教学课件第4章铁碳合金相图及碳素钢汇总
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22
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
J N
G
+
L+
L +Fe3C
L+Fe3C
+Fe3C
16
17
2 特征线 ⑴ 液相线—ABCD，
固相线—AHJECFD
⑵ 三条水平线： HJB：包晶线LB+δH⇄ J ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
共晶产物是 与Fe3C的机 械混合物，称作莱氏体, 用Ld表示。为蜂窝状, 以 Fe3C为基，性能硬而脆。
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
38
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
39
二 钢的分类与编号
1、钢的分类 (1)按化学成分分
钢中的MnS夹杂
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
37
5 气体元素的影响
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
莱氏体
18
PSK：共析线 S ⇄FP+ Fe3C 共析转变的产物是 与 Fe3C的机械混合物，称 作珠光体，用P表示。
L+δ
δ+
L+
+
L+ Fe3C + Fe3C
F+ Fe3C
珠光体
珠光体的组织特点是 两相呈片层相间分布, 性能介于两相之间。 PSK线又称A1线 。
19
⑶ 其它相线 GS,GP— ⇄ 固溶体 转变线, GS又称A3线。 HN,JN—δ⇄ 固溶体 转变线， ES—碳在 -Fe中的固 溶线。又称Ac m线。 PQ—碳在-Fe中的固 溶线。
1、Mn的影响: 0.8%时为杂质, 是有益元素。作用为： ① 强化铁素体； ② 消除硫的有害作用。
2、Si的影响：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。
35
3、S的影响：是有害元素。
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
4
2 奥氏体 碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体晶 粒，晶界较直。强度 低、塑性好，钢材热 加工都在 区进行.
碳钢室温组织中无奥氏 体。
奥氏体
5
3 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69% Fe3C硬度高、强度低(Rm35MPa), 脆性大, 塑性几 乎为零
32
【新课导入】纯铁是一种塑性很好的金属，既
不能制刀枪，也不能铸铁锅、犁锄。但当纯铁中 加入一定量的碳后，就变成了现代工业的骨骼— —钢铁材料了。钢铁材料是机械制造、建筑、交 通运输、国防及其他各部门应用最广泛的金属材 料。当今世界，钢铁产量占世界金属总产量的95 ％，钢铁的品种和使用量已成为衡量一个国家科 学技术和经济发展水平的重要标志。对钢而言， 有碳钢、合金钢之分。接下我们先来学习碳钢的 知识。
图 珠光体的显微组织
7
2 莱氏体Ld
莱氏体在7270C以上， 由奥氏体与渗碳体组成的 机械混合物，称为高温莱 氏体Ld；在7270C以下， 该组织转变为由珠光体与 渗碳体组成的机械混合物， 称为低温莱氏体 Ld’。其 显微组织如图，其力学性 能与渗碳体相似，硬度较 高，脆性较大。
图莱氏体的显微组织
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已
无实用价值。
12
铁碳合金相图：表示 在平衡状态下铁碳合金 的化学成分、相、组织 与温度的关系图。利用 它可以研究钢和铸铁的 内部组织及其变化规律， 从而为更好的利用它们， 并为制定热处理、压力 加工等工艺规程打下基 础。在工程中一般研究 的铁碳合金状态图实际 上都是铁与渗碳体两组 元构成的状态图，如图 所示。
Байду номын сангаас铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体
3
二 铁碳合金中的相 组元：Fe、 Fe3C 相
1 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。
碳在δ-Fe中的固溶体称δ-铁素体，用δ表示。
铁素体
都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低, 在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
刨
(4) 铸造性能: 共晶合金好 (5) 热处理性能: 后续介绍
磨
切削加工的基本形式
29
焊
铸
模锻
缝
造
组
织
30
六 铁碳合金相图的应用
1）在铸造中的应用。根据相图可以知道各种成分的钢 和铸铁的结晶温度，可确定合金的浇注温度，知道合 金的凝固温度范围，判断流动性以及缩孔、缩松的倾 向。共晶成分的合金，结晶温度较低，偏析较小，流 动性好，因而铸造合金的成分常选用接近共晶成分。
20
3 相区
⑴ 五个单相区：
L、、、、Fe3C ⑵ 七个两相区: L+、
L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、 +Fe3C
⑶ 三个三相区：即HJB (L++)、ECF(L++ Fe3C)、 PSK(++ Fe3C)三条水平线
21
※小结:
学习内容 Fe- Fe3C相图 一、Fe- Fe3C相图相图特性点 二、Fe- Fe3C相图特性线 三、 Fe- Fe3C相图相区
2
※一 铁碳合金的基本组织
