第2章 鐵碳合金

1、第第2 2章章 鐵碳合金鐵碳合金本本章章要要求求認識金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶。認識金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶。熟悉簡化的鐵碳合金狀態(tài)圖，能運用熟悉簡化的鐵碳合金狀態(tài)圖，能運用鐵碳合金狀態(tài)圖分析典型鐵碳合金的組鐵碳合金狀態(tài)圖分析典型鐵碳合金的組織和性能。織和性能。了解碳鋼的分類、牌號、性能及應(yīng)用。了解碳鋼的分類、牌號、性能及應(yīng)用。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶一、金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶一、金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶晶體是指原子具有規(guī)則排列的物質(zhì)，而非晶體晶體是指原子具有規(guī)則排列的物質(zhì)，而非晶體其內(nèi)部原子不具有規(guī)則排列。其內(nèi)部原子不具有規(guī)則排列。晶體與非晶體晶體與非晶體具有規(guī)則的外形，具有規(guī)則的外

2、形，具有固定的熔點，具有固定的熔點，具有各向異性。具有各向異性。晶體的三大特征晶體的三大特征晶格與晶胞晶格與晶胞晶格：用假想的直線將原子中心連接起來所形成的晶格：用假想的直線將原子中心連接起來所形成的三維空間格架。三維空間格架。晶胞：能代表晶格特征的最小的幾何單元。晶胞：能代表晶格特征的最小的幾何單元。晶格常數(shù)：晶胞中各棱邊的長晶格常數(shù)：晶胞中各棱邊的長度分別用度分別用a a、b b、c c表示，各棱邊表示，各棱邊之間的夾角用之間的夾角用、表示，表示，a a、b b、c c和和、稱為晶格稱為晶格常數(shù)。常數(shù)。二、常見二、常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)面心立方體心體心立方立方密排密排六方六方體心

3、立方晶格體心立方晶格具有體心立方晶格的金屬有鉻、鎢、鉬、釩及具有體心立方晶格的金屬有鉻、鎢、鉬、釩及鐵等，鐵等，這類金屬塑性較好。這類金屬塑性較好。面心立方晶格面心立方晶格具有面心立方晶格的金屬有銅、鋁、金、鎳、具有面心立方晶格的金屬有銅、鋁、金、鎳、鐵等，鐵等，這類金屬塑性優(yōu)于具有體心立方晶格的金屬。這類金屬塑性優(yōu)于具有體心立方晶格的金屬。密排六方晶格密排六方晶格具有密排六方晶格的金屬有鎂、鋅、鈹?shù)?，這類金屬具有密排六方晶格的金屬有鎂、鋅、鈹?shù)?，這類金屬通常較脆。通常較脆。2.2.金屬的晶體缺陷金屬的晶體缺陷1.1.金屬的多晶體結(jié)構(gòu)金屬的多晶體結(jié)構(gòu)三、金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)三、金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)

4、1.1.金屬的多晶體結(jié)構(gòu)金屬的多晶體結(jié)構(gòu)實際的金屬都是由許多結(jié)晶位向不同的單晶體組成實際的金屬都是由許多結(jié)晶位向不同的單晶體組成的聚合體，稱為多晶體。每一個小的單晶體叫做晶粒。的聚合體，稱為多晶體。每一個小的單晶體叫做晶粒。晶粒與晶粒之間的界面叫做晶界。晶粒與晶粒之間的界面叫做晶界。a)單晶體 b)多晶體2.2.金屬的晶體缺陷金屬的晶體缺陷晶體缺陷是指由于結(jié)晶條件或加工條件諸方面的影響，晶體缺陷是指由于結(jié)晶條件或加工條件諸方面的影響，晶體內(nèi)部的原子排列受到干擾而不規(guī)則的區(qū)域。晶體內(nèi)部的原子排列受到干擾而不規(guī)則的區(qū)域。晶體缺陷晶體缺陷點點缺缺陷陷線線缺缺陷陷面面缺缺陷陷點缺陷點缺陷空間三維尺寸都

5、很小的缺陷?？臻g三維尺寸都很小的缺陷。u空位空位u間隙原子間隙原子u置換原子置換原子點缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，點缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱晶格畸變。從而使強度、硬度提高，塑性、韌性稱晶格畸變。從而使強度、硬度提高，塑性、韌性下降。下降?？瘴缓烷g隙原子引起的晶格畸變空位和間隙原子引起的晶格畸變線缺陷線缺陷位錯位錯位錯：晶體中某處有一位錯：晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。最常見的律的錯排現(xiàn)象。最常見的是刃型位錯。是刃型位錯。刃型位錯的形成刃型位錯的形成位錯對性能的影響：位錯對性能的影響：金金屬的塑性變形主要由位錯屬的塑性變

