第三章 铁碳合金及碳钢

第3章铁碳合金及碳钢第3章铁碳合金及碳钢第一节铁碳合金的组织第二节铁碳合金相图第三节铁碳合金的分类第四节典型铁碳合金的结晶过程第五节碳素钢第一节铁碳合金的组织--铁素体碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体,用符号α或F表示。铁素体的胞晶铁素体的显微组织强度和硬度低，而塑性和韧性好。第一节铁碳合金的组织--奥氏体碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号γ或A表示。奥氏体强度、硬度较低，塑性、韧性较高，适于锻压成形。第一节铁碳合金的组织--渗碳体渗碳体是碳质量分数为6.69%的铁与碳的金属化合物（Fe3C）。Fe3C硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性很大。渗碳体的晶胞示意图第一节铁碳合金的组织--珠光体珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。珠光体的强度较高、硬度适中，具备一定的塑性。珠光体显微组织图第一节铁碳合金的组织--莱氏体莱氏体是碳质量分数为4.3%的奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物，用符号“Ld”表示。莱氏体的力学性能硬度很高，塑性、韧性很低。莱氏体显微组织第二节铁碳合金相图铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或缓慢加热的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形，是研究铁碳合金的重要工具。FeFe3CSQPKGFEDCAA+Fe3CA+FL+AALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLdLd+Fe3CⅠLd’+Fe3CⅠLd’P+Fe3CⅡ+Ld’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%温度一、简化后的铁碳合金相图二、Fe－Fe3C相图中主要点的意义A点：纯铁的熔点，1538℃。D点：渗碳体的熔点，1227℃。G点：铁的同素异构转变点。E点：碳在γ-Fe中最大溶解度点。P点：碳在α-Fe中最大溶解度点。Q点：室温下碳在α-Fe中的溶解度C点：共晶点，共晶转变：S点：共析点，共析转变：二、Fe－Fe3C相图中主要点的意义三、Fe-Fe3C相图中主要线的意义ACD线：ACD线是液相线。AECF线：AECF线是固相线。GS线：也叫A3线，冷却时从奥氏体中析出铁素体的开始线。ES线：ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线PQ线：PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线ECF线：ECF线是共晶线PSK线：PSK线是共析线三、Fe-Fe3C相图中主要线的意义四、Fe-Fe3C相图中的相区Fe-Fe3C相图中的四个单相区：ACD线以上是液相区；AESG为奥氏体区（γ或A）；GPQG为铁素体区（α或F）；DFKL为渗碳体区（Fe3C）。Fe-Fe3C相图中的五个两相区L+A两相区；L+Fe3C两相区；A+Fe3C两相区；A+F两相区及F+Fe3C两相区。四、Fe-Fe3C相图中的相区第三节铁碳合金的分类工业纯铁（Wc＜0.0218%）钢（Wc=0.0218%～2.11%）亚共析钢（Wc=0.0218%～0.77%）室温平衡组织为铁素体加珠光体。共析钢（Wc=0.77%）室温平衡组织为珠光体。过共析钢（Wc=0.77%～2.11%）室温平衡组织为珠光体加二次渗碳体。铸铁（Wc=2.11%～6.69%）亚共晶白口铸铁（Wc=2.11%～4.3%）室温平衡组织为珠光体加二次渗碳体加低温莱氏体。共晶白口铸铁（Wc=4.3%）室温平衡组织为低温莱氏体。过共晶白口铸铁（Wc=4.3%～6.69%）室温平衡组织为一次渗碳体加低温莱氏体。第三节铁碳合金的分类亚共析钢共析钢过共析钢共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁第四节典型铁碳合金的结晶过程一、共析钢的结晶过程共析钢显微组织图+Fe3CⅢGSPABJH二、亚共析钢的结晶过程亚共析钢的显微组织图三、过共析钢的结晶过程过共析钢的显微组织图四、共晶白口铸铁的结晶过程Fe3C五、亚共晶白口铸铁的结晶过程六、过共晶白口铸铁的结晶过程DFK3Fe3C124七、含碳量与铁碳合金组织及性能的关系钢铁素体亚共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢白口铸铁二次渗碳体工业纯铁珠光体莱氏体一次渗碳体Fe3C钢铁分类组织组成物相对量%相组成物相对量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次渗碳体铁碳合金碳质量分数与组织的关系碳质量分数对力学性能的影响在选材方面的应用在铸造方面的应用在可锻性方面的应用在焊接方面的应用铁碳合金相图的应用第五节碳素钢碳质量分数大于0.0218%小于2.11%，且不含有特意加入合金元素的铁碳合金，称为碳素钢简称碳钢。一、钢中杂质元素对钢性能的影响硅(Si):有益元素，一般控制在0.17%～0.37%。锰(Mn):有益元素，一般控制在0.25%～0.80%。硫（S）:有害元素，引起热脆，一般钢中的硫质量分数不得超过0.05%。磷（P）:有害元素，引起冷脆，一般钢中的磷质量分数不得超过0.04%。二、碳素钢的分类按碳质量分数分类：低碳钢Wc≤0.25%。中碳钢Wc为0.25%～0.60%。高碳钢Wc≥0.60%。按质量分类：普通碳素钢WS≤0.055%,WP≤0.045%。优质碳素钢WS≤0.045%,WP≤0.040%。高级优质碳素钢WS≤0.030%,WP≤0.035%。特级优质碳素钢WS≤0.025%,WP≤0.030%。二、碳素钢的分类按用途分类：碳素结构钢：用于制造各种机械零件和工程构件，碳质量分数一般小于0.70%。碳素工具钢：用于制造各种刀具、模具及量具等，碳质量分数一般大于0.70%。二、碳素钢的分类按冶炼时脱氧程度分类：沸腾钢脱氧程度不完全的钢。镇静钢脱氧程度完全的钢。半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间的钢。二、碳素钢的分类三、碳素钢的牌号及应用普通碳素结构钢：碳素结构钢的牌号顺序如图所示：例如：Q235-A·F优质碳素结构钢：优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字表示平均碳质量分数的万分之几。如45号钢表示钢中平均碳质量分数为0.45%。三、碳素钢的牌号及应用碳素工具钢：碳素工具钢是以汉字“碳”字拼音的首位字母“T”为符号，后面的数字表示钢中碳质量分数的千分之几。如T13A表示平均碳质量分数为1.3%的高级优质碳素工具钢。三、碳素钢的牌号及应用铸钢：牌号组成是由汉字“铸钢”两字拼音的首位字母“ZG”为符号，再连接二组数字，第一组数字代表屈服点，第二组数字代表抗拉强度。如ZG310-570表示屈服点不小于310MPa，抗拉强度不小于570MPa的铸造碳钢。三、碳钢的牌号及应用作业书后习题