第四章铁碳合金相图.docx
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第四章铁碳合金相图
第四章铁碳合金相图
目的:
通过掌握Fe—Fe3C相图的知识,为后续学习打下理论基础,为解决铁碳合金的选材、热加工工艺等问题提供理论依据;掌握碳钢的分类、牌号、性能和应用,为正确合理地使用碳钢奠定基础。
要求:
1.掌握铁碳合金的基本相和组织,了解合金成分—组织—性能—用途之间的关系。
2.熟练地掌握Fe—Fe3C相图:
(1)能默写出Fe—Fe3C相图,正确地填写各临界点的代号、成分和温度。
掌握各临界点和线的物理意义,并能填写各相区的相组成物和组织组成物。
(2)能正确地分析各典型成分铁碳合金的平衡结晶过程,了解在冷却过程中各相成分的变化规律。
能初步应用杠杆定律计算在一定温度下平衡相及组织的相对含量。
(3)初步了解Fe—Fe3C相图的应用及局限性。
3.掌握碳钢的分类、编号、性能和应用。
重点:
Fe—Fe3C相图和典型合金的平衡结晶过程,特别是钢的部分。
难点:
包晶、共晶和共析转变,结晶过程中各相成分的变化规律,平衡相及组织的相对含量计算。
§4-1铁碳合金的基本组织与性能
一、工业纯铁
工业纯铁:
0.10~0.20%杂质,熔点为1538℃。
具有同素异构转变特性。
工业纯铁的机械性能:
强度、硬度低,塑性、韧性好。
770℃为磁性转变温度。
工业纯铁的应用:
深冲用铁、低电阻通讯线、电工用纯铁。
二、铁碳合金中的基本相结构、组织及其性能
1、铁素体(F、a):
铁素体:
碳原子溶入到a-Fe的间隙中所形成的间隙固溶体。
晶格类型为体心立方晶格,C的最大溶解度为0.0218%(727℃时),室温下溶解度为0.008%。
性能:
强度、硬度低,塑性、韧性好,耐蚀性好。
2、奥氏体(A、γ):
奥氏体:
碳原子溶入到γ-Fe的间隙中所形成的间隙固溶体。
晶格类型为面心立方晶格,C的最大溶解度为2.11%(1148℃时)。
性能:
强度、硬度低,塑性好,易于锻压成型。
3、渗碳体(Fe3C、Cm):
渗碳体:
铁和碳形成的一种具有复杂晶格结构的金属间化合物。
含碳量为6.69%。
性能:
硬度高,塑性、韧性趋于0,脆性极大。
渗碳体合理分布可提高合金的强度、硬度等性能。
4、珠光体(P):
珠光体:
铁素体和渗碳体的两相片层状机械混合物。
性能介于F和Fe3C之间。
5、莱氏体(Ld):
莱氏体:
奥氏体和渗碳体的两相机械混合物。
§4-2铁碳合金相图
一、铁碳合金相图分析
1、组元:
Fe、Fe3C
2、点:
(温度、成分、意义)
3、线:
ACD——液相线;
AECF——固相线
4、重要特性线:
平行线:
1)ECF:
共晶反应线,1148℃,
,生成莱氏体(Ld),含碳量在2.11~6.69%间的Fe-C合金会发生共晶反应。
2)PSK:
共析反应线,A1线,727℃,
,生成P,含碳量在0.0218~6.69%间的Fe-C合金会发生共析反应。
曲线:
1)ES线:
Acm线,碳在A中的固溶线,1148℃时最大,为2.11%C,727℃时最小,为0.77%C。
含碳量大于0.77%的Fe-C合金从1148℃→727℃时,从A中沿A晶界析出Fe3CⅡ。
从液相中结晶出的Fe3C称为Fe3CⅠ。
2)PQ线:
碳在F中的固溶线,727℃时最大,为0.0218%C,0℃时最小,为0.0008%C。
含碳量大于0.0218%的Fe-C合金从727℃→0℃时,从F中或沿F晶界析出Fe3CⅢ。
Fe3CⅠ、Fe3CⅡ和Fe3CⅢ仅在来源和分布方面有所不同,并无本质区别,它们的含碳量、晶格类型、本身性能均相同。
Fe-Fe3C相图
5、Fe-C合金分类
按含碳量和组织不同,铁碳合金相图上的各种合金分为三类:
1)工业纯铁:
含碳量小于0.0218%Fe-C合金
2)钢:
含碳量在0.0218%~2.11%间的Fe-C合金,包括亚共析钢(0.0218~0.77)、共析钢(0.77)、过共析钢(0.77~2.11)
3)白口铸铁:
含碳量在2.11%~6.69%间的Fe-C合金,包括亚共晶白口铸铁(2.11~4.30%)、共晶白口铸铁(4.30%),过共晶白口铸铁(4.30~6.69%)
二、典型合金结晶过程分析
1、共析钢(Ⅰ)
2、亚共析钢(Ⅱ)
3、过共析钢(Ⅲ)
4、共晶白口铸铁(Ⅳ)
5、亚共晶白口铸铁(Ⅴ)
6、过共晶白口铸铁(Ⅵ)
三、含碳量与铁碳合金机械性能的关系
1、含碳量与铁碳合金平衡相组成物和组织组成物的关系
铁碳合金的成分与相和组织的关系
2、含碳量对铁碳合金机械性能的影响
四、铁碳合金相图的应用
铁碳合金的成分与机械性能的关系
1、选材:
性能→组织→成分→材料
2、铸造:
确定合理浇注温度,断定铸造性能,制定铸造工艺
3、锻造:
选择适当温度范围进行锻造
4、热处理:
选择合理的加热温度
§4-3碳素钢
一、钢中杂质元素对钢性能的影响
1、Mn(锰)
溶入F中——固溶强化;与S形成MnS,减轻S的有害作用;有益元素,含量<0.8%。
2、Si(硅)
溶入F中——固溶强化;有益元素,含量<0.35%。
3、S(硫)
有害杂质,以FeS形式存在,与Fe形成低熔点(985℃)共晶体(FeS+Fe),分布于晶界处,而钢进行热加工的开始温度一般为1150~1250℃,此时分布在晶界上的共晶体处于熔化状态而导致钢开裂——热脆;因此必须严格控制S含量,Mn与S形成高熔点(1620℃)的MnS,呈粒状分布于晶粒内,避免了热脆。
4、P(磷)
有害杂质,溶入F中,室温下使钢的塑性、韧性急剧下降,脆韧转变温度升高——冷脆。
5、氧、氮、氢
二、碳素钢的分类、钢号和主要用途
(一)碳素钢的分类
1、按钢中含碳量分类
2、按钢的冶金质量分类
3、按钢的用途分类
4、按炼钢时的脱氧程度分类
(二)、钢的编号
1、普通碳素结构钢
Q×××-质量等级符号、脱氧方法符号
↓
↓
↓
↓
屈服强度
屈服强度数值(MPa)
A、B、C、D
————→
质量依次提高
F、b、Z、TZ
2、铸钢
ZG×××-×××
↓
↓
↓
铸钢
屈服强度数值(MPa)
抗拉强度数值(MPa)
ZG××
↓
↓
铸钢
平均含碳量
(以万分之一为单位)
3、优质碳素结构钢
以钢的含碳量的万分数值命名。
4、碳素工具钢
以标志符号“T”加上钢的含碳量的千分数值命名。
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