6、形主要由位錯運動引起。阻礙位錯運動運動引起。阻礙位錯運動是強化金屬的主要途徑。是強化金屬的主要途徑。面缺陷面缺陷晶界和亞晶界晶界和亞晶界晶界：晶粒與晶粒之間的交界面。晶界上原子的排晶界：晶粒與晶粒之間的交界面。晶界上原子的排列是不規(guī)則的。列是不規(guī)則的。晶界結(jié)構(gòu)示意圖晶界結(jié)構(gòu)示意圖亞晶界：實際上是由一系列刃型位借所形成的小角亞晶界：實際上是由一系列刃型位借所形成的小角度晶界。度晶界。亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖晶界的特點：晶界的特點： 原子排列不規(guī)則。原子排列不規(guī)則。熔點比晶內(nèi)低熔點比晶內(nèi)低易被腐蝕易被腐蝕晶界處雜質(zhì)多，晶界處雜質(zhì)多， 阻礙位錯運動，是強化部阻礙位錯運動，是強化部位，因而實際

7、使用的金屬力位，因而實際使用的金屬力求獲得細晶粒。求獲得細晶粒。 是相變的優(yōu)先形核部位是相變的優(yōu)先形核部位四、四、金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶結(jié)晶：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程。純金屬結(jié)晶：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程。純金屬的結(jié)晶是在恒定的溫度下進行的。的結(jié)晶是在恒定的溫度下進行的。1 1冷卻曲線與過冷現(xiàn)象冷卻曲線與過冷現(xiàn)象T0T1T溫度（溫度（）t 時間時間0純金屬的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線過冷現(xiàn)象過冷現(xiàn)象過冷度與冷卻速度的關(guān)系過冷度與冷卻速度的關(guān)系理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度T T0 0實際結(jié)晶溫度實際結(jié)晶溫度T T1 1過冷度過冷度T=TT=T0 0-T-T1 1過冷是金屬結(jié)晶的必要條件過冷是

8、金屬結(jié)晶的必要條件2 2純金屬的結(jié)晶過程純金屬的結(jié)晶過程 純金屬的結(jié)晶規(guī)律純金屬的結(jié)晶規(guī)律 在一定溫度下結(jié)晶，需要過冷，結(jié)晶時有潛熱放出，在一定溫度下結(jié)晶，需要過冷，結(jié)晶時有潛熱放出，結(jié)晶的過程是不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程。結(jié)晶的過程是不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程。 晶核的形成方式有兩種，即自發(fā)形核和非自發(fā)形核。晶核的形成方式有兩種，即自發(fā)形核和非自發(fā)形核。 由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核稱自發(fā)形核。由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核稱自發(fā)形核。 以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱非自發(fā)形核。以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱非自發(fā)形核。自發(fā)形核與均勻長大自發(fā)形核與均勻長大晶核的長大

9、方式有兩種，即均勻長大和樹枝狀長大。晶核的長大方式有兩種，即均勻長大和樹枝狀長大。樹枝狀樹枝狀長大長大3 3金屬結(jié)晶后的晶粒大小金屬結(jié)晶后的晶粒大小結(jié)晶后，得到多晶體金屬。結(jié)晶后，得到多晶體金屬。一般，晶粒越細小，強度、硬度越高，一般，晶粒越細小，強度、硬度越高，塑性、韌性也越好。塑性、韌性也越好。晶粒大小對金屬性能的影響晶粒大小對金屬性能的影響用細化晶粒強化金屬的方法稱為用細化晶粒強化金屬的方法稱為細晶強化細晶強化。降降低低澆澆注注速速度度變變質(zhì)質(zhì)處處理理附加振動附加振動增加過冷度增加過冷度細化晶粒細化晶粒的措施的措施4 4金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變 金屬金屬在固態(tài)下隨溫度的變化，

10、其晶格類型會發(fā)生在固態(tài)下隨溫度的變化，其晶格類型會發(fā)生轉(zhuǎn)變，這種現(xiàn)象稱為金屬的轉(zhuǎn)變，這種現(xiàn)象稱為金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變。由同素異。由同素異晶轉(zhuǎn)變所得到的不同晶格類型的晶體稱為晶轉(zhuǎn)變所得到的不同晶格類型的晶體稱為同素異晶體同素異晶體。概念概念由于固態(tài)下擴散困難，由于固態(tài)下擴散困難，因而比較容易過冷；因而比較容易過冷；固態(tài)轉(zhuǎn)變伴隨著體積變化，固態(tài)轉(zhuǎn)變伴隨著體積變化，易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。特點特點純鐵的冷卻曲線純鐵的冷卻曲線-Fe -Fe -Fe-Fe -Fe-Fe 13941394 912912 純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變過程可用下式表示：過程可用下式表示：同素

11、異晶轉(zhuǎn)變不僅存在于純鐵中，而且存在于以同素異晶轉(zhuǎn)變不僅存在于純鐵中，而且存在于以鐵為基體的鋼鐵材料中，在生產(chǎn)中，可利用材料鐵為基體的鋼鐵材料中，在生產(chǎn)中，可利用材料這一特性，通過加熱和冷卻改變內(nèi)部組織，達到這一特性，通過加熱和冷卻改變內(nèi)部組織，達到改變力學性能的目的。改變力學性能的目的。第二節(jié)第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)與合金狀態(tài)圖合金的晶體結(jié)構(gòu)與合金狀態(tài)圖一、基本概念一、基本概念合金：是指由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬合金：是指由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬所組成的具有金屬特性的物質(zhì)。所組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金獨立的、最基本的物質(zhì)稱為組元，組元：組成合金獨立的、最基本的物質(zhì)

