第四章工业用钢解读
工程材料04铁碳合金相图2
钢铁是现代工业中应用最为广泛的的金属材料，其基本组元是铁和碳元素，因此称为铁碳合金。
为了掌握钢铁材料的成分、组织和性能之间的关系，为以后的生产应用做好准备，就必须学习和研究铁碳合金相图。
铁和碳元素可以形成固溶体以及一系列化合物（Fe3C、Fe3C、FeC 等），但由于含碳量较大的铁碳合金脆性很大，无实际应用价值，所以在铁碳合金相图中，只需研究Fe-Fe3C部分（含碳量≦6.69%）。
第一节铁碳合金的基本相在铁碳合金中，铁和碳元素的相互作用方式有两种：（1）碳原子溶解到纯铁的晶格中，形成固溶体，如铁素体和奥氏体；（2）铁和碳原子相互作用形成金属化合物，如渗碳体。
一、铁素体：α 、F碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，它仍保持α-Fe的体心立方结构。
由于铁素体的含碳量较低（室温下w=0.0008%），其性能与纯铁相近。
c铁素体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性和韧性。
抗拉强度σb：180~280MPa屈服强度σs：100~170MPa硬度HB：50~80HBW伸长率δ：30~50%冲击韧性A k：160~200J二、奥氏体：γ、A碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，它仍保持γ-Fe的面心立方结构。
奥氏体溶解碳原子的能力与温度有关，1148℃时w c=2.11%，727℃时w c=0.77%。
一般奥氏体的硬度约为170~220HBW，伸长率δ约为30~50%。
因此，奥氏体的硬度较低而塑性较好，易于锻压成型。
三、渗碳体：FeC3渗碳体是一种具有复杂晶格结构的金属间化合物，其性能特点是硬度很高（约1000HV），且脆性很大（δ，αk≈0）。
渗碳体在碳钢中不能作为基体相，而是作为强化相存在，它的存在形态（网、片、条、粒状等），对碳钢的性能有很大的影响。
例如，渗碳体以细小的颗粒状形态，均匀分布在固溶体基体相上，则碳钢的力学性能较好；但是，渗碳体呈较粗大形态或网状分布时，则碳钢的脆性会增大。
第二节铁碳合金相图分析分析相图：注意相图中的恒温反应！钢铁的分类：（1）工业纯铁w c＜0.0218%（2）钢0.0218%＜w c＜2.11%（3）白口铸铁2.11%＜w c＜6.69%简化的铁碳相图及各点说明：一、液相线：ACD固相线：AECF二、ECF 共晶反应线L C→ A E+ Fe3C共晶产物（A + Fe3C）称为莱氏体，用符号Ld 或Le表示。
工业用钢的分类及用途
工业用钢的分类及用途工业用钢是指广泛应用于各个工业领域的一类钢材。
它具有良好的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性和易加工性等特点，因此被广泛用于工程机械、汽车制造、建筑工程、石油化工、航空航天等领域。
下面将钢材按照材料组成和用途进行分类介绍：1.碳素结构钢：碳素结构钢是一种碳含量较高的钢材，通常含有0.30%~1.70%的碳。
这种钢材具有良好的机械性能和可加工性，广泛用于制造机械零件、车辆构件、建筑结构等领域。
2.低合金结构钢：低合金结构钢是一种钢材中含有少量合金元素的钢材，如硅、锰、铬等。
这种钢材具有较高的强度和耐腐蚀性能，广泛用于制造船舶、桥梁、建筑结构等。
3.不锈钢：不锈钢是一种具有高抗腐蚀能力的钢材，通常含有少量铬和镍等合金元素。
这种钢材具有优良的耐腐蚀性能和高温强度，广泛用于制造化工设备、石油管道、厨具等。
4.压力容器钢：压力容器钢是一种用于制造压力容器的特种钢材，通常具有较高的强度和耐热性。
这种钢材广泛用于石油化工、化学工程、核工程等领域中的压力容器制造。
5.特殊合金钢：特殊合金钢是一种钢材中含有大量合金元素的钢材，如钼、钴、钛等。
这种钢材具有较高的硬度、耐磨性和耐高温性，广泛用于航空航天、汽车制造、切削工具等领域。
6.冷热变形钢：冷热变形钢是一种用于制造冷热变形工艺的钢材，通常具有较高的强度和塑性。
这种钢材广泛用于汽车制造、机械加工、铁路工程等领域的冷热变形工艺。
7.磁性钢：磁性钢是一种具有较高磁导率和磁化强度的钢材，通常用于制造电动机、变压器、电子设备等。
8.切削工具钢：切削工具钢是一种用于制造切削工具的特种钢材，具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性，广泛用于生产加工行业中的各种切削工具。
总结起来，工业用钢按照不同的材料组成和用途可以分为碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、压力容器钢、特殊合金钢、冷热变形钢、磁性钢和切削工具钢等。
这些钢材在不同的工业领域中都有重要的用途，为各行各业的发展做出了重要的贡献。
