机械制造基础第2版 孙学强 主编 第四章 铁碳合金新.ppt

机械制造基础 第四章 碳的质量分数大于2.11％的白口铸铁，因组织中存在大量的渗碳体，既硬又脆，难以切削加工，故在工业中应用较少。 四、Fe —Fe3C相图的应用 (一) 作为选用钢铁材料的依据 1、各种型钢及桥梁、车辆、船舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接性能好的材料，故应选用碳含量较低的钢材； 2、机器零件需要强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，应选用碳含量适中的钢；各类工具、刃具、量具、模具要求硬度高、耐磨性好的材料，则可选用碳含量较高的钢。 3、纯铁的强度低，不宜用作工程材料，常用的是它的合金。 机械制造基础 第四章 4、白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、形状复杂的工件，如轧辊、球磨机的磨球、犁铧、拔丝模等。 (二) 在铸造生产上的应用 根据Fe—Fe3C相图的液相线，可以找出不同成分的铁碳合金的熔点，从而确定合金的熔化浇注温度 (温度一般在液相线以上50～100℃) 。靠近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低，而且结晶温度区间也较小，故具有良好的铸造性能。因此生产上总是将铸铁的成分选在共晶成分附近。 (三) 在锻压工艺方面的应用 根据Fe—Fe3C相图可以选择钢材的锻造或热轧温度范围。通常锻、轧温度选在单相奥氏体区内，这是因为钢处于奥氏体状态时，强度较低，塑性较好，便于成形加工。 机械制造基础 第四章 始锻 (或始轧) 温度控制在固相线以下100～200℃范围内，温度不宜太高，以免钢材氧化严重； 终锻 (或终轧) 温度取决于钢材成分，一般亚共析钢控制在稍高于GS线，过共析钢控制在稍高于PSK线，温度不能太低，以免钢材塑性变差，导致产生裂纹。 (四) 在热处理方面的应用 Fc—Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。各种热处理工艺的加热温度都是依据Fe—Fe3C相图选定的。 Fe—Fe3C相图的局限性： 1、Fe—Fe3C相图不能说明快速加热或冷却时铁碳合金组织的变化规律； 2、通常使用的铁碳合金中，除含有Fe、C两种元素外，尚有其它多种杂质或合金元素，这些都会对Fe—Fe3C相图产生影响，故应予以考虑。 机械制造基础 第四章 第三节 碳 素 钢 碳素钢(简称碳钢)是ωc 2.11％而且以碳为主要合金元素的铁碳合金。 一、常存杂质元素对碳钢性能的影响 (一) 锰的影响 锰是炼钢时加入锰铁脱氧而残留在钢中的。锰的脱氧能力较好，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性；锰还能与硫形成MnS，以减轻硫的有害作用。所以锰是一种有益元素。 (二) 硅的影响 硅的脱氧能力比锰强，在室温下硅能溶人铁素体，提高钢的强度和硬度。因此，硅也是有益元素。作为杂质存在时，其含量小于0.4％，对钢的性能影响不大。 机械制造基础 第四章 (三) 硫的影响 硫在钢中与铁形成化合物FeS，FeS与铁则形成低熔点(985℃) 的共晶体分布在奥氏体晶界上。当钢材加热到1100～1200℃进行锻压加工时，晶界上的共晶体已熔化，造成钢材在锻压加工过程中开裂，这种现象称为“热脆”，因此，硫是有害元素。 硫的含量 一般应严格控制在0.03％ ～0.05％以下。 钢中加入锰，可以形成高熔点(1620℃)的MnS，MnS呈粒状分布在晶粒内，且在高温下有—定塑性，从而避免热脆。 (四) 磷的影响 磷可全部溶于铁素体，产生强烈的固溶强化，使钢的强度、硬度增加，但塑性韧性显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为“冷脆”。磷在结晶时还容易偏析，从而在局部发生冷脆。因此，磷也是有害元素，其含量 必须严格控制在0.035％～0.045％以下。 机械制造基础 第四章 第四章 铁碳合金 教 学 要 求 主 要 内 容 本 章 重 点 本 章 小 结 习 题 机械制造基础 第四章 教 学 要 求 通过学习，学生应了解铁碳合金的基本相； 熟记铁碳合金相图，包括相图中主要的点、线、区。 了解典型铁碳合金的结晶过程，了解铁碳合金的成分、组织和性能的变化规律，并具有基本的分析和应用能力