
A
1538︒C
N
1394︒C
G
912︒C
8
区
单相区5个:
δ、γ、
α、L、
HJ
L+δ
B1495︒C
两相区7个:
L+δ、
L+γ、
L+Fe3C、
γ+δ、
γ+α、
γ+Fe3C、
α+Fe3C
γ+δ
P0.77
γ+α
L+γ
E4.3
L+Fe3C
三相区3个:
三条水平线
Fe
9
γ+Fe3C
线
1、水平线(3条)
HJB--包晶转变线:
1495︒C
包晶转变(HJB水平线)
ECF--共晶转变线:
1148︒C
共晶转变(ECF水平线)
10
LB+δH←−−→γJ
LC←−−→(γE+Fe3C)
PSK--共析转变线:
727︒C
共析转变(PSK水平线)
11
α+γ
2、特征曲线(3条斜线)
●
GS线(又称A3线):
冷却时,从γ析出α的开始线或加热
时,α溶入γ中的终了线。
ES线(又称Acm线):
C在γ中的溶解度曲线。
冷却时,从
γ析出Fe3CⅡ的开始线或加热时,Fe3CⅡ溶入γ中的终了线。
●PQ线:
C在α中的溶解度曲线。
冷却时,从α析出Fe3CⅢ
的开始线或加热时,Fe3CⅢ溶入α中的终了线。
α+γ
12
二次渗碳体
三次渗碳体
一次渗碳体
13
二、相图组织组成物标注
1、用相组成物标注
室温时均由F+Fe3C两相组成
2、用组织组成物标注
14
用相组成物标注
δH
δ+γ
α+γ
15
用组织组成物标注
L+Fe3CⅠ
γ+Fe3CⅡ
γ+Ld+Fe3CⅡLd
Ld+Fe3CⅠ
P+α
P+Fe3CⅡP+Ld'
+Fe3C
ⅡLd'
Ld'
+Fe3CⅠ
α+Fe3CⅢ
2007-05-1216
第三节铁碳合金的平衡结晶过程及组织
一、铁碳合金的分类
17
含碳量
(Wc%)
工业纯铁(P以左)
﹤0.0218
钢
P(0.02C%)~
E(2.11C%)
亚共析钢(PS之间)
0.0218~
共析钢(S)
过共析钢(PS之间)
0.77~2.11
白口铁
E(2.11C%)~
K(6.69C%)
亚共晶白口铁(EC之间)
2.11~4.3
共晶白口铁(C)
过共晶白口铁(CK之间)
4.3~6.69
二、典型合金的平衡结晶过程分析
(1)工业纯铁
L→L+δ→δ+γ→γ→γ+α→α
→α+Fe3CⅢ
(2)亚共析钢
L→L+γ→γ→γ+α→α+P
(α+Fe3C)
(3)共析钢
L→L+γ→γ→P(α+Fe3C)
(4)过共析钢
L→L+γ→γ→γ+Fe3CⅡ→P+
Fe3C(α+Fe3C)
(5)亚共晶白口铁
(6)共晶白口铁
(7)过共晶白口铁
18
工业纯铁的结晶过程
1B
P4
WP为0.01%的工业纯铁结晶过程示意图
Fe3CⅢ
F+少量Fe3CⅢ
工业纯铁室温平衡状态显微组织(500×
)
19
亚共析钢的结晶过程
亚共析钢结晶过程示意图
L→…→γ→α+γ→P(α+Fe3C)+α
0.6%C
0.2%C
亚共析钢的室温平衡组织(α+P)
20
共析钢的结晶过程
共析钢结晶过程示意图
21
过共析钢的结晶过程
1以上
1-2
2-3
3-4
Fe3CП
4以下
0.774
过共析钢结晶过程示意图
L→L+γ→γ→γ+Fe3CⅡ→
P(α+Fe3C)+Fe3CⅡ
22
共晶白口铁的结晶过程
共晶白口铁结晶过程示意图
共晶白口铁结晶过程
23
亚共晶白口铁的结晶过程
亚共晶白口铁结晶过程示意图
亚共晶白口铁结晶过程
24
杠杆定律的应用
1.典型合金室温下的组织组成物和相组成物的计算
(1)0.4%C钢
●组织组成物(α+P)
=⨯100%=49.5%
PS0.77-0.0218
WP=1-49.5%=50.5%
●相组成物(α+Fe3C)
W∂=
k-0.4
Pk
=
6.69-0.4
6.69-0.0218
⨯100%=94.3%
W
Fe3C=
1-94.3%=5.7%
25
S-0.40.77-0.4
(2)1.0%C钢:
●组织组成物(P+Fe3CⅡ)
WP=
K-1
KS
6.69-1
6.69-0.77
⨯100%=96.1%
WFe3CⅡ=1-96.1%=3.9%
●相组成物(α+Fe3C)
k-0.4
6.69-1.0
⨯100%=85.3%
WFe3C=1-85.3%=14.7%
26
2.几种Fe3C量的计算
(1)
Fe3C共析
PS
PK
0.77-0.0218