常见工业用钢的性能及用途
常见工业用钢的性能及用途工业用钢是广泛应用于各个行业的一种重要材料，其性能和用途主要由其合金成分、热处理和机械加工方式决定。
以下是几种常见的工业用钢及其性能和用途的介绍。
1.碳钢：碳钢是一种含有较少合金元素的钢，主要成分为碳和铁。
碳钢具有良好的焊接性、机械性能和耐磨性。
根据碳含量的不同，碳钢可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
低碳钢常用于制造汽车零部件、建筑结构、家具等产品；中碳钢多用于汽车制造、机械制造和工具制造；高碳钢适合用于切削工具、弹簧等领域。
2.不锈钢：不锈钢是一种合金钢，其中主要合金元素为铬和镍，能够有效地防止锈蚀和腐蚀。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性、强度和耐热性。
不锈钢广泛应用于食品加工、化工、海洋工程、医疗设备等行业。
根据不锈钢的组成和性能，不锈钢可以进一步分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等。
3.合金钢：合金钢是指添加了合金元素的钢，如铬、钼、钴、镍等。
合金钢的性能因其合金元素的组成而异。
合金钢具有高强度、耐热性和耐腐蚀性，广泛用于汽车、航空航天、石油化工和建筑等领域。
根据不同的合金元素，合金钢可以分为低合金钢、中合金钢和高合金钢等。
4.工具钢：工具钢是一种专用钢种，具有优异的切削性能、热处理稳定性和磨损抗性。
根据使用要求，工具钢可以分为冷作工具钢、热作工具钢和高速度钢等类型。
工具钢广泛应用于切削工具、模具、冷冲压件等领域。
5.耐磨钢：耐磨钢是具有高硬度和耐磨性的特殊钢种，主要用于抵抗磨损和冲击。
耐磨钢常用于铸造矿石破碎、煤矿开采和钢铁生产等场合。
根据使用环境和要求的不同，耐磨钢可以分为高碳钢、低合金耐磨钢和多合金耐磨钢等。
6.高温合金钢：高温合金钢是一种能在高温环境下保持稳定性能的钢。
这种钢具有高温强度、高温蠕变和高温氧化抗性。
高温合金钢主要用于电力行业的锅炉、汽轮机、核反应堆和航空航天等领域。
总之，工业用钢具有丰富的品种和广泛的应用领域。
根据不同的要求，可选择不同性能的工业用钢，以满足各个行业的需求。
08.钢材知识大全三
钢材知识大全三第一章钢的分类一、黑色金属、钢和有色金属在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢与有色金属的基本概念。
1、黑色金属是指铁和铁的合金。
如钢、生铁、铁合金、铸铁等。
钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。
生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。
把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。
铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。
2、把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢。
钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。
通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。
钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。
3、有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。
另外，在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等，这些金属主要用作合金附加物，以改善金属的性能，其中钨、钛、钼等多用以生产刀具用的硬质合金。
以上这些有色金属都称为工业用金属，此外还有贵重金属：铂、金、银等和稀有金属，包括放射性的铀、镭等。
二、钢的分类钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。
为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。
钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。
钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：1、按品质分类(1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2) 优质钢（P、S均≤0.035%）(3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）2.、按化学成份分类(1) 碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。
(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。
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7、缩孔、缩松的防止： （1）通过控制铸件的凝固方式使之符合“顺序凝固”或“同时凝固”原则； （2）合理确定浇注的引入位置和浇注工艺； （3）冒口、冷铁的综合应用，扩大有效补缩距离； （4）加压补缩； （5）悬浮浇注，细化结晶组织。 8、按照内应力的产生原因，可分为热应力和机械应力。 （1）热应力：它是由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，以致在同一时期内 铸件各部分收缩不一致而引起的。预防热应力的基本途径：尽量减少铸件各部分间的温 差，使其均匀冷却，为此，可将浇道开在薄壁处或者在壁厚出安放冷铁，即采用同时凝 固原则。 （2）机械应力：它是合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。这种 应力在铸件落砂之后便可自行消除。 9、为防止铸件产生变形，在铸件设计时尽可能使铸件的壁厚均匀、形状对称；在铸 造工艺上采用同时凝固原则，以便冷却均匀；对于长而易变形的铸件，还可以采用“反变 形”工艺。 10、当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件便将产生裂纹。裂纹可分为热裂和冷裂。 （1）热裂：在高温下形成的裂纹。其形状特征是：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。
奥氏体——碳溶入 - Fe 中所形成的固溶体，呈面心立方晶格，以符号 A 表示，铁碳合金中 奥氏体属于高温组织。
11、金属化合物——各组元按一定整数比例结合而成、并具有金属性质的均匀物质，属 于单相组织，例如：渗碳体（ Fe3C ），硬度极高，塑性和韧性极低。
12、机械混合物——是由结晶过程所形成的两相混合组织。 珠光体——铁素体和渗碳体的混合，以 P 表示；珠光体在显微镜下呈层片状，白
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轧制工程学-第四章
H型钢和普通工字钢在轧制上的主要区别是，工字 钢可以在两辊孔型中轧制，而H型钢则需要在万能孔型 中轧制。
万能轧机轧制H型钢
(a)
(b)
(c)
(d)
（ a ）万能 - 轧边端可逆连轧；（ b ）万能粗轧孔； （c）轧边端孔；（d）万能成品孔 1-水平辊；2-轧边端辊； 3-立辊；4-水平辊
X－H 全轧程热力耦合仿真分析
第四章
型材生产工艺及孔型设计基础
H型钢主要应用领域
国家体育馆
浦东国际机场
天津港码头装吊设备
北汽现代厂房
中集货车大梁
4.1 型材生产工艺基础
型材的概念及特点： 金属经过塑性加工成形、具有一定断面 形状和尺寸的实心直条称为型材。型材的品 种规格繁多，用途广泛，在轧制生产中占有 非常重要的地位。
型材的特点
孔型设计的基本原则
(1) 选择合理的孔型系统。选择合理的孔型系统是 孔型设计的关键环节之一。孔型系统合理与否直接影 响到轧机的生产率、产品质量、各项消耗指标以及生 产操作等。通常在设计新产品的孔型时，应根据轧件 的变形规律，拟定出各种可能的孔型系统方案，通过 充分的对比分析和论证，从中选择合理的孔型系统。 (2) 充分利用钢的高温塑性，把变形量和不均匀变 形尽量放在前几道次，然后顺轧制程序逐道减小变形 量，这样对轧制成形过程有利。
首先对H型钢残余应力进行三维仿真分析，通过结果可以看出：空冷后H型钢腹板受压，冷 却过程中当压应力达到一定值时，腹板将产生冷却波浪。
300
200
Residual Stress /MPa
W1 W2 W3 Measure
100
0
-100
-200
-400
-300
第四章第一节 钢筋与混凝土的力学性能
区别：
f ck f cm (1 1.645 ) f c f ck / c f 0.88 f 1 2 cu,k ck
式中：γc——混凝土的材料分项系数，建筑工程取1.4，公 路桥涵取1.45。钢筋取1.1（1.2）；砌体取1.6（1.8）。
e ×10-3
0
2
4
6
8
2.1 单轴受压应力-应变关系
由上述混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变