一【 新课导入】
钢和生铁都是铁碳合金，其基本组织是铁和碳 两个元素，是现代工业中应用最广泛的金属材料。 为了熟悉钢铁材料的组织与性能，以便在生产中合 理使用，首先必须研究铁碳合金相图。一般说的铁 碳合金相图，实际上是铁-渗碳体（Fe- Fe3C ）相 图。根据含碳量的不同，碳可以溶解在铁中形成固 溶体，也可以反应形成金属化合物，或固溶体与金 属化合物组成机械混合物。因此，在铁碳合金中出 现以下几种基本组织：
钢铁 分类
工
钢
业
共析钢
纯
铁 亚共析钢 过共析钢
白口 铸 铁
共晶白口铸铁
亚共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
含碳量% 0 0.0218 0.77
2.11
4.3
6.69
100
组织组 铁素体 成物相 对量%
0
三次渗碳体
相组成 100 物相对 量%
0
珠光体
二次渗碳体
莱氏体
一次渗碳体
Fe3C
27
2 含碳量对力学性能的影响 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。
第四章 铁碳合金相图及碳素钢
※一 铁碳合金的基本组织 ※二 铁碳合金相图 ※三 碳素钢（非合金钢）
1
教学要求：
1、熟练掌握铁碳合金基本组织——铁素体、奥氏体、 渗碳体、珠光体和莱氏体的含义、符号、性能。 2、了解铁碳合金相图，掌握Fe-Fe3C相图特性点、 特性线和各区域的组织。 3、明确铁碳合金的分类，掌握含碳量对钢组织和性 能的影响。 4、理解Fe-Fe3C相图的应用，特别是钢在锻造和铸 造中的应用。 5、掌握碳钢的概念，熟练掌握碳钢的五种分类，掌 握普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢的 牌号、性能和典型用途。
2）在锻造中的应用。钢中有奥氏体组织时，塑性好， 变形是抗力低，便于塑性变形，故常选择单相奥氏体 区域的适当温度范围。
3）在热处理中的应用。相图反映了不同成分的合金在 缓慢加热或冷却时，所发生的组织转变温度，是制订 热处理工艺的依据。
31
【小结】 一、铁碳合金的分类 二、含碳量对钢组织和性能的影响 三、Fe- Fe3C相图的应用
钢类
普通质量钢 优质 钢 高级优质钢 特级优质钢
碳素钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.030 ≤0.030
≤0.025 ≤0.020
合金钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.025 ≤0.025
≤0.025 ≤0.015
41
（3）按用途分
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆
8
※小结:
9
※小结:
10
【新课导入】从铁碳合金组织学习中我们 知道，室温下的组织F、P、Ldˊ、Fe3C随 着含碳量增加，它们的性能变化是规律的， 塑性、韧性由好变差，硬度由大变小，其 实这种变化规律我们是可以从材料专家绘 制的铁碳合金相图反映出来的。我们接下 来就是学习讨论：铁碳合金相图
11
A+ Fe3C
G
A+
Ld
F
A+F
P
S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Ld
P
F+ Fe3C
Le+ Fe3CⅠ
K
Q P+F
P+ Fe3CⅡ
Ld
P+ Fe3CⅡ+Ld
Ld+ Fe3CⅠ
Fe F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
26
五 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 ⒈ 含碳量对室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：
33
※三 碳素钢（非合金钢）
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。
34
一 钢中杂质对钢性能的影响
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。
低碳钢 0.25%C 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%
40
(2) 按冶金质量分 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：
※二 铁碳合金相图
一 Fe-C相图与Fe-Fe3C相图 铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。
含碳量为0.0218%～2.11%的称钢;含碳量为 2.11%～6.69%的称铸铁。含碳量低于0.0218%的 称纯铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。
Fe3C是一个亚稳相，在一 定条件下可发生分解：
Fe3C→3Fe+C(石墨), 该 钢中的渗碳体
反应对铸铁有重要意义。
由于碳在-Fe中的溶解度
很小，因而常温下碳在铁
碳合金中主要以Fe3C或石
墨的形式存在。
铸铁中的石墨
6
三 铁碳合金中的基本组织
1 珠光体P：珠光体 是铁素体和渗碳体的 机械混合物。其显微 组织如图，珠光体强 度较高，塑性、韧性 和硬度介于渗碳体和 铁素体之间。
于其熔化而导致开裂，称热脆性.
钢中的硫应控制在0.05%以下. Mn可消除硫的有害作用,
合金晶界的低熔点硫化物共晶
FeS + Mn → Fe + MnS， MnS熔点高(1600℃)。
36
4、P的影响：也是有害
元素。 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。
P一般控制在0.045% 以下.