12、稱為組元，簡稱元。簡稱元。合金系：合金系：由二個或二個以上的組元按不同比例配制由二個或二個以上的組元按不同比例配制的一系列不同成分的合金，稱為一個合金系，簡稱系。的一系列不同成分的合金，稱為一個合金系，簡稱系。相：是指相：是指合金中凡是結(jié)構(gòu)、成分和性能相同并且與合金中凡是結(jié)構(gòu)、成分和性能相同并且與其它部分有界面分開的均勻組成部分。其它部分有界面分開的均勻組成部分。組織：是指用肉眼或借助顯微鏡能觀察到的具有某組織：是指用肉眼或借助顯微鏡能觀察到的具有某種形態(tài)特征的合金組成物。其實質(zhì)是一種或多種相按種形態(tài)特征的合金組成物。其實質(zhì)是一種或多種相按一定的方式相互結(jié)合所構(gòu)成的整體的總稱。它直接決一定的方

13、式相互結(jié)合所構(gòu)成的整體的總稱。它直接決定合金的性能。定合金的性能。二、二、合金組織合金組織根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相可分為的相可分為固溶體固溶體和和金屬化合物金屬化合物兩大類。兩大類。概念：概念：合金在固態(tài)下，由于組元間互相溶解而形成的合金在固態(tài)下，由于組元間互相溶解而形成的相稱為相稱為固溶體固溶體，即在某一組元的晶格中溶入其它組元，即在某一組元的晶格中溶入其它組元的原子。在各組元中，晶格類型與固溶體相同的組元的原子。在各組元中，晶格類型與固溶體相同的組元稱為稱為溶劑溶劑；其他組元稱為；其他組元稱為溶質(zhì)溶質(zhì)。 1.1.固溶體

14、及其性能固溶體及其性能分類：按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和分類：按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體。間隙固溶體。間隙固溶體間隙固溶體溶溶劑劑置換固溶體置換固溶體固溶強化固溶強化: :由于溶質(zhì)原子溶入溶劑后引起晶格畸變由于溶質(zhì)原子溶入溶劑后引起晶格畸變, ,使其塑性變形的抗力增大使其塑性變形的抗力增大, ,因而使得合金的強度、硬因而使得合金的強度、硬度提高，度提高，塑性、韌性下降，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強化。這種現(xiàn)象稱為固溶強化。概念：合金中其晶體類型與組成元素的晶體類型均概念：合金中其晶體類型與組成元素的晶體類型均不相同的固相稱為金屬化合物。不相同的固相稱為金屬化合物。

15、性能：金屬化合物熔點高、硬度高、脆性大，塑性、性能：金屬化合物熔點高、硬度高、脆性大，塑性、韌性幾乎為零。韌性幾乎為零。2.2.金屬化合物及其性能金屬化合物及其性能3.3.機械混合物：在合金中由兩種機械混合物：在合金中由兩種或兩種以上的相按一定的質(zhì)量分數(shù)或兩種以上的相按一定的質(zhì)量分數(shù)組成的物質(zhì)。組成的物質(zhì)。二、二、合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶與純金屬相似，都遵循形核與核長大的合金的結(jié)晶與純金屬相似，都遵循形核與核長大的規(guī)律。規(guī)律。純金屬的結(jié)晶過程可以用純金屬的結(jié)晶過程可以用冷卻曲線冷卻曲線來表示。合來表示。合金的結(jié)晶過程比純金屬復雜，因此必須建立金的結(jié)晶過程比純金屬復雜，因此必須建立合金相圖

16、合金相圖才能表示清楚。才能表示清楚。 合金相圖就是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下合金相圖就是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結(jié)晶過程的簡明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。它是研究結(jié)晶過程的簡明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。它是研究合金成分、溫度和組織結(jié)構(gòu)之間變化規(guī)律的重要工具，合金成分、溫度和組織結(jié)構(gòu)之間變化規(guī)律的重要工具，也是正確制定熱加工工藝參數(shù)的重要依據(jù)。也是正確制定熱加工工藝參數(shù)的重要依據(jù)。1.1.合金相圖的建立合金相圖的建立T液相線液相線固相線固相線勻晶合金勻晶合金共晶合金共晶合金 2. 2. 二元合金結(jié)晶過程分析二元合金結(jié)晶過程分析 TDG一種液相在恒溫下同時結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)一種液