形的 增大。对横向变形加以约束，就可以限制微裂缝的发展， 从而 可提高混凝土的抗压强度。 局部受压强度fcl 比轴心抗
压强度 fc 大很多，也是因为局
部受压面积以 外的混凝土对局 部受压区 域内部混凝土微裂缝 产生 了较强的约束。
e ×10-3
0
2 4 6 8
2.1 单轴受压应力-应变关系 (MPa) 达到C点fc，内部微裂
30
C
B
20
D
A
10
E
缝连通形成破坏面，应变 增长速度明显加快，C点 的纵向应变值称为峰值应 变 e 0，约为0.002。纵向应 变发展达到D点，内部裂 缝在试件表面出现第一条 可见平行于受力方向的纵 向裂缝。
第四章第一节 钢筋与混凝土的力学性能
一．钢筋混凝土的一般概念 二．混凝土 三．钢筋
四．钢筋与混凝土的粘结
一.钢筋混凝土的一般概念
◆混凝土(Concrete)：
◎抗压强度高，而抗拉强度却很低
High compressive strength, but lower tensile strength
◎一般抗拉强度只有抗压强度的1/8~1/20 ◎破坏时具有明显的脆性性质( Brittle)
4第四章钢与混凝土组合梁
钢与混凝土组合梁
4.1概述
组合梁即在钢梁上铺设混凝土板，可用于楼盖、屋盖、也可用于工业 建筑中的操作平台，在桥梁工程的路面中同样有广泛应用。 组合梁主要用于跨度大、荷载大，或者整体承重结构为钢结构的厂房 、高层建筑或桥梁结构等。 对于一般使用钢梁混凝土板的结构中，混凝土板只是作为楼面、屋面 、平台板或桥面。对钢梁来说混凝土板只是其荷载（图 4.1 ）。如果使 两者结合在一起，混凝土板与钢梁共同工作，则混凝土板可作为梁的翼 缘而成为梁的一部分，发挥比钢梁更大的作用，无论强度和刚度都大大 提高了（图4.2） 。 两者的组合作用是靠焊在钢梁上，浇筑在混凝土板中的剪切连接件来实 现的。剪切连接件的种类与计算如第一章所述。钢梁可以用轧制型钢或 焊接型钢，例如工字钢、槽钢。槽钢经常用作楼盖、平台或阳台的边梁 （见图4.3），可以获得平整的外表面。
（4）组合梁在施工阶段的承载力计算 1）钢梁的受弯承载力 在弯矩 M x 作用下，钢梁的正应力应满足
Mx f xWnx
（4.9）
在弯矩 M x和 M y 共同作用下，钢梁的正应力应满足
My Mx f xWnx yWny
（4.10）
M y —分别为绕x轴和y轴的弯矩（对工字形截 其中 M x 、 面，x轴为强轴，y轴为弱轴）；
（2）荷载短期效应设计时用的截面特征计算：
1）钢梁的截面特征 钢梁截面积
A bt tt bbtb hwtw
（4.2）
钢梁中和轴至钢梁顶面的距离
0.5bt tt2 hwtw (0.5hw tt ) bbtb (tt hw 0.5tb ) yt A
钢梁中和轴至钢梁底面的距离
混凝土翼缘的有效宽度be可按下式计算 ：
金属工艺学知识点总结
第一篇金属材料的基本知识第一章金属材料的主要性能金属材料的力学性能又称机械性能，是金属材料在力的作用所表现出来的性能.零件的受力情况有静载荷，动载荷和交变载荷之分。
用于衡量在静载荷作用下的力学性能指标有强度，塑性和硬度等；在动载荷和作用下的力学性能指标有冲击韧度等;在交变载荷作用下的力学性能指标有疲劳强度等。
金属材料的强度和塑性是通过拉伸试验测定的。
P6低碳钢的拉伸曲线图1，强度强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度有多种指标，工程上以屈服点和强度最为常用。
屈服点：δs是拉伸产生屈服时的应力。
产生屈服时的应力=屈服时所承受的最大载荷/原始截面积对于没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以席位产生0.2%变形时的应力，作为该材料的屈服点。
抗拉强度:δb是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力。
拉断前所能承受的最大应力=拉断前所承受的最大载荷/原始截面积2，塑性塑性是金属材料在力的作用下,产生不可逆永久变形的能力。
常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：δ试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率.伸长率=（原始标距长度－拉断后的标距长度）÷拉断后的标距长度×100%伸长率的数值与试样尺寸有关,因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定，以便进行比较。
同一种材料的δ5 比δ10要大一些。
断面收缩率：试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率，以ψ表示。