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 硬度仍上升。
＞2.11%C，组织中有以
Fe3C为基的Ld,合金太脆.
28
3 含碳量对工艺性能的影响
(1) 切削性能: 中碳钢合适
(2) 可锻性能: 低碳钢好
车
铣 钻
(3) 焊接性能: 低碳钢好
结构钢
调 质 钢渗 碳 钢弹 簧
机器用钢 钢滚动轴承
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
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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
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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′
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亚共 过 共析 共 析钢 析 钢钢 工 业 纯 铁
亚
共
过
共
晶
共
晶
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二 Fe-Fe3C相图分析
⒈ 特征点 2. 特征线 3.相区
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1 特征点
J N
G
+
L+
L +Fe3C
L+Fe3C
+Fe3C
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2 特征线 ⑴ 液相线—ABCD，
固相线—AHJECFD
⑵ 三条水平线： HJB：包晶线LB+δH⇄ J ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
共晶产物是 与Fe3C的机 械混合物，称作莱氏体, 用Ld表示。为蜂窝状, 以 Fe3C为基，性能硬而脆。
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
38
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
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二 钢的分类与编号
1、钢的分类 (1)按化学成分分
钢中的MnS夹杂
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
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5 气体元素的影响
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
莱氏体
18
PSK：共析线 S ⇄FP+ Fe3C 共析转变的产物是 与 Fe3C的机械混合物，称 作珠光体，用P表示。
L+δ
δ+
L+
+
L+ Fe3C + Fe3C
F+ Fe3C
珠光体
珠光体的组织特点是 两相呈片层相间分布, 性能介于两相之间。 PSK线又称A1线 。
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⑶ 其它相线 GS,GP— ⇄ 固溶体 转变线, GS又称A3线。 HN,JN—δ⇄ 固溶体 转变线， ES—碳在 -Fe中的固 溶线。又称Ac m线。 PQ—碳在-Fe中的固 溶线。
1、Mn的影响: 0.8%时为杂质, 是有益元素。作用为： ① 强化铁素体； ② 消除硫的有害作用。
2、Si的影响：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。
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3、S的影响：是有害元素。
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
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2 奥氏体 碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体晶 粒，晶界较直。强度 低、塑性好，钢材热 加工都在 区进行.
碳钢室温组织中无奥氏 体。
奥氏体
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3 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69% Fe3C硬度高、强度低(Rm35MPa), 脆性大, 塑性几 乎为零
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【新课导入】纯铁是一种塑性很好的金属，既
不能制刀枪，也不能铸铁锅、犁锄。但当纯铁中 加入一定量的碳后，就变成了现代工业的骨骼— —钢铁材料了。钢铁材料是机械制造、建筑、交 通运输、国防及其他各部门应用最广泛的金属材 料。当今世界，钢铁产量占世界金属总产量的95 ％，钢铁的品种和使用量已成为衡量一个国家科 学技术和经济发展水平的重要标志。对钢而言， 有碳钢、合金钢之分。接下我们先来学习碳钢的 知识。
图 珠光体的显微组织
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2 莱氏体Ld
莱氏体在7270C以上， 由奥氏体与渗碳体组成的 机械混合物，称为高温莱 氏体Ld；在7270C以下， 该组织转变为由珠光体与 渗碳体组成的机械混合物， 称为低温莱氏体 Ld’。其 显微组织如图，其力学性 能与渗碳体相似，硬度较 高，脆性较大。
图莱氏体的显微组织
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已
无实用价值。
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铁碳合金相图：表示 在平衡状态下铁碳合金 的化学成分、相、组织 与温度的关系图。利用 它可以研究钢和铸铁的 内部组织及其变化规律， 从而为更好的利用它们， 并为制定热处理、压力 加工等工艺规程打下基 础。在工程中一般研究 的铁碳合金状态图实际 上都是铁与渗碳体两组 元构成的状态图，如图 所示。
Байду номын сангаас铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体
3
二 铁碳合金中的相 组元：Fe、 Fe3C 相
1 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。
碳在δ-Fe中的固溶体称δ-铁素体，用δ表示。
铁素体
都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低, 在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
刨