17、相在恒溫下同時結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)叫做叫做共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)。所生成的兩相混合物叫。所生成的兩相混合物叫共晶體共晶體。作業(yè)：作業(yè)：1、名詞解釋：金屬的結(jié)晶、過冷現(xiàn)象、過冷度、細、名詞解釋：金屬的結(jié)晶、過冷現(xiàn)象、過冷度、細晶強化、固溶強化、變質(zhì)處理、同素異晶轉(zhuǎn)變晶強化、固溶強化、變質(zhì)處理、同素異晶轉(zhuǎn)變2、名詞解釋：合金、組元、相、組織、名詞解釋：合金、組元、相、組織3、名詞解釋：固溶體、金屬化合物、機械混合物、名詞解釋：固溶體、金屬化合物、機械混合物4、晶體的特點是什么？、晶體的特點是什么？5、常見的晶體結(jié)構(gòu)有哪三種？、常見的晶體結(jié)構(gòu)有哪三種？6、金屬的晶體缺陷分為哪三類？、金屬的晶體缺陷分為哪三

18、類？7、冷卻速度與過冷度的關(guān)系。、冷卻速度與過冷度的關(guān)系。8、晶粒大小對力學性能的影響是什么？、晶粒大小對力學性能的影響是什么？第三節(jié)第三節(jié) 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 鐵碳合金相圖是鐵碳合金相圖是表示在緩慢冷卻（加熱）條件表示在緩慢冷卻（加熱）條件下，不同成分的鋼和鑄鐵在不同溫度下所具有的組下，不同成分的鋼和鑄鐵在不同溫度下所具有的組織或狀態(tài)的一種圖形。它織或狀態(tài)的一種圖形。它是研究碳鋼和鑄鐵的成分、是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ), ,是制定熱加是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù)工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù). .一、鐵碳

19、一、鐵碳合金的基本組織合金的基本組織1.1.鐵素體鐵素體碳溶解于碳溶解于-Fe-Fe中形成的間隙固溶體，中形成的間隙固溶體，用用F F或或 表示。表示。 特點：特點：晶粒在顯微鏡下呈現(xiàn)均勻晶粒在顯微鏡下呈現(xiàn)均勻明亮、邊界平緩的多邊形。明亮、邊界平緩的多邊形。性能：性能：與純鐵相近，強度、硬度與純鐵相近，強度、硬度較低，塑性、韌性較好。較低，塑性、韌性較好。鐵素體鐵素體2.2.奧氏體奧氏體碳溶解于碳溶解于FeFe中形成的間隙固溶體，中形成的間隙固溶體，用用A A或或 表示表示。 特點：特點：顯微組織為邊界比較顯微組織為邊界比較平直的多邊形晶粒。平直的多邊形晶粒。性能：性能：強度、硬度較高，塑強度

20、、硬度較高，塑性、韌性也好。性、韌性也好。奧氏體奧氏體3.3.滲碳體滲碳體鐵與碳形成具有復雜晶格的的金屬化鐵與碳形成具有復雜晶格的的金屬化合物，含碳量合物，含碳量W Wc =6.69%c =6.69%，用用FeFe3 3C C表示表示。 特點：特點：一般呈片狀、網(wǎng)狀或球狀存在于鐵碳合金中。一般呈片狀、網(wǎng)狀或球狀存在于鐵碳合金中。性能：性能：硬度高，脆性大硬度高，脆性大, ,塑性幾乎為零。塑性幾乎為零。FeFe3 3C C是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：FeFe3 3C3Fe+C(C3Fe+C(石墨石墨),),該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。該反應(yīng)對鑄鐵有重要

21、意義。常溫下碳在鐵碳合金中主要以常溫下碳在鐵碳合金中主要以FeFe3 3C C或石墨的形式存在?；蚴男问酱嬖凇?珠光體珠光體4.4.珠光體珠光體由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物，由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物，平均含碳量平均含碳量W Wc =0.77% c =0.77% ，用用P P表示表示。 特點：特點：顯微組織為鐵素體與顯微組織為鐵素體與滲碳體層片相間。滲碳體層片相間。性能：性能：介于滲碳體與鐵素體介于滲碳體與鐵素體之間，強度、硬度較高，具之間，強度、硬度較高，具有一定的塑性和韌性，是一有一定的塑性和韌性，是一種綜合力學性能較好的組織。種綜合力學性能較好的組織。5.5.萊氏體萊氏體鐵

22、碳合金中的共晶混合物，高溫下是鐵碳合金中的共晶混合物，高溫下是由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物，由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物，平均含碳量平均含碳量W Wc =4.3% c =4.3% ，用用LdLd表示表示。 特點：特點：顯微組織為蜂窩狀。顯微組織為蜂窩狀。性能：性能：與滲碳體相似，硬度與滲碳體相似，硬度很高，塑性、韌性極差。很高，塑性、韌性極差。萊氏體萊氏體二、鐵碳二、鐵碳合金相圖分析合金相圖分析1.1.特性點特性點A AC CD DE EG GP PS SQACDACD線：液相線線：液相線AECFAECF線：固相線線：固相線ECFECF線：共晶線線：共晶線PSKPSK線：共析線線：共析