收缩率=(原始横截面积－断口处横截面积）÷原始横截面积×100％伸长率和断面收缩率的数值愈大，表示材料的塑性愈好.3，硬度金属材料表面抵抗局部变形（特别是塑性变形、压痕、划痕）的能力称为硬度。
金属材料的硬度是在硬度计上测出的。
常用的有布氏硬度法和洛氏硬度法。
1，布氏硬度（HB）是以直径为D的淬火钢球HBS或硬质合金球HBW为压头，在载荷的静压力下,将压头压入被测材料的表面，停留若干秒后卸去载荷，然后采用带刻度的专用放大镜测出压痕直径d，并依据d的数值从专门的表格中查出相应的HB值.布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。
冶金行业安全规程解读及典型案例第四章轧钢部分
轧钢目录一、危险场所作业安全----------------------------2二、防火安全------------------------------------5三、加热炉作业安全------------------------------6四、轧制作业安全--------------------------------9五、镀涂作业安全--------------------------------13六、清洗和精整作业安全--------------------------15第四章轧钢规程是指轧钢安全规程一、危险场所作业安全6．1．1 下列场所应属危险场所：——根据GBJ 16确定为甲、乙类生产火灾危险性场所；——根据GB 50058确定为0区、1区和2区气体或蒸汽爆炸性混合物和10区、11区粉尘或可燃纤维爆炸性混合物的爆炸危险场所；——接触毒物，有窒息性气体或射线，在不正常或故障情况下会造成急性中毒或严重人身伤害的场所；——高压、高频带电设备，或超过规定的磁场强度、电场强度标准，易于触电或可能造成严重伤害的场所；——高速运动(超过5m／s)轧件的周围和发生故障时可能的射程区域；——高温运动轧件周围或可能发生飞溅金属或氧化铁皮的区域；——外露的高速运转或移动设备的周围；——有毒物或易燃、易爆气体的设备或管道，可能积存有毒有害或可燃性气体的氧化铁皮沟、坑、下水道等场所；——强酸碱容器周围。
规程解读：——本规程所述的GBJ 16已废止，现执行GB50016-2006《建筑设计防火规范》。
GB50016及GB 50058《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》确定的甲、乙类生产火灾危险性场所和爆炸场所，轧钢工序主要涉及的区域有彩涂混合间、喷涂间、溶剂室、液压站、润滑油站等，彩涂混合间、喷涂间、溶剂室的爆炸和火灾危险环境等级为1区或2区，润滑站、液压站的爆炸和火灾危险环境等级为21区，因此应设为重点防火部位有严格的禁火措施。
工程材料与热加工习题48学时答案
第一章金属材料的力学性能1.1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标？答案：1.强度指标：弹性极限，弹性模量；屈服强度（条件屈服强度）；抗拉强度。
2.塑性指标：（1）断后伸长率；（2）断面收缩率1.2 常用的硬度测试方法有哪些？机械制造常用的硬度测试方法是什么？答案：1.常用硬度测试方法：压力法、划痕法、弹跳法。
2.机械制造常用硬度测试方法：压力法中的布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
1.3常见的工艺性能有哪些？答案：常见的工艺性能：1.热加工：铸造性能（流动性、收缩性）；锻压性能（可锻性、变形抗力）；焊接性能（可焊性）；热处理性能（淬透性、淬硬性）。
2.冷加工：机械加工（切削加工）性能。
1.4 材料的综合性能通常是指什么？答案：强度、硬度、塑性和韧性都较好，也称为强韧性好。
第二章金属与合金的结构与结晶2.1 什么是过冷度？过冷度与冷速有何关系？过冷度与金属结晶后的晶粒大小有何关系？答案：理论结晶温度与实际结晶温度的差值；冷速越大，过冷度越大；过冷度越大，晶粒越小。
2.2 晶粒大小对金属的力学性能有何关系？简述在凝固过程阶段晶粒细化的途径。
答案：晶粒细小（细晶强化），强度、硬度高的同时，塑性、韧性也好；细化晶粒的途径：（1）提高冷速，增加过冷度；（2）变质处理（孕育处理），引入外来晶核；（3）搅拌、震动（物理方式、机械方式）。
2.3 什么是固溶体？什么是固溶强化？答案：溶质溶入溶剂，保持溶剂晶格类型的固态合金相；固溶强化：溶质溶入溶剂，产生晶格畸变，强度硬度升高。
2.4 什么是金属化合物？什么是弥散强化？答案：溶质溶入溶剂，形成不同于溶质和溶剂晶格的新的晶格类型的固态合金相；弥散强化：金属化合物颗粒（圆、小、均）规整、尺寸小，均匀分布在合金的基体上，强度、硬度升高。
2.5 金属材料常用的强化方法是什么？答案：细晶强化、固溶强化、弥散强化、时效强化、加工硬化（冷变形强化）。