⨯100%=11.22%
(Wα=1-11.22%=88.78%)
(2)
Fe3C共晶
EC
EF
4.3-2.11
6.69-2.11
100%47.8%
(WγE=1-47.8%=52.2%)
27
(3)
Fe3C∏max=
SE
SK
2.11-0.77
⨯100%=22.6%
(4)
Fe3CIIImax=
0.0218
⨯100%=0.33%
28
含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
一、含碳量对平衡组织的影响
随着含碳量的增加,铁碳合金的组织发生如下变化:
α+Fe3CⅢ→α+P→P→P+Fe3CⅡ
(工业纯铁)
(亚共析钢)(共析钢)(过共析钢)
→P+Fe3CⅡ+Ld’→
Ld’
→
Ld’+Fe3CⅠ
(亚共晶白口铁)
(共晶白口铁)(过共晶白口铁)
29
含碳量对平衡组织的影响
铁碳合金的含碳量与组织的关系
●C%↑,Fe3C%↑
●Fe3C的分布及形态:
随C%↑
Fe3CⅢ(α晶界上)→P(α基体上)→Fe3CⅡ网状(原γ晶
界上)→Ld’(基体)→Fe3CⅠ(长条状)
30
二、含碳量对力学性能的影响
1.钢
C%↑,Fe3C%↑,σb↑*,
HB↑,ψ↓,ak↓。
*σb出现极大值,原因:
∵C%↑,P↑,σb↑;
但Fe3CⅡ
呈网状,连成网后,脆断,σb↓。
∴钢的含碳量一般﹤1.3%。
2.白口铁
Fe3C%↑,作基体,HB↑,
ψ↓,ak↓,脆,应用不广泛。
含碳量对钢性能的影响
31
三、含碳量对工艺性能的影响
1.切削加工性
硬度一般在HB170~250时较好。
含碳量:
低碳钢:
α↑,易粘刀;
高碳钢:
Fe3C↑,HB↑;
中碳钢:
α与Fe3C比例适当,切削加工性较好;
导热性:
γ导热性↓(刀具易发热),加工硬化率↑,
切削加工性↓。
2.可锻性:
C%↓,γ状态下,可锻性↑;
白口铁不可锻。
3.铸造性:
视其相图形状。
32
铁碳相图的应用
1.为选材提供成分依据;
2.为制订热加工工艺提供依据;
3.使用时的局限性:
(1)不说明非平衡组织及变化;
(2)不反映相变机理及动力学—即不反映相变的阶段和时间;
(3)只表示极纯的铁碳合金,不反映合金钢的情况。
33
一、常存杂质及其影响
Mn、Si、S、P
Mn和Si:
作为脱氧剂而加入,都溶于铁素体,有固溶强
化作用。
Mn还能降低S的有害(热脆)作用。
合理含量范围是有益元素。
S:
S+Fe→FeS,FeS-Fe形成共晶体,熔点:
9880C,锻造
时晶界熔化—热脆﹗
有Mn时,Mn优先与S→MnS,熔点:
16200C。
P:
溶于铁素体,固溶强化↑↑,韧性↓↓,尤以低温时
为甚—冷脆﹗
34
二、碳钢的分类
碳钢的分类方法很多,比较常用的有以下三种:
1.按含碳量分:
●低碳钢:
C%﹤0.25%;
●中碳钢:
C%=0.25~0.60%;
●高碳钢:
C%﹥0.60%。
2.按质量(S、P的含量)分:
●普通碳素钢:
WS≤0.035%,WP≤0.035%;
●优质碳素钢:
WS≤0.030%,WP≤0.030%;
●高级优质碳素钢:
WS≤0.020%,WP≤0.030%。
35
3.按用途分:
碳素结构钢:
制造工程构件(如桥梁、船舶、建筑构件等)
及机器零件(如齿轮、轴、连杆、螺钉等);
●碳素工具钢:
制造各种刃具、量具、模具等,一般为高碳
钢,在质量上都是优质钢或高级优质钢。
36
(1)普通碳素结构钢
牌号:
屈服点“屈”字的汉语拼音字首“Q”、屈服点数值、
质量等级符号、脱氧方法等组成。
例:
Q235-A·
A、B、C、D-质量等级;
F-沸腾钢;
b-半镇静钢;
z-镇静钢;
Tz-特殊镇静钢。
(z和Tz可省略)
特点及作用:
●焊接性能好
●热轧供应状态下使用
●主要用于桥梁、建筑等工程构
件和要求不高的机器零件
角钢
37
(2)优质碳素结构钢
用两位数字表示平均含碳量的万分之几。
45钢为0.45%C
含Mn量较高(0.7-1.0%)时,须将“Mn”标出
如:
50Mn。
●主要用于制造机器零件
●需要经过热处理以提高力学性能
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- 第五章 铁碳合金 第五 合金