23、線GSGS線：線：A A3 3線，線，奧氏體奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線ESES線：線：A Acmcm線，線，碳在奧碳在奧氏體中的溶解度變化曲線氏體中的溶解度變化曲線PQPQ線：線：碳在鐵素體中的碳在鐵素體中的溶解度變化曲線溶解度變化曲線2.2.特性線特性線三、鐵碳三、鐵碳合金的分類合金的分類液液相相線線固固相相線線AcmA3工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵共析鋼共析鋼亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶白口鐵過共晶白口鐵0.0218四、四、鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系含碳量對室溫平衡組織的影響含碳量對室溫平衡

24、組織的影響 鋼鋼鐵素體鐵素體 共析鋼共析鋼過共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼共析鋼白白 口口 鑄鑄 鐵鐵二次滲碳體二次滲碳體工工業(yè)業(yè)純純鐵鐵珠光體珠光體萊氏體萊氏體一次滲碳體一次滲碳體Fe3C鋼鋼 鐵鐵分分 類類組織組組織組成物相成物相對量對量%相組成相組成物相對物相對量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體三次滲碳體含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：ak/(J/cm2)作業(yè)：作業(yè)：1、完成下面的表格：、完成下面的表格

25、：FAFe3CPLd間隙固溶體間隙固溶體間隙固溶體間隙固溶體金屬化合物金屬化合物機械混合物機械混合物機械混合物機械混合物強、硬度較低，強、硬度較低，塑、韌性較好塑、韌性較好強、硬度較高，強、硬度較高，塑、韌性也較好塑、韌性也較好硬度很高，脆性很大，硬度很高，脆性很大，幾乎沒有塑性幾乎沒有塑性介于滲碳體與鐵素體之間，介于滲碳體與鐵素體之間，強硬度較高，具有一定塑強硬度較高，具有一定塑韌性，綜合力學性能好韌性，綜合力學性能好與滲碳體相似，硬度與滲碳體相似，硬度很高，塑韌性極差很高，塑韌性極差2、珠光體、萊氏體、滲碳體的碳含量分別是多少？、珠光體、萊氏體、滲碳體的碳含量分別是多少？3、珠光體、高溫萊

26、氏體、低溫萊氏體分別是由什么組成的、珠光體、高溫萊氏體、低溫萊氏體分別是由什么組成的機械混合機械混合 物？物？4、鐵碳合金相圖的縱坐標和橫坐標的含義。、鐵碳合金相圖的縱坐標和橫坐標的含義。5、鐵碳合金相圖中、鐵碳合金相圖中PSK線、線、GS線、線、ES線又稱什么線？線又稱什么線？6、寫出共晶反應(yīng)式、共析反應(yīng)式。、寫出共晶反應(yīng)式、共析反應(yīng)式。作業(yè)：作業(yè)：7、完成下面的表格：、完成下面的表格： 合金種類合金種類Wc/%室溫組織室溫組織工業(yè)純鐵鋼亞共析鋼共析鋼過共析鋼白口鐵亞共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵0.0218%0.0218%2.11%2.11%6.69%0.0218%wc0.77%Wc=0

27、.77%0.77% wc2.11%2.11%wc4.3%Wc=4.3%4.3% wc6.69%FF+PPP+Fe3CP+Fe3C+LdLdLd+Fe3C第四節(jié)第四節(jié) 碳碳 鋼鋼一、常存雜質(zhì)對碳鋼性能的影響一、常存雜質(zhì)對碳鋼性能的影響鋼中的雜質(zhì)一般是指鋼中的雜質(zhì)一般是指MnMn、SiSi、P P、S S。是由原料帶入。是由原料帶入或脫氧殘留的元素?；蛎撗鯕埩舻脑亍? 1、錳的影響：、錳的影響： 0.8%0.8%時為雜質(zhì)時為雜質(zhì), , 是有益元素。強化是有益元素。強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度；減輕硫的危害。鐵素體，提高鋼的強度和硬度；減輕硫的危害。2 2、硅的影響：、硅的影響： 0.4%0.4

28、%時為雜質(zhì)時為雜質(zhì), , 是有益元素。強化是有益元素。強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度；鐵素體，提高鋼的強度和硬度；消除消除FeOFeO的影響的影響。3 3、硫的影響：、硫的影響：與鐵形成與鐵形成FeSFeS，使鋼變脆（熱脆）；，使鋼變脆（熱脆）；是鋼中有害元素，應(yīng)嚴格控制含量在是鋼中有害元素，應(yīng)嚴格控制含量在0.05%0.05%以下。以下。4 4、磷的影響：能全部溶入鐵素體中，、磷的影響：能全部溶入鐵素體中， ，使鋼在常，使鋼在常溫下溫下強度、硬度增加，但塑性和韌性顯著降低，低強度、硬度增加，但塑性和韌性顯著降低，低溫時脆性嚴重（冷脆）；是鋼中有害元素，應(yīng)嚴格溫時脆性嚴重（冷脆）；是鋼中有害元