2.6 金属晶体的缺陷有几类？分别是什么？位错与硬度和强度有何关系？一般机械零件强化是提高位错密度还是降低位错密度？为什么？答案：1.三类；2.点缺陷（间隙、空位和置换原子）、线缺陷（位错：刃型位错和螺型位错）和面缺陷（晶界和亚晶界）；3.位错密度有一临界值，小于此临界值，位错密度越小硬度和强度越高；大于此临界值，位错密度越大硬度和强度越高；4.提高位错密度；通常条件下，提高位错密度实现容易，成本低。
第四章 铁碳合金
第四章 铁碳合金和铁碳相图铁碳合金中的主要元素是铁和碳，它包括工业纯铁、碳钢和白口铸铁。
铁碳合金是世界上产量最大、使用最广泛的金属材料—钢铁材料的发展基础，因此，铁碳合金相图是所有相图中最基本，最重要的相图。
铁碳合金中，碳的存在形式有两种，渗碳体和石墨。
渗碳体是一个亚稳定的化合物，在一定条件下可分解为铁和石墨。
所以，铁碳相图有两个，一个是Fe —Fe 3C 相图，是工业用钢的基础；另一个是Fe —石墨相图，是工业用铸铁的基础。
本章主要介绍Fe —Fe 3C 相图，关于Fe —石墨相图在金属材料学中会介绍。
§4.1 纯铁和铁碳合金中的相一、纯铁铁是钢铁材料最主要和最基本的元素。
铁的原子序数为26，原子量为56，属于过渡族元素。
铁的熔点为1538℃，温度20℃时的密度为7.873/cm g .1. 铁的同素异构转变（重结晶或多晶型转变）同素异构转变是指外界温度和压力改变时，固态金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现象，它是一个相变过程。
同素异构转变同液相结晶一样，也是一个晶核形成和晶核长大的过程。
为了区别于液相结晶，同素异构转变又称为重结晶或多晶型转变。
铁就具有同素异构转变的现象。
如图4.1是纯铁的冷却曲线。
从图中可以看出：当液态铁缓慢冷却至1538℃时，结晶为体心立方结构的δ—Fe 。
当温度降至1394℃时，δ—Fe 转变为面心立方结构的γ—Fe ，这个转变称为A 4转变，转变的平衡温度（1394℃）称为A 4点。
当温度降至912℃时，γ—Fe 转变为无磁性的体心立方结构的α—Fe ，这个转变称为A 3转变，转变的平衡温度（912℃）称为A 3点。
当温度降至770℃时，无磁性的α—Fe 转变为有磁性的α—Fe ，这个转变称为A2转变，转变的平衡温度称为A2点，也称居里点。
总之，固态纯铁有三种同素异构体。
随着温度的降低，依次为δ—Fe ，γ—Fe 和α—Fe ，其中δ—Fe 和α—Fe 是体心立方结构，而γ—Fe 是面心立方结构，图4.2是纯铁平衡结晶冷至室温的组织变化图。
钢铁是怎样炼成的第四章批注
钢铁是怎样炼成的第四章批注钢铁是一种普遍使用的材料，它可以用来做出强壮的建筑物，也可以用于生产更复杂的机械设备。
但无论怎样，钢铁都是由大量的原材料经过一系列精密的工序精炼而成，而《钢铁是怎样炼成的》一书，则用大量的细节描述了钢铁的这一精炼过程。
本文将从第四章的钢铁精炼过程出发，来观测其制造原理，以期更好地理解钢铁的精炼过程及其重要性。
第四章重点描述了钢铁精炼过程中的几个步骤，包括合金成分的调整、熔炼、凝固与实验等环节。
首先，在合金成分调整环节中，钢铁需要加入一定量的碳、硅等有色金属元素，使其含有碳的量达到0.2～2.00%，含硅的量为0.1～1.00%，以此满足钢铁的最终性能要求。
其次，熔炼环节中，合金成分调整好的钢铁，需要在工厂里的高温熔炉中熔炼，使得钢铁中的元素开始进行共晶反应，以此形成更加纯粹的合金。
最后，钢铁熔炼好以后，需要将其凝固，并进行实验检测，以期检验钢铁的性能。
在凝固过程中，钢铁会经历冷却、固化和粗铸等过程，将其凝固为直径为厘米的钢棒。
而实验检测则是检测钢铁性能，包括蠕变应变、抗拉强度、硬度、抗压强度和塑性等，保证钢铁最终性能满足客户要求。
通过仔细观察，钢铁精炼过程既复杂又艰巨，但是，经过上述精炼过程，最终钢铁的性能已经得到极大提高，质量也有了很大的改善。
从而可以看出，经过精炼的钢铁所具备的特性，一定程度上源自它精炼过程之所以重要。
此外，尽管钢铁精炼过程十分复杂，但若运用最新的科学技术，也可以大大改善精炼的效率，进而提高钢铁的质量。
例如，可以利用新型加热熔炉，使钢铁的冶炼过程更加高效；可以运用核磁共振技术，来分析钢铁的原子结构，从而实现迅速检测精炼质量的目的；还可以采用自动控制设备，提高精炼的准确性。
综上所述，精炼的过程是钢铁制造过程中最关键的一步，它既能够提高钢铁的质量，又能保证钢铁性能所需的精度。
此外，现在也有许多最新科技可以用来改善精炼的效率。
可以说，精炼技术的进步对于钢铁工业来说无疑意义重大，只有不断提高精炼技术，才能保证钢铁产品的最终质量。
教学课件第4章铁碳合金相图及碳素钢汇总
三 铁碳合金的分类
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：
