第4章铁碳合金讲述.ppt

第四章 铁碳合金 钢铁是以铁、碳为基本组元的复杂合金。 铁与碳可以形成Fe3C 、Fe2C、 FeC等一系列化合物 第一节 铁碳合金的基本组织 1.纯铁 金属在固体下由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的变化称为同素异构转变。由同素异构转变所得的不同晶格类型的晶体称为同素异构体。 铁是典型的具有同素异构转变特性的金属。下图 ?b =180~230MPa， ? s =100~170MPa， ?=30~50%， 硬度为50~80HBS。 可见纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，有高的磁导率，一般作为电工材料用作铁芯。 3、铁素体（F或α） 铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室温时为0.0008%,几乎为零。其强度和硬度很低，塑性、韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒。 4、奥氏体（A或γ） 奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶碳量较高，1148℃时2.11%；727℃时为0.77%。其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。 6.莱氏体（Ld或Ld） 莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。是在1148℃恒温下发生共晶转变的产物，平均碳含量4.3%。 第二节 相图分析 §2 铁碳合金相图分析 共析钢 平衡结晶过程分析： 亚共析钢 平衡结晶过程分析： 两相平衡时杠杆定律应用 室温组织组成物：P、F 过共析钢 平衡结晶过程分析 杠杆定律应用 室温组织组成物：P、Fe3CⅡ 铁碳合金组织特征 (a) 0.01%C铁素体500× 共晶铸铁室温时相和组织组成物的相对含量 相组成物： 亚共晶铸铁平衡结晶过程分析 室温下亚共晶铸铁相和组织组成物的相对含量 相组成物的计算（含碳量3.0） 组织组成物的计算P+Fe3CⅡ+Ld′ 室温下过共晶铸铁相和组织组成物的相对含量 含碳量5.0。相组成物含量 五种渗碳体 Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、Fe3C共晶（莱氏体中的渗碳体）、Fe3C共析（珠光体中的渗碳体）， §3 铁碳合金的成分、组织与性能间的关系 一、碳的质量分数对平衡组织的影响 随着含碳量的增加，铁碳合金的室温组织变化顺序为: 在铁碳合金中，渗碳体一般可看作是一种强化相。 基体是铁素体，随着渗碳体数量的增加，其强度和硬度升高，而塑性与韧性相应降低。当 纯铁：塑性好、韧性很好，而强度和硬度很低。 亚共析碳钢：随着碳的质量分数的增加，钢的强度和硬度呈直线上升，而塑性、韧性不断下降。 过共析碳钢：当钢中WC0.9%时，脆性的二次渗碳体数量也相应增加，形成网状分布，使其脆性增加，不仅使钢的塑性、韧性进一步下降，而且强度也明显下降。 白口铸铁：特硬特脆，难以切削加工，因此很少应用。但它耐磨性好，铸造性能优良，适用于耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件。此外，还用作生产可锻铸铁的毛坯。 为选材提供成分依据 若零件要求塑性、韧性好，如建筑结构和容器等，应选用低碳钢（0.10~0.25%);若零件要求强度、塑性、韧性都较好，如轴等，应选用中碳钢（0.25~0.60%C);若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，应选用高碳钢（0.6~1.3%). 白铁具有很高的硬度和脆性，应用很少，但因其具有很高的抗磨损能力，可应用于少数耐磨而不受冲击的零件，如：轧辊和球磨机的铁球等。 §4 相图的实际应用 推测合金铸造性能 共晶成分的合金，其凝固温度间隔最小（为零），故流动性好，分散缩孔较小，有可能得到致密的铸件。 锻造中的应用 钢材的锻造或轧制应选择在具有单相奥氏体（强度低、塑性好）的温度范围内进行，才能有较好的塑性 。 焊接中的应用：焊接时在不同加热区域会获得不同的高温组织，随后的冷却也就可能出现不同组织与性能，这就需要在焊接后采用热处理方法加以改善。 切削加工中的应用：生产中最常用的办法之一是通过适当的热处理工艺，改变材料的金相组织，使材料的切削加工性得到改善，其依据也是铁碳相图。 §5 碳钢 钢中的元素 钢中除Fe、C两种基本的组成元素外， 杂质元素：因冶炼原因，钢中不可避免存在的 元素 合金元素：为提高钢的性能，冶炼时有目的加入钢中的元素。 都会对钢的组织和性能带来影响 一、杂质元素对钢性能的影响 常见杂质元素： Si 、Mn、 P 、S及非金属夹杂物及氢、氮、氧等气体。 S — 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂 )。 热脆:S不溶于Fe,形成FeS,Fe与FeS形成低熔点共晶体,分布于钢的A晶界