29、素，應(yīng)嚴格控制含量在控制含量在0.045%0.045%以下。以下。二、碳鋼的分類二、碳鋼的分類工業(yè)用鋼按化學成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。工業(yè)用鋼按化學成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼是指含碳量低于碳素鋼是指含碳量低于2.11%2.11%的鐵碳合金，簡稱碳鋼。的鐵碳合金，簡稱碳鋼。分為低碳鋼分為低碳鋼(Wc(Wc0.25%)0.25%)、中碳鋼、中碳鋼(0.25 Wc0.60%)(0.25 Wc0.60%)和高碳鋼和高碳鋼(Wc(Wc0.60%)0.60%)。1.1.按含碳量分類按含碳量分類鋼鋼 類類碳碳 素素 鋼鋼P%P%S%S%普通質(zhì)量鋼普通質(zhì)量鋼0.0450.0450.0500.05

30、0優(yōu)優(yōu) 質(zhì)質(zhì) 鋼鋼0.0350.0350.0300.030高級優(yōu)質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼0.0300.0300.0200.020特級優(yōu)質(zhì)鋼特級優(yōu)質(zhì)鋼0.0250.0250.0150.0152.2.按質(zhì)量分類按質(zhì)量分類碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 主要用于制造各種工程構(gòu)件和機器零主要用于制造各種工程構(gòu)件和機器零件，一般屬于低碳鋼和中碳鋼。件，一般屬于低碳鋼和中碳鋼。碳素工具鋼碳素工具鋼 主要用于制造各種刃具、量具、模具主要用于制造各種刃具、量具、模具等。一般屬于高碳鋼。等。一般屬于高碳鋼。3.3.按用途分類按用途分類分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。4.4.按脫氧

31、程度分類按脫氧程度分類主要用于要求不高的機械零件和一般工程構(gòu)件。主要用于要求不高的機械零件和一般工程構(gòu)件。三、碳鋼的牌號與應(yīng)用三、碳鋼的牌號與應(yīng)用1.1.碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號牌號例如：例如： Q235AFQ235AF “屈服點屈服點”的首字母的首字母Q Qs s=235MPa=235MPa質(zhì)量等級質(zhì)量等級A A級級沸騰鋼沸騰鋼用途用途用兩位數(shù)表示鋼平均含碳量的萬分數(shù)，如用兩位數(shù)表示鋼平均含碳量的萬分數(shù)，如4545鋼。鋼。又分為又分為普通含錳量（普通含錳量（W WMnMn0.7%0.7%）和較高含錳量）和較高含錳量（W WMnMn =0.7% =0.7%1.2%1.2%）兩類。含錳量較高的鋼

32、在兩）兩類。含錳量較高的鋼在兩位數(shù)字后面加位數(shù)字后面加“MnMn”字，如字，如65Mn65Mn。脫氧方法表示方法同碳素結(jié)構(gòu)鋼。脫氧方法表示方法同碳素結(jié)構(gòu)鋼。高級優(yōu)質(zhì)鋼，加高級優(yōu)質(zhì)鋼，加“A A”；特級優(yōu)質(zhì)鋼，加；特級優(yōu)質(zhì)鋼，加“E E”。主要用于主要用于制造較重要的機械零件。制造較重要的機械零件。 2.2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號牌號用途用途T + T + 數(shù)字，數(shù)字，T T表示表示“碳素工具鋼碳素工具鋼” ，數(shù)字表示鋼平均，數(shù)字表示鋼平均含碳量的千分數(shù)，如含碳量的千分數(shù)，如T12T12。說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)以上質(zhì)量的。高級優(yōu)質(zhì)說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)以上質(zhì)量的。高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后

33、加鋼在鋼號后加“A A”，如，如T8AT8A。3.3.碳素工具鋼碳素工具鋼牌號牌號主要用于制造主要用于制造要求不很高的量具、模具，和要求不很高的量具、模具，和低速、低速、低溫低溫( (200200）的刃具。）的刃具。 用途用途主要用于制造形狀復雜、力學性能要求高，難以主要用于制造形狀復雜、力學性能要求高，難以用鍛壓或切削加工方法來制成的零件。用鍛壓或切削加工方法來制成的零件。4.4.鑄造碳鋼鑄造碳鋼牌號牌號用途用途例如：例如： ZG270-500ZG270-500 “鑄鋼鑄鋼”字漢字漢語拼音首字母語拼音首字母s s=270MPa=270MPab b=500MPa=500MPa 鑄鑄 鐵鐵 1.