• 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
• 钢(0.0218～2.11%C)高温组织为单相
• 亚共析钢 (0.0218～0.77%C) 室温组织为F+P
• 共析钢 (0.77%C)
P
• 过共析钢 (0.77～2.11%C) Fe3CⅡ +P
白
晶
白
口
白
口
铁
口
铁
铁
24
四 组织组成物在铁碳合金相图上的标注
组织组成物与
相组成物标注 区别主要在+ Fe3C和+Fe3C 两个相区. + Fe3C相区中有 四个组织组成 物区，+Fe3C 相区中有七个 组织组成物区。
+ Fe3C + Fe3C
25
A
L+
H
B
温N
度
J
A+
L
D
L+A
A
E
C
L+ Fe3C F
白口铸铁 (2.11～6.69%C) 铸造性能好, 硬而脆
亚共晶白口铸铁 (2.11～4.3%C) P+Fe3CII+Ld′ 共晶白口铸铁 (4.3%C) Ld′
过共晶白口铸铁 (4.3～6.69%C) Fe3CI+Ld′
23
亚共 过 共析 共 析钢 析 钢钢 工 业 纯 铁
亚
共
过
共
晶
共
晶
13
二 Fe-Fe3C相图分析
⒈ 特征点 2. 特征线 3.相区
15
1 特征点
第4章 M转变
反常高 (高Al 钢)
低温时，碳处于同一组空隙位置（完全有序状态） ∴ c/a高 室温时，温度回升，碳无序分布， ∴ c/a下降
二、马氏体转变的特点
1、表面浮凸和切变共格
惯习面指数、与母相取向关系相同的板条构成。 块/块之间大角度。
（2）亚结构：位错，又称位错M （3）晶体学取向：K-S （4）惯习面：{111}γ、{225}γ （5）形成温度高，又称高温M （6）含碳%低，又称低碳M （7） A化温度（晶粒大小）对板条 宽度影响不大；但对束尺寸有影响 （8）板条各自单独形核，随后长大 合并
四、 A的机械稳定化
Md点以下+少量塑性变形→诱发M转变 Md点以上+大量塑性变形→抑制M转变， 形变温度越高→变形%对稳定化影响越小 原因： 小变形→A层错、晶界、位错网、胞状 结构增加 大变形→A中高位错密度、亚晶→母相 强化 M转变→A稳定化，M%多→明显
§5马氏体转变的动力学
一、形核（主导） 1、热形核：可视为同素异构 临界尺寸取决于形核功、核胚长大激活能（能垒） 局限性：不能解释M低温形成的原因 2、缺陷形核： 非均匀形核：颗粒粉实验证实 形核位置：位错等晶体缺陷；夹杂；塑性变形区 3、自促发形核： 先形成M→尖端A形成位错→可以促使周围M转 变
二、 塑性和韧性
C%增加→塑性、韧性降低 位错M高塑性、韧性
容易变形 板条相互不碰撞
孪晶M塑性、韧性差
滑移系少 显微裂纹 隐晶M
混合M比例对性能影响
三、相变诱发塑性
M相变过程中塑性增加的现象
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半镇静钢：介于前两者之间。
特殊镇静钢
4、按金相组织分
按退火组织分
亚共析钢 共析 钢 过共析钢
珠光体钢 贝氏体钢 马氏体钢 铁素体钢 奥氏体钢 莱氏体钢
按正火组织分
贝氏体钢板
5、按用途分
结构钢
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆 渗 碳 钢 调 质 钢 机器用钢 弹 簧 钢 滚动轴承钢 耐 磨 钢
刃具钢 模具钢 量具钢
的万分之几。
如45钢—平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素 结构钢。
含Mn量为0.7~1.0%时，在两位数字后加元素符号“Mn”，如 40Mn。 对于沸腾钢和半镇静钢, 在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。
高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。
3、碳素工具钢
（一）成分与性能要求
国际符号
头
头 头 头 尾 尾
车辆车轴用钢
机车车轴用钢 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢 质量等级
LZ
JZ F b Z TZ
A.B.C.D.E
头
头 尾 尾 尾 尾 尾
L R
第一节 碳素钢
一、 化学成分对碳钢性能的影响
（1）含碳量的影响
亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢
的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。
0.77%C时，组织为100% P,钢的性能
即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续网状，强 度下降, 但硬度C为基的
Le’,合金太脆.
