铁碳合金

以下显示了灰铸铁和球墨铸铁中石墨与基体的不同形态：
四、铸铁的性能 1。抗拉强度低、塑性韧性差 因石墨相当于孔或裂缝，明显降低了材料的力学性能。 球状石墨对基体的破坏作用相对较小，故球墨铸铁的力性接 近低碳钢，且可以用热处理改善基体组织，提高性能。 2。铸造性能好。 3。耐磨性好。 4。消震性好。 5。切削加工性能好。 6。缺口敏感性低。
727 ℃间缓慢冷却时，会 沿晶界析出 Fe3CⅡ，形成网 状组织。
●铁素体（F）在727℃~室温
间缓慢冷却时，会沿晶界析 出少量 Fe3CⅢ。
§4 – 2 铁碳合金平衡结晶过程分析 按含碳量铁碳合金分为 7 类：
⒈工业纯铁 WC： 0～0.02% ⒉亚共析钢 WC： 0.02 ～ 0.77% ⒊共析钢 WC： 0.77% ⒋过共析钢 WC： 0.77～2.11% ⒌亚共晶白口铁 WC： 2.11～4.3% ⒍共晶白口铁 WC： 4.3% ⒎过共晶白口铁 WC： 4.3～6.69%
四、过共析钢 在ES线以下缓冷时，在 A晶界上析出 二次相 Fe3CⅡ, 同时A的成分沿 ES线变化。至727℃，A 的成分到达S点，发生 共析转变，温度恒定。 待A全部变成P，共析转 变结束，温度再继续下 降。 室温时的平衡组织是： P + Fe3CⅡ。 二次渗碳体 Fe3CⅡ保留 在 P 周围，形成网状组 织，这种网状组织使钢 的力学性能明显下降， 属有害组织，必须消除。
六、亚共晶白口铁 在液相线以下为L + A两相。 在1148 ℃时 L 相成分到达C 点，发生共晶转变，变成 Ld。
继续冷却时，初晶A沿边界 析出Fe3CⅡ，至727 ℃,初晶A 的成分到达 S 点，发生共析 转变变成 P， Ld则变成L’d。 室温时的平衡组织是： P + Fe3CⅡ + L’d
二、铸铁的组织 1。按铸铁石墨化的程度其组 织可有： ⑴ F+G； ⑵ P+F+G； ⑶ P+G； ⑷ P+Fe3C+G； ⑸ 白口铁。 从⑴至⑸，石墨化渐不充分， Fe3C渐多，G渐少。 2。可以将铸铁看成是G分布 在工业纯铁或钢基体上的 铁碳合金。 视石墨为裂缝或孔洞来估计 铸铁的性能。
三、铸铁的分类 1。按石墨化的程度分： ⑴白口铸铁：不进行石墨化，断口呈银白色。 ⑵麻口铸铁：石墨化不充分， P+Fe3C+G ⑶灰铸铁：石墨化较充分，断口呈灰白色。 ● F+G —— 铁素体灰铸铁 ● P+F+G —— 珠光体铁素体灰铸铁 ● P+G ——珠光体灰铸铁 2。对灰铸铁，又按石墨形态分： ⑴普通灰铸铁——石墨呈片状； ⑵球墨铸铁——石墨呈球状； ⑶可锻铸铁——石墨呈团絮状； ⑷蠕墨铸铁——石墨呈蠕虫状。
二、铁碳合金的基本相 1。铁素体 碳在 α- Fe 中的间隙固溶体， ferrite, 简写为 α 或 F。 铁素体溶碳能力极微，其性能是软、韧。 2。奥氏体 碳在 γ-Fe中的间隙固溶体， austenite, 简写为 γ 或 A。 奥氏体溶碳能力也低，其性能也是软、韧。 3。渗碳体 Fe3C，cementite, 含碳量为 6.69%. 性能：硬、脆。
七、过共晶白口铁 液相在高温直接结晶出 条状的一次渗碳体Fe3CⅠ， 在1148℃发生共晶转变， 组织是： Ld + Fe3CⅠ 在727℃发生共析转变， Ld 变成L’d 。 室温时的平衡组织是： L’d+ Fe3CⅠ 。
§４-３ Fe-Fe3C 相图的主要应用 一、估计铁碳合金在平衡状态时的力学性能 １。含碳量越高， Fe3C 就越多，则硬度越高，而塑性、 韧性越低。 ２。在亚共析钢的范围（WC≦0.８%)，含碳量越高， 则强度越高。 二、判断铁碳合金的热加工工艺性能 １。铸造性能：液相线和固相线的距离越小，则铸造性 能越好。 所以共晶成分合金的铸造性能最好。 ２。锻造性能：单相固溶体的锻造性能好，莱氏体不能 锻造。 所以低碳钢的锻造性能优于高碳钢，铸铁不能锻造。 三、确定钢铁材料铸造、锻造、热处理的加热温度
第四章 铁碳合金
一、铁碳合金的组元 1。纯铁 ⑴ 力学性能： 软、韧 ⑵ 同素异构转变： 固态时，材料的晶体 结构随温度发生变化的现象。 纯铁在912℃ 和1394℃会发生同素异构 转变,如右图所示。
● 912℃以下的纯铁称 α Nhomakorabea- Fe, bcc结构， ● 912℃ ~1394 ℃的称 γ - Fe, fcc结构， ● 1394 ℃以上的称δ- Fe, bcc结构。 2。渗碳体 (Fe3C) 具有复杂晶体结构的间隙化合物， 在铁碳相图中表现为一垂线， 故作为一独立组元。
§４-４ 碳钢 一、分类 １。按含碳量分：
低碳钢 中碳钢 高碳钢
WC 0.25％ 0.25％ < WC 0.6％ WC>0.6％
