工程材料em5

1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
过共析钢组织金相图
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
3.半镇静钢 ( balanced steel )
半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢 和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进 行脱氧。其质量也介于二者之间,可代 替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。
三.碳素钢的分类、编号及用途
碳素钢的分类 碳素钢的编号及用途
一)碳素钢的分类
1.按碳的质量分数分类: * 低碳钢: Wc ≤ 0.25% * 中碳钢: 0.25% ≤ Wc ≤ 0.6% * 高碳钢: Wc > 0.6%
铸钢
本章的作业
P 65
3. 4. 5. P 66 8. 9. 10
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2.按钢的质量分类:
* 碳素钢: Wp = (0.035% ～ 0.045%) Ws = (0.035% ～ 0.050%) * 优质碳素钢: Wp = 0.035% Ws = (0.030% ～ 0.035%) * 高级优质碳素钢: Wp ≤ 0.030% Ws = ( 0.020%～0.025% )
1495℃
AJ
2.共晶转变反应式:
LC
1148℃
( AE + Fe3C )
Le
3.共析转变反应式:
AS
727℃
( FP + Fe3C )
P
三.典型铁碳合金的结晶过程分析
工业纯铁
( ingot iron ) 共析钢 ( eutectoid steel ) 亚共析钢 ( hypoeutectoid steel ) 过共析钢 ( hypereutectoid steel ) 共晶白口铁 ( eutectoid white iron ) 亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron ) 过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
二)钢锭的组织及其宏观缺陷
镇静钢
半镇静钢
沸腾钢
1.镇静钢 ( killed steel )
钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅 进行了充分脱氧 ,Wo = 0.01%左右, 成 分较均匀、组织较致密。主要用于机 械性能要求较高的零件。
2.沸腾钢 ( boiling steel )
钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧, Wo = 0.03%～0.07%,成分偏析较严重、 组织不致密。机械性能不均匀, 冲击韧 性差, 常用于要求不高的零件。
D
L+ Fe3CⅠ F
A
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ ( P+Fe3C )
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K Ld’+Fe3CⅠ
S A+F F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F P+Fe3CⅡ
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
一.组元 * 铁 ( ferrite ) * 渗碳体 ( Cementite )
二.基本组织
1.铁素体 ( F ) ( Ferrite ) 碳溶于 α–Fe中形成 的间隙固溶 体。
铁素体组织金相图
2.奥氏体 ( A ) --- Austenite 碳溶于 γ-Fe中形成 的间隙固溶 体。
奥氏体组织金相图
Si — 有很强的固溶强化作用,能脱
氧。
Mn — 脱氧、去硫,提高钢的强度
和硬度。
2.有害元素:
P — 有很强的固溶强化作用,低温
韧性差 ( 冷脆 )。 S — 能引起钢在热加工时或高温工 作下开裂 ( 热裂 )。
3.气体元素:
N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时
效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效 倾向。 O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。 H：原子态的过饱和氢时将降低韧性, 引起氢 脆。当氢在缺陷处以 钢中白点 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。
碳的质量分数对工艺性能的影响。
一.碳的质量分数对平衡组织的影响
二.碳的质 量分数对 力学性能 的影响
三.碳的质量分数对 工艺性能的影响
对铸造性能的影响。 对锻造性能的影响。 对焊接性能的影响。 对切削加工性能的影响。
第五节 Fe - Fe3C 相图的应用
选择材料方面的应用
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K Ld’+Fe3CⅠ
S A+F F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F P+Fe3CⅡ
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
Fe - Fe3C 相图
A T°
L L+A
G E A+ Fe3CⅡ 1148℃ C ( A+Fe3C )
3.按钢的用途分类:
•碳素结构钢 ( carbon structural steel ) 用于制造各种机械零件、工程构 件。一般为低、中碳钢。
•碳素工具钢 ( carbon tool steel ) 用于制造各种工具。一般为高碳钢。
二)碳素钢的编号及用途
1.碳素结构钢: Q 235 — A ·F 沸腾钢 A等级 235 MPa 屈服强度
Fe - Fe3C 相图
二. Fe - Fe3C 相图的分析
五个重要的成份点: P、S、E、C、K。
四条重要的线: EF、ES、GS、FK。
三个重要转变: 包晶转变反应式、共晶
转变反应式、共析转变反应式。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
1.包晶转变反应式:
LB + Hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
碳素钢的分类、编号及用途。
一.钢铁的冶炼
铸铁锭 高炉 炼铁
生产铸铁件
炼钢生铁
转炉 平炉 电炉
生产钢件
平炉炼钢
转炉炼钢
电弧炉炼钢
1.炼铁的冶金反应特点: 还原反应
Fe2O3
Fe3O4 FeO Fe
高温
CO气体
2.炼钢的冶金反应特点: 氧化反应
炼钢生铁
氧化反应
钢
二.钢锭的组织、质量及缺陷
一)杂质元素对钢的质量和性能的影响 1.有益元素
第一节 Fe - C相图的基础知识
1.铁与碳可以形成 Fe3C、Fe2C、FeC 等一系列化合物。
2.稳定的化合物可以作为一个独的组 元。 3.Fe – C 二元相图。
Fe – C 二元相图
温 度
Fe
Fe3C Fe2C (6.69%C)
FeC
C
Mg – Si 合金相图
第二节 形成Fe - Fe3C 相图组元 和基本组织的结构与性能
3. 渗碳体 ( Fe3C ) --- Cementite 铁与碳 形成的金属 化合物。
渗碳体组织金相图
4.珠光体 ( P ) --- Pearite 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
5.莱氏体 ( Ld ) --- Ledeburite 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
第 三 节 Fe - Fe3C 相图的建立与分析
制定热加工工艺方面的应用
一.选择材料方面的应用
1. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。 2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。
二.制定热加工工艺方面的应用
第六节 铁碳合金的生产及分类
钢铁的冶炼。
钢锭的组织、质量及缺陷。
2.优质碳素结构钢
* 45 --- Wc = 45%00 * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn --- Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%～1.0%
3.碳素工具钢
T 12 A
高级优质
Wc = 12%0
碳素工具钢
4.铸造碳钢
ZG 200 - 400
σb ≥ 400MPa σs≥ 200MPa
一.Fe - Fe3C 相图的建立 包晶反应相图 共晶反应相图
共析反应相图
Fe - Fe3C 相图
T°
Fe
Fe3C
Fe - Fe3C 相图
A T°
匀晶相图 L+A
L
1148℃ C
共晶相图
D
L+ Fe3CⅠ F
G 共析相图
A
E A+ Fe3CⅡ
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ ( P+Fe3C )
共晶白口铁组织金相图
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
亚共晶白口铁组织金相图
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
过共晶白口铁组织金相图
组织组成物: F ; P 0.77-0.45 F= 100%=43% 0.77-0.02 0.45-0.02 P=
0.02 0.45 0.77 6.69
工程材料 机械制造基础 -Ⅰ
第五章 铁碳合金相图
机电工程学院 金工学部 王志海
第五章 铁碳合金相图 ( Iron – Carbon Phase Diagram )
Fe – C 相图的基础知识。
形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结