铁碳合金及碳素钢.ppt

铁碳合金及碳素钢 纯铁的同素异构转变过程 ①碳原子固溶到α-Fe中形成的间隙固溶体，用“F”表示。 2、奥氏体 1）碳原子固溶到γ-Fe中形成的间隙固溶体，用“A”表示； 2）是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。 3）奥氏体强度不高，塑性很好。组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。 3、渗碳体 1）铁与碳形成的间隙化合物，含碳量6.69%，用Fe3C表示； 2）渗碳体具有高硬度、高脆性、低强度和低塑性。 1）共析转变：恒温下，一种固相同时析出两种不同成分固相的机械混合物（共析体）。 1）、高温莱氏体（Ld） 图4-1 简化铁碳合金相图 （四）铁碳合金的分类 1、工业纯铁 Wc≤0.0218% 2、碳素钢 0.0218%＜ Wc≤2.11% 1）共析钢 Wc=0.77% 2）亚共析钢 0.0218%＜ Wc＜0.77% 3）过共析钢 0.77%＜ Wc≤2.11% 3、白口铸铁 2.11% ＜ Wc ＜6.69% 1）共晶白口铸铁 Wc=4.3% 2）亚共晶白口铸铁 2.11%＜ Wc＜4.3% 3）过共晶白口铸铁 4.3%＜ Wc ＜6.69% 二、典型铁碳合金的结晶过程 图4-2简化的Fe-Fe3C相图 2. 亚共析钢(0.0218%-0.77%)的结晶过程分析 (3)过共析钢（0.77%C-2.11%C）的结晶过程分析 (4) 共晶白口铸铁（4.3%）结晶过程分析 亚共晶白口铸铁：室温组织为Ld’+ P+Fe3CⅡ ； L→L+A→Ld+A+Fe3CⅡ→Ld+P+Fe3CⅡ 过共晶白口铸铁：室温组织为Ld’+ Fe3CⅠ ； L → Ld(A+Fe3C) + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C 随着含碳量的增加，铁碳合金的室温组织变化是： F F+P P P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+Ld′ Ld′ Ld′+Fe3CⅠ Fe3C （1）ωC1.0%时，随着含碳量的增加,钢的强度、硬度呈直线上升，塑性和韧性快速下降。 （2）ωC＞1.0%时，因网状渗碳体的存在，不仅塑性和韧性进一步下降，而且强度明显下降，硬度仍升高。 （3）ωC=1.0%时，此时为共晶白口铸铁，组织中存在大量的渗碳体，性能硬而脆，难以切削加工，一般以铸态使用。 （4）钢的推荐ωC，为了保证工业上使用的钢具有足够的强度，并且具有一定的塑性和韧性，钢的ωC一般为0.3%-1.5%。 在铸造方面的应用 1）确定合理的浇注温度 铸件的合理浇注温度一般选在液相线以上50~100℃ ； 2）铸铁件的化学成分多选在共晶点附近，此成分的铁碳合金结晶温度区间较小，流动性好、分散缩孔少。 3）铸钢件的碳含量规定在0.15%～0.6%之间，在该范围内钢的结晶温度区间较小，铸造性能较好。 （三）生产实践中使用Fe-Fe3C相图应注意的问题 （1）Fe--Fe3C相图中只有铁和碳两种元素。生产实践中使用的铁碳合金，除含铁、碳两元素外，尚有其他多种杂质或合金元素，这些元素对相图将有所影响，应予以考虑。 （2）Fe—Fe3C相图虽然表示了铁碳合金在不同温度下的组织状态，但要特别注意，这种组织是以极缓慢冷却速度冷却得到的平衡组织，而实际生产中，冷却速度不可能如此缓慢，在冷却速度较大时，合金的临界点及其冷却后的组织都将与上述相图中所表示的不同。 碳素工具钢牌号 (6) 过共晶白口铸铁结晶过程分析 图4-2中的Ⅶ为合金的成分垂直线。 ①点温度以上的为液态，冷却到（稍低于） ①点温度时，开始结晶出一次渗碳体（Fe3CⅠ）。随着温度的下降，一次渗碳体（Fe3CⅠ）的量不断增多，剩余的液相不断减少，含碳量沿着DC线不断减少。当温度冷却到②点（1148℃），剩余液相含碳量达到4.30%，发生共晶转变，形成共晶莱氏体Ld（A+Fe3C）.在共晶转变结束时，合金的组织为一次渗碳体和共晶莱氏体。 随着温度的继续降低，一次渗碳体不变，莱氏体中的共晶奥氏体成分沿着ES线变化，含碳量不断减少，并且不断析出二次渗碳体。合并到共晶渗碳体基体中，无法分辨。当温度降到稍低于③点（727℃）时，共晶莱氏体中的共晶奥氏体的含碳量达到0.77%,发生共析转变，形成珠光体，此时的共晶莱氏体称为低温莱氏体。继续冷却到室温，组织几乎不发生变化，所以，过共晶白口铁的室温组织为一次渗碳体和低温莱氏体。 三、铁碳合金的成分-平衡组织-性能之间的关系 （一）含碳量与平衡组织间的关系 根据铁碳相图可知，随着含碳量的不断增加，碳存在的形式、形态也随之发 生变化。