２。按冶金质量分： （根据杂质S、P的含量多少） 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 ３。按用途分： 碳素结构钢 碳素工具钢
二、牌号及用途 1。普通碳素结构钢 Q195， Q215， Q235， Q255， Q275 ⑴均为普通钢，数字表示屈服强度，单位为MPa。 ⑵ Q275的含碳量约0.3%，其余均为低碳钢。 ⑶ 一般用于工程构件（桥梁、建筑……）或要求不高的机 械零件，在热轧状态（相当于正火）使用，不再进行热处 理。 2。优质碳素结构钢 ⑴ 钢号是二位数字，表示钢平均含碳量的万分之几，如10、 25、45、50等。 ⑵ 质量性能优于普碳钢，用于制造机械零件。 ⑶ 一般须进行热处理提高性能后再使用。
五、共晶白口铁 在 C 点（1148℃）发生共 晶转变，全部变成 Ld， 即A + Fe3C。 在1148℃以下的缓冷中， A的成分沿 ES 线变化， 并在周围析出Fe3CⅡ。至 727 ℃，A的成分到达S点， 发生共析转变变成P。 室温时的组织是： P + Fe3CⅡ + Fe3C, 称为变态莱氏体，记着： L’d
L4.3
1148 ℃
A2.11 + Fe3C
产物称莱氏体：ledeburite ， 简写为： Ld ⑵共析转变，在 PSK 线上， A0.77
727 ℃
F0.02 + Fe3C
产物称珠光体：pearlite， 简写为： P ⑶包晶转变（HJB线）略
3。二次相析出 研究溶解度线ES、PQ知：
●奥氏体（A）在1148℃~
§4 – 5 铸铁 一、铸铁的石墨化 1。铸铁中的碳以石墨形式结晶 或析出的现象称铸铁石墨化。 （石墨：graphite, 简写为G） 石墨化越充分，则铸铁中石墨 越多，而Fe3C 越少。 2。影响铸铁石墨化的主要因素： ⑴（C +Si）%越多，则石墨化 越充分； ⑵ 冷却速度越慢，则石墨化越 充分。
3。碳素工具钢 ⑴钢号是 T + 数字，如T7、T8、T10、T12、T13，数字表示钢 平均含碳量的千分之几。 ⑵全部都是优质钢。还有高级优质钢，在钢号后尾以A, 如T8A. ⑶用于制造要求高硬度、高耐磨性，但尺寸不大、形状不复杂， 使用温度不高的工具，如钳工工具等。 ⑷ 应在热处理后使用。 4。碳素铸钢 ⑴ 钢号是ZGxxx-xxx, 后为两组数字，分别表示钢的屈服强度和 抗 拉强度，如ZG230-450, ZG310-570等。 ⑵ 用于形状复杂不能锻造成形，性能要求较高的机械零件。
一、工业纯铁 在PQ线以下缓 冷时，在 F晶 界上析出三次 渗碳体Fe3CⅢ ， 最终组织为： F + Fe3CⅢ 因Fe3CⅢ量少， 在晶界呈薄片 状断续分布， 对性能影响不 大，一般可忽 略不计。
二、共析钢
在727℃发生共析转 变，全部变成珠光 体，再继续冷至室 温。 室温平衡组织为 P。 在光学显微镜下珠 光体的形貌是Fe3C 与F交替排列的层片 状组织。若放大倍 数不够，则层片不 能看清。
三、亚共析钢 在 A+F 两相区缓冷时，A的 成分沿GS线变化，至727℃时， A的成分到达S点，发生共析转 变，温度恒定。待A全 部变成P，共析转变结束， 温度再继续下降。 室温时的平衡组织是： F + P。
根据杠杆定律可以推得， P在钢中的相对量与钢的 含碳量x的近似关系是： WP＝ x / 0.77
以下研究 Fe-Fe3C 相图。
三、Fe-Fe3C 相图 1。相区 ⑴单相区： L、δ、A、F、Fe3C ⑵两相区： L+δ、 δ+A、A+F、 L+A、L+Fe3C、 A+Fe3C、F+Fe3C
⑶三相区：三条水平 线 ECF （共晶转变） PSK （共析转变） HJB （包晶转变）
2。恒温转变 ⑴共晶转变：在 ECF 线上，
五、牌号及用途 1。普通灰铸铁：如 HT150, HT200, HT250 …… HTxxx ，三个数字表示最低抗拉强度，单位MPa。 用于要求消震、耐磨、形状复杂的地方，如机床床身、汽缸、 箱体、活塞等。 只进行去应力退火。 2。球墨铸铁：如 QT400-15, QT500-05 , QT600-03 …… QTxxx-xx, 数字表示最低抗拉强度和伸长率，单位MPa和%。 用于一般机械零件，如齿轮、曲轴、凸轮轴等。 可进行改善基体组织的热处理（如退火、正火、调质等）。 3。可锻铸铁：将白口铁长时间石墨化退火，使其中的 Fe3C 转 变为团絮状石墨而成。 如 KT300-06, KT350-10, KT450-06, KT650-02 数字意义同球 铁。性能接近球墨铸铁，但生产成本低。用于小件的批量生 产。 可锻铸铁实际并不能锻造。