14 碳钢和铸铁.ppt

* * 1.4 碳钢和铸铁 钢和铸铁统称为铁碳合金 钢 ——含碳量为0.02％～2.0％ 铸铁——含碳量大于2.0％ 纯铁——含碳量小于0.02％ 1.4.1 铁碳合金的组织与结构 1、金属的组织与结构 晶体：原子按一定规律排列很整齐 非晶体：原子排列杂乱无章 铁碳合金内部的区别，用金相显微镜来观察： 组织—金属的晶粒 结构—金属原子的排列 金属内部的组织和结构不同，金属材料的性能也不同。 1.4 碳钢和铸铁 铁原子在空间排列的方式： 面心立方晶格——八个原子构成立方体，在立方体的每一面的中心还有一个原子，塑性好。 体心立方晶格——在立方体的体积中心还有一个原子，强度高。 密排六方晶格——由12个原子构成简单六方体，且在上下两个六方面的中心各有一个原子，在上、下两个六方面的中间还有三个原子。 1.4 碳钢和铸铁 2、纯铁的同素异构转变 工业纯铁含0.10％～0.20％的杂质，凝固点1538℃ 同素异构转变：在固态下晶体结构随温度发生变化的现象。 面心立方晶格 910℃～1390℃ 塑性好 体心立方晶格 910℃以下 强度好 1.4 碳钢和铸铁 3、铁与碳的相互关系和碳钢的基本组织 在铁中加入少了量碳，组成铁碳合金，可获得适于工业上应用的各种优良性能。碳在铁中以固溶体、化合物和混合物的形式存在，可以形成以下几种基本组织： 1）铁素体F 2）奥氏体A 3）渗碳体C 4）珠光体P 5）莱氏体L 6）马氏体M 1.4 碳钢和铸铁 1.4.2 铁碳合金状态图 描述铁碳合金内部组织、成分与温度关系的图。纵坐标表示温度，横坐标表示含碳量的质量百分数。图1-12 1、碳钢在常温下的组织 C2.1% 钢---亚共析钢C 0.77% 共析钢C=0.77% 过共析钢2.1% C 0.77%。 C2.1% 铸铁---亚共晶白口铁4.3%C2.1% 共晶白口铁 C =4.3% 过共晶白口铁6.69%C4.3% 1.4 碳钢和铸铁 1.4 碳钢和铸铁 2、临界点及其意义 1）主要点 碳在α－Fe中的最大溶解度点 0.0218 727℃ P 共析点，共析反应 0.77 727℃ S 纯铁的同素异构转变点 0 912℃ G 碳在γ－Fe中的最大溶解度点 2.11 1148℃ E 渗碳体的熔点 6.69 1227℃ D 共晶点，共晶反应 4.3 1148℃ C 纯铁熔点 0 1538℃ A 意 义 含碳量（%） 温 度 点 1.4 碳钢和铸铁 2、主要线 ACD ------液相线 AECF----固相线 GS（A3）----F、A互相转变线 ES（Acm）----碳在A中的溶解度曲线 ECF----共晶转变线，形成了奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称莱氏体L。发生于2.11%＜C＜ 6.69%的铁碳合金中。 PSK（A1）----共析转变线，冷却时奥氏体转变为珠光体，C＞0.02%。 初次渗碳体C----从液体中直接结晶出来的。 二次渗碳体C----从A中沿晶界析出的渗碳体C。 1.4 碳钢和铸铁 3、分析共析钢的组织变化-----室温组织为珠光体，呈片状。 分析共析钢0.77%的组织变化： 在1600℃时是液态，冷却到1点时，开始从液体中结晶出奥氏体，从1冷却到2点，液体全部结晶为奥氏体，此时合金全部由单一的奥氏体晶粒组成，继续冷却至S点时，奥氏体发生共析转变，析出珠光体，转变结束后，奥氏体全部转变为珠光体，温度继续下降，珠光体不再发生变化，所以共析钢在室温时的组织是珠光体，呈片状。 1.4 碳钢和铸铁 通过分析可知，碳钢的组织主要取决于含碳量的多少。珠光体增加，强度、硬度增加，塑性、韧性降低；当网状渗碳体增加时，强度略有降低。见图1-13。 1.4 碳钢和铸铁 1.4.3 碳钢 1、碳钢中杂质对性能的影响 1）锰---强化F的作用，有益元素。 2）硅---溶于F的硅，可提高强度、硬度，有益元素。 3）硫---形成低熔点的化合物，具有热脆性。 4）磷---塑性、韧性降低，产生冷脆性。 5）氧---降低力学性能。 6）氮---过量时产生“时效”现象。硬度、强度提高，塑性降低。 7）氢---白点—裂纹源。 1.4 碳钢和铸铁 2、碳钢的分类和牌号 1）普通碳素钢 Q235-A 2）优质碳素钢 20、15 3）高级优质碳素钢 20A