金属材料-碳钢.pdf

gold Death Mask of Tutankhamun 1 Imperial Palace Bronze Bronze casting from Chinese Imperial Palace collection. Dates back to 1100-1000 B.C. 2 第四章金属材料 金属材料是重要的工程材料。它包括纯金 属和以纯金属为基的合金。 一般把金属材料分为两大类：铁及铁基合 金和非铁合金。 铁和铁基合金包括纯铁、钢和铸铁。 非铁合金是指铁及铁基合金以外的所有金 属和合金，如铝、铜、钛、镁及其合金等。 3 第一节铁及铁基合金概述 一、纯铁 纯铁的熔点为1538℃，常温 下密度为7.87 g/cm3 ，具有铁磁 性。实际应用的纯铁含有少量杂 质，称为工业纯铁。工业纯铁强 度低、硬度低、塑性好，一般不 作为结构材料使用，主要利用其 铁磁性作为磁性材料使用。 4 纯铁常温晶体结构为体心立方，称为α铁( α-Fe) ； 912℃发生同素异构转变，912~1394℃具有面心立 方结构，称为γ铁 ( γ-Fe); 1394℃为体心立方，称为σ铁( σ-Fe) 。 面心立方 体心立方 5 二、碳钢 铁碳合金按碳的质量分数分为碳钢与铸铁[w(C) ＞2.11 ％]两类。 碳钢是指以铁和碳元素为主，含有少量锰、硅、硫、磷、氧、 氮等非特意加入元素的钢。碳是其中最主要的合金元素。 1. 碳在铁碳合金中的作用 在熔融态,碳可溶于液体铁中。 碳在α铁、γ铁和σ铁中均以间隙形式存在于固溶体中， 分别称为铁素体、奥氏体和σ固溶体 （或高温铁素体）。 碳还可以与铁一起形成化合物Fe3C，称为渗碳体。 铁碳合金中碳还可能以石墨片、球或团絮的形态存在。 碳溶于熔融的液态铁 中，使合金熔点(平衡凝 固温度) 降低，降低幅度 随碳的质量分数增大而下 降(ABC线) 。w(C) = 4.30 ％的铁碳合金熔点最低， 超过这个最低点后，合金 熔点随碳的质量分数的增 加而上升。不论是铁碳合 金还是添加其他合金元素 的三元合金，熔化和凝固 都是在某一温度范围内进 行。AHJECF线为始熔(终 凝)温度与碳的质量分数 的关系。 铁素体中碳的溶解度很 低，在723℃时溶解度最 高，但只有0.0218 ％。 碳在奥氏体中的溶解度 最高可达2.11 ％ (1148℃) 。两种固溶体 中碳的溶解度都随温度 的下降而降低，如图的 PQ线及ES线所示。按质 量分数计算，渗碳体的 w(C) ＝6.69 ％，它的硬 度是铁素体的10倍。