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第四章 铁碳合金 第一节 铁碳合金系相图 一、组元的特性 二、铁碳合金中的基本相 三、铁碳合金三相平衡转变 四、Fe－Fe3C合金相图 四、Fe－Fe3C合金相图 四、Fe－Fe3C合金相图 第二节 铁碳合金平衡冷却分析 二、共析钢(C%≈0.77%) 二、共析钢(C%≈0.77%) 三、亚共析钢(C%=0.02~0.77%) 三、亚共析钢(C%=0.02~0.77%) 四、过共析钢(C%=0.77~2.11%) 四、过共析钢(C%=0.77~2.11%) 五、共晶白口铁(C%≈4.3%) 五、共晶白口铁(C%≈4.3%) 六、亚共晶白口铁(C%=2.11~4.3%) 六、亚共晶白口铁(C%=2.11~4.3%) 七、过共晶白口铁(C%=4.3~6.69%) 七、过共晶白口铁(C%=4.3~6.69%) 第三节 碳对铁碳合金的影响 一、碳对室温平衡组织的影响 一、碳对室温平衡组织的影响 二、碳对力学性能的影响 第四节 碳钢 二、钢的冶炼过程对性能的影响 二、钢的冶炼过程对性能的影响 三、碳钢的分类 四、普通碳素结构钢 五、优质碳素结构钢 六、碳素工具钢 第五节 铸铁 一、 铁碳合金的石墨化 一、 铁碳合金的石墨化 一、 铁碳合金的石墨化 一、 铁碳合金的石墨化 二、灰口铸铁 二、灰口铸铁 三、球墨铸铁 三、球墨铸铁 四、可锻铸铁 四、可锻铸铁 五、 其他铸铁 第四节 碳钢 牌号 T8、(T9)、T10、T10A、(T11)、T12、T12A、T13 T的表示为“碳工钢”，数字为钢的含碳量(千分之几)。后缀A为低杂质的优质钢 特点：钢厂出厂状态为热轧制后进行球化退火，组织为颗粒状的碳化物＋球化珠光体，可以直接进行机械加工。 性能标准参阅GB1298－86 用途：碳素工具钢经过热处理(淬火＋低温回火)后具有高的硬度，用来制造尺寸较小、简单量具，低速加工用的刃具和模具，如具锯、手工工具、木工工具、简单的冲压模具等。 引言 从铁碳平衡相图已知，含碳量大于2.11％的铁碳合金称为铸铁。工业上常用的铸铁成分范围通常为：C:2.5~4.0% Si:1.0~3.0% Mn:0.5~1.4% S:0.02~0.20% P:0.01~0.50%。有时为了改善其性能，加入一定量的合金元素Cr、Mo、V、Cu、Al等，总的来说与钢相比，含碳和硅的量较大，杂质元素比钢也多。 碳以石墨G的形式存在，可以与Fe构成平衡状态。 第五节 铸铁 1.热力学原理 从热力学可知，碳以石墨状存在比在渗碳体中处在更低的能量状态。 Fe3C Fe(C)＋G 转变是自发过程，尽管在许多情况下，铁碳合金中的碳以渗碳体出现，这仅仅是动力学原因导致，在条件适合时生成渗碳体的转变过程中碳将析出生成石墨，有时已经生成的渗碳体会分解而生成石墨。 石墨化是指铸铁在冷却的过程中，当碳处于过饱和时，碳原子析出形成石墨的过程。 2.石墨化过程 在共晶温度1154℃以上温度发生的石墨化。仅在过共晶材料中，从液体相中过饱和碳析出的石墨将漂浮在液体之上，不会进入铸铁材料的组织中。并且工程中不应用过共晶铸铁，所以通常讨论的石墨化有以下三各阶段。 第五节 铸铁 第一阶段 高温石墨化，发生在1154℃ 共晶转变时石墨的形成，LC AE’＋G。得到的组织为(奥氏体＋石墨)的共晶体，这个石墨也称为共晶石墨。 第二阶段 中间石墨化，发生在1154～738℃之间 奥氏体随温度在下降，对碳的溶解度也下降，这时过饱和的碳以石墨的方式析出，奥氏体的成分沿E’S’变化，析出的石墨也称为二次石墨GII。 第三阶段 低温石墨化，发生在738℃ 共析转变时石墨的形成，AS Pp＋G。得到的组织为(铁素体＋石墨)，这时析出石墨难以形核，往往在前两阶段出现的石墨基础上长大 。 工程实际中这三个阶段有时可能发生，有时只能发生部分转变。 2.石墨化过程 第五节 铸铁 3.影响石墨化的主要因素 石墨化程度 冷却速度越缓慢，石墨化的效果越强。而快速冷却时，难聚集100%形成石墨，聚集到6.69%以Fe3C方式析出。 在高温下，渗碳体易发生石墨化分解。温度越高，保温时间越长，转变就越强烈。低于550℃难以生成石墨。 合金元素的作用，C、Si、Al、Cu、Ni、Co将促进石墨的形成，Cr、W、Mo、V、Mn能和碳形成碳化物，阻碍石墨化。 对形成石墨形状的影响 在一般的冷却条件下，从液体中析出长大的石墨为片状。冷却速度越大，石墨片越细小。 变质处理，在浇铸前向铸铁中加少量的孕育剂，可以促进石墨的形核，对渗碳体的析出有阻碍作用，析出的石墨可细化。 加入表