34、1.概述概述 鑄鐵是指由鐵、碳、硅組成的合金系的總稱。其含碳鑄鐵是指由鐵、碳、硅組成的合金系的總稱。其含碳量超過了在共晶溫度時奧氏體的飽和含碳量。鑄鐵與鋼的量超過了在共晶溫度時奧氏體的飽和含碳量。鑄鐵與鋼的主要區(qū)別在于鑄鐵比碳鋼含碳和硅更高，且硫、磷等雜質(zhì)主要區(qū)別在于鑄鐵比碳鋼含碳和硅更高，且硫、磷等雜質(zhì)含量也較高。常用鑄鐵含量也較高。常用鑄鐵具有良好的鑄造性能、耐磨性、減具有良好的鑄造性能、耐磨性、減震性、切削加工性等，且制造容易、價格便宜。震性、切削加工性等，且制造容易、價格便宜。 2.2.鑄鐵的分類鑄鐵的分類 鑄鐵中的碳除少量可熔于鐵素體外鑄鐵中的碳除少量可熔于鐵素體外, ,其余部分因結(jié)

35、晶條其余部分因結(jié)晶條件不同，可以形成件不同，可以形成滲碳體滲碳體或或石墨石墨。 根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式，鑄鐵可分為三類根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式，鑄鐵可分為三類 ： 2 2）白口鑄鐵）白口鑄鐵 碳主要以滲碳體存在，斷口呈白亮色，碳主要以滲碳體存在，斷口呈白亮色，其性能硬而脆，切削加工困難，很少直接使用。但可以用其性能硬而脆，切削加工困難，很少直接使用。但可以用作表面要求高耐磨性的零件，如氣門挺桿、球磨機磨球、作表面要求高耐磨性的零件，如氣門挺桿、球磨機磨球、軋輥等。軋輥等。 3 3）麻口鑄鐵）麻口鑄鐵 碳一部分以石墨存在，另一部分以滲碳一部分以石墨存在，另一部分以滲碳體存在，斷口呈黑白相間，這

36、類鑄鐵脆性較大，所以很碳體存在，斷口呈黑白相間，這類鑄鐵脆性較大，所以很少使用。少使用。 1 1）灰口鑄鐵）灰口鑄鐵 碳全部或大部分以石墨存在于鑄鐵中，碳全部或大部分以石墨存在于鑄鐵中，斷口呈灰黑色。是工業(yè)上最常用的鑄鐵，按石墨存在的形斷口呈灰黑色。是工業(yè)上最常用的鑄鐵，按石墨存在的形式又分為式又分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。q 灰鑄鐵灰鑄鐵 G G呈片狀；呈片狀；q 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 G G呈球狀；呈球狀；q 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 G G呈團絮狀呈團絮狀q 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 G G呈蠕蟲狀；呈蠕蟲狀；根據(jù)石墨形態(tài)，灰口鑄鐵可以分為：根據(jù)石墨形態(tài)，灰

37、口鑄鐵可以分為： 3. 3.石墨在鑄鐵中的作用石墨在鑄鐵中的作用 鑄鐵性能和使用價值與碳的存在形式有著密切聯(lián)系。常鑄鐵性能和使用價值與碳的存在形式有著密切聯(lián)系。常用鑄鐵中碳主要以石墨的形式存在，用符號用鑄鐵中碳主要以石墨的形式存在，用符號“G”G”表示表示, ,其強其強度（度（b b=20MPa=20MPa）、硬度（）、硬度（3 35HBS5HBS）、）、塑性（塑性（00）、）、韌性韌性都很低，石墨具有不明顯的金屬特性（如導電性）。都很低，石墨具有不明顯的金屬特性（如導電性）。 常用鑄鐵的性能與其組織具有密切關(guān)系，其組織可以常用鑄鐵的性能與其組織具有密切關(guān)系，其組織可以看成是由鋼的基體與不同形

38、狀、數(shù)量、大小及分布的石墨看成是由鋼的基體與不同形狀、數(shù)量、大小及分布的石墨組成，鑄鐵中石墨的存在使力學性能下降，一般鑄鐵的抗組成，鑄鐵中石墨的存在使力學性能下降，一般鑄鐵的抗拉強度、硬度、屈服點、塑性、韌性比鋼低（但抗壓強度拉強度、硬度、屈服點、塑性、韌性比鋼低（但抗壓強度與鋼相當），與鋼相當），不能鍛造不能鍛造。石墨的含量越多，越粗大，分布。石墨的含量越多，越粗大，分布越不均勻，石墨的邊緣部位越尖銳，鑄鐵力學性能越差。越不均勻，石墨的邊緣部位越尖銳，鑄鐵力學性能越差。但是它的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能，如良但是它的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能，如良好的鑄造性能、切削加工性

39、能、良好的減振性和減磨性等好的鑄造性能、切削加工性能、良好的減振性和減磨性等以及缺口敏感性。以及缺口敏感性。 4.灰鑄鐵灰鑄鐵 1 1）化學成分、組織和性能化學成分、組織和性能 灰鑄鐵的生產(chǎn)工藝簡單，灰鑄鐵的生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。約占鑄鑄造性能優(yōu)良，是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。約占鑄鐵總量的鐵總量的80%80%以上。以上。 化學成分一般為化學成分一般為 c c= =（2.72.73.63.6）% %；si si =(1.0=(1.02.52.5 ) ) % %；Mn Mn =(0.5=(0.51.3)%1.3)%； p p 0.3%0.3%；s 0.15%