（2）杂志元素的影响
钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S，是由原料带入或脱氧残留的元素。
1、Mn:
0.8%时为杂质, 是有益元素。
常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法 表示符号（GB/T 221—2000）
名称 符号 位置 名称 符号 位置
碳素结构钢
低合金高强度钢 易切削钢
Q
Q Y
头
头 头
桥梁用钢
锅炉用钢 焊接气瓶用钢
q
g HP
尾
尾 尾
碳素工具钢
(滚珠)轴承钢 焊接用钢 铆螺钢 船用钢 汽车大梁用钢 压力容器用钢
T
G H ML
下降，质量提高。
脱氧方法符号: 沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊 镇静钢—TZ。 如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ
2、优质碳素结构钢
含碳量 0.05%-0.80%，钢的有害杂质较少，强度、塑性和
韧性均比普通碳素结构钢，用于制造较重要的机械零件。
牌号用两位数字表示，这两位数字表示钢平均含碳量
第四章 工业用钢
概述
工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢是指含碳量低于 2.11%的铁碳合金。 合金钢是指为了提高钢 的性能，在碳钢基础上
有意加入一定量合金元
素所获得的铁基合金。
钢的分类和牌号 一、钢的分类
1、按化学成分 低碳钢 0.25%C
Q460E低合金高强钢
碳素钢 中碳钢 0.25~0.6%C 高碳钢 0.6%C 低合金钢 合金元素总量 5% 合金钢 中合金钢 合金元素总量 5~10% 高合金钢 合金元素总量 10%
工具钢
特 殊 性 不锈钢 耐热钢 能钢
弹 簧 钢
钢的编号
为了管理和使用的方便，每一种合金钢都应该有一个简明的
编号。世界各国钢的编号方法不一样。钢编号的原则主要有 两条： （1）根据编号可以大致看出该钢的成分。 （2）根据编号可大致看出该钢的用途。 我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数 字相结合的方法。 采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时， 一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。
平均含碳量较高（0.65-1.35%），S、P含量低。
③ H：常温下氢在钢中的溶解度也很低，当氢在钢中以原子态
溶解时，降低韧性，引起氢脆。
当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂 纹，其内壁为白色，称白点或发裂。
钢中白点 钢的氢脆断口
二、碳素钢的牌号和用途
1、碳素结构钢
（1）成分：<0.4%C, P、S量及非金属
夹杂较多。
（2）性能：可焊性、塑性好。 Q235
5、气体元素
① N：室温下N在铁素体中溶解度 很低，钢中过饱和N在常温放置过 程中以FeN、Fe4N形式析出使钢变
脆, 称时效脆化。
钢中TiN夹杂
加Ti、V、Al等元素可使N固定，消 除时效倾向。
② O：氧在钢中以氧化物的形式存 在，其与基体结合力弱，不易变形，
易成为疲劳裂纹源。
钢中氧化物夹杂
作用为：① 强化铁素体；② 消除硫的有害作用。
2、 Si：0.5%时为杂质，是有益元素。 作用为： ① 强化铁素体；② 增加钢液流动性 3、 S为有害元素，含量应控制在0.045%以下。 常以FeS形式存在。易与Fe在晶界上形成低熔点共晶(985℃)，热加工
时(1150~1200℃)，由于其熔化而导致开裂，称热脆性。
高级优质钢
特级优质钢
≤0.030
≤0.025
≤0.030
≤0.020
≤0.025
≤0.025
≤0.025
≤0.015
平炉炼钢
3、按冶炼方法分
按炉别分
平炉钢 转炉钢 电炉钢
转炉炼钢
脱氧不充分，浇注时C与O反应发 生沸 沸腾钢：
腾。这种钢成材率高，但不致密。
按脱氧程度分
镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。
（3）热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。 （4）使用状态下组织：F+P
（5）用途
常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%。
用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。
（6）牌号
Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号
Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； 质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次
2、按质量分
钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。
分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢.
根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下： 钢类 普通质量钢 优 质 钢 碳 素 钢 合 金 钢
P
≤0.045 ≤0.035
S
≤0.045 ≤0.035
P
≤0.045 ≤0.035
S
≤0.045 ≤0.035
Mn可以消除硫的有害作用，通过反应生成高熔点的MnS (1600℃) FeS + Mn → Fe + MnS
4、P：也是有害元素， P一般控制在0.045%以下。
能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性 急剧下降，称冷脆性。
比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生 冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中