40、s 0.15%。 組織特征組織特征是是片狀片狀石墨分布于鋼的基體上。有以下三種：石墨分布于鋼的基體上。有以下三種：F+G片片 ； P+F+ G片片； P+ G片片 ； 灰鑄鐵的灰鑄鐵的力學性能主要取決于石墨的形狀、大小及分力學性能主要取決于石墨的形狀、大小及分布狀態(tài)，同時也與基體組織有關(guān)布狀態(tài)，同時也與基體組織有關(guān)。由于石墨的力學性能幾。由于石墨的力學性能幾乎等于零，所以灰鑄鐵的力學性能明顯低于鋼，也低于其乎等于零，所以灰鑄鐵的力學性能明顯低于鋼，也低于其它鑄鐵件。又因其性能與基體組織有關(guān)，具有珠光體基體它鑄鐵件。又因其性能與基體組織有關(guān)，具有珠光體基體的灰鑄鐵強度較高。因其的灰鑄鐵強度較高。

41、因其抗壓強度較高抗壓強度較高，約為抗拉強度的，約為抗拉強度的34倍，所以灰鑄鐵適宜制造承受簡單壓力的構(gòu)件，如倍，所以灰鑄鐵適宜制造承受簡單壓力的構(gòu)件，如機床機床床身、底座、支柱等。床身、底座、支柱等。 2）灰鑄鐵的）灰鑄鐵的孕育孕育處理處理 在鑄鐵液中在鑄鐵液中加入加入少量的少量的孕育劑孕育劑（即加入含質(zhì)量（即加入含質(zhì)量4%的硅的硅鐵或硅鈣合金）以形成大量的晶核，獲得極為細小的片狀石鐵或硅鈣合金）以形成大量的晶核，獲得極為細小的片狀石墨和珠光體基體。經(jīng)過這樣墨和珠光體基體。經(jīng)過這樣處理后處理后的鑄鐵稱為的鑄鐵稱為孕育鑄鐵孕育鑄鐵。3）灰鑄鐵的牌號）灰鑄鐵的牌號 如：如： HT200“灰鐵灰鐵”

42、字漢語字漢語拼音首字母拼音首字母bmin=200MPa 6.球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是指鑄鐵液經(jīng)過球墨鑄鐵是指鑄鐵液經(jīng)過球化處理球化處理，使石墨全部或，使石墨全部或大部分呈大部分呈球狀球狀分布的鑄鐵。分布的鑄鐵。 球化處理方法是在澆注前的鑄鐵液中加入一定量的球化處理方法是在澆注前的鑄鐵液中加入一定量的球化劑和孕育劑球化劑和孕育劑 ，以改變石墨的結(jié)晶條件，促使石墨形，以改變石墨的結(jié)晶條件，促使石墨形成球狀。成球狀。 1）化學成分、組織和性能化學成分、組織和性能 為保證獲得數(shù)量較多、為保證獲得數(shù)量較多、形狀圓整、分布均勻的球狀石墨，球墨鑄鐵中碳和硅的形狀圓整、分布均勻的球狀石墨，球墨鑄鐵中碳和硅

43、的含量一般高于灰鑄鐵，含量一般高于灰鑄鐵， 其中其中c c= =（3.6 3.6 3.9 ）% %； si si =(2.0=(2.03.13.1 ) ) % %； Mn Mn =(0.6=(0.60.3)%0.3)%；p p 0.1%0.1%；s 0.07%s 0.07%。 組織特征組織特征是鋼的基體分布著球狀石墨，鑄態(tài)下基體是鋼的基體分布著球狀石墨，鑄態(tài)下基體是由鐵素體和珠光體組成的。通過熱處理可獲得以下不是由鐵素體和珠光體組成的。通過熱處理可獲得以下不同組織：同組織： F+G球球 ； F + P + G球球； P+ G球球； B下下+ G球球。 球墨鑄鐵的球墨鑄鐵的力學性能力學性能比灰鑄

44、鐵高得多，珠光體、貝比灰鑄鐵高得多，珠光體、貝氏體球墨鑄鐵的力學性能可與鋼媲美，特別是強度與鋼氏體球墨鑄鐵的力學性能可與鋼媲美，特別是強度與鋼接近，屈強比達到接近，屈強比達到0.70.8，比碳鋼高；塑性和韌性比灰，比碳鋼高；塑性和韌性比灰鑄鐵好，但比鋼差。鑄鐵好，但比鋼差。 球墨鑄鐵仍具有良好的鑄造性能、減振性、減摩球墨鑄鐵仍具有良好的鑄造性能、減振性、減摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等，但與灰鑄鐵相性、低的缺口敏感性、切削加工性等，但與灰鑄鐵相比存在收縮率大、流動性稍差、白口傾向大等缺陷。比存在收縮率大、流動性稍差、白口傾向大等缺陷。2）球墨鑄鐵的牌號）球墨鑄鐵的牌號 如如QT600-3“球鐵球鐵”字漢字漢語拼音首字母語拼音首字母bmin=600MPamin=3% 7. 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 1）可鍛鑄鐵的生產(chǎn)）可鍛鑄鐵的生產(chǎn) 一般是先澆注成白