(4) 铸造性能: 共晶合金好 (5) 热处理性能: 后续介绍
磨
切削加工的基本形式
29
焊
铸
模锻
缝
造
组
织
30
六 铁碳合金相图的应用
1）在铸造中的应用。根据相图可以知道各种成分的钢 和铸铁的结晶温度，可确定合金的浇注温度，知道合 金的凝固温度范围，判断流动性以及缩孔、缩松的倾 向。共晶成分的合金，结晶温度较低，偏析较小，流 动性好，因而铸造合金的成分常选用接近共晶成分。
20
3 相区
⑴ 五个单相区：
L、、、、Fe3C ⑵ 七个两相区: L+、
L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、 +Fe3C
⑶ 三个三相区：即HJB (L++)、ECF(L++ Fe3C)、 PSK(++ Fe3C)三条水平线
21
※小结:
学习内容 Fe- Fe3C相图 一、Fe- Fe3C相图相图特性点 二、Fe- Fe3C相图特性线 三、 Fe- Fe3C相图相区
2
※一 铁碳合金的基本组织
一【 新课导入】
钢和生铁都是铁碳合金，其基本组织是铁和碳 两个元素，是现代工业中应用最广泛的金属材料。 为了熟悉钢铁材料的组织与性能，以便在生产中合 理使用，首先必须研究铁碳合金相图。一般说的铁 碳合金相图，实际上是铁-渗碳体（Fe- Fe3C ）相 图。根据含碳量的不同，碳可以溶解在铁中形成固 溶体，也可以反应形成金属化合物，或固溶体与金 属化合物组成机械混合物。因此，在铁碳合金中出 现以下几种基本组织：
钢铁 分类
工
钢
业
共析钢
纯
铁 亚共析钢 过共析钢
白口 铸 铁
共晶白口铸铁
亚共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
含碳量% 0 0.0218 0.77
2.11
4.3
6.69
100
组织组 铁素体 成物相 对量%
0
三次渗碳体
相组成 100 物相对 量%
0
珠光体
二次渗碳体
莱氏体
一次渗碳体
Fe3C
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2 含碳量对力学性能的影响 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。
第四章 铁碳合金相图及碳素钢
※一 铁碳合金的基本组织 ※二 铁碳合金相图 ※三 碳素钢（非合金钢）
1
教学要求：
1、熟练掌握铁碳合金基本组织——铁素体、奥氏体、 渗碳体、珠光体和莱氏体的含义、符号、性能。 2、了解铁碳合金相图，掌握Fe-Fe3C相图特性点、 特性线和各区域的组织。 3、明确铁碳合金的分类，掌握含碳量对钢组织和性 能的影响。 4、理解Fe-Fe3C相图的应用，特别是钢在锻造和铸 造中的应用。 5、掌握碳钢的概念，熟练掌握碳钢的五种分类，掌 握普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢的 牌号、性能和典型用途。
2）在锻造中的应用。钢中有奥氏体组织时，塑性好， 变形是抗力低，便于塑性变形，故常选择单相奥氏体 区域的适当温度范围。
3）在热处理中的应用。相图反映了不同成分的合金在 缓慢加热或冷却时，所发生的组织转变温度，是制订 热处理工艺的依据。
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【小结】 一、铁碳合金的分类 二、含碳量对钢组织和性能的影响 三、Fe- Fe3C相图的应用
钢类
普通质量钢 优质 钢 高级优质钢 特级优质钢
碳素钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.030 ≤0.030
≤0.025 ≤0.020
合金钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.025 ≤0.025
≤0.025 ≤0.015
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（3）按用途分
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆
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※小结:
9
※小结:
10
【新课导入】从铁碳合金组织学习中我们 知道，室温下的组织F、P、Ldˊ、Fe3C随 着含碳量增加，它们的性能变化是规律的， 塑性、韧性由好变差，硬度由大变小，其 实这种变化规律我们是可以从材料专家绘 制的铁碳合金相图反映出来的。我们接下 来就是学习讨论：铁碳合金相图
11
A+ Fe3C
G
A+
Ld
F
A+F
P
S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Ld
P
F+ Fe3C
Le+ Fe3CⅠ
K
Q P+F
P+ Fe3CⅡ
Ld
P+ Fe3CⅡ+Ld
Ld+ Fe3CⅠ
Fe F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
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五 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 ⒈ 含碳量对室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：
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※三 碳素钢（非合金钢）
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。
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一 钢中杂质对钢性能的影响
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。
低碳钢 0.25%C 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%
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(2) 按冶金质量分 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：
※二 铁碳合金相图
一 Fe-C相图与Fe-Fe3C相图 铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。
含碳量为0.0218%～2.11%的称钢;含碳量为 2.11%～6.69%的称铸铁。含碳量低于0.0218%的 称纯铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。
Fe3C是一个亚稳相，在一 定条件下可发生分解：
Fe3C→3Fe+C(石墨), 该 钢中的渗碳体
反应对铸铁有重要意义。
由于碳在-Fe中的溶解度
很小，因而常温下碳在铁
碳合金中主要以Fe3C或石
墨的形式存在。
铸铁中的石墨
6
三 铁碳合金中的基本组织
1 珠光体P：珠光体 是铁素体和渗碳体的 机械混合物。其显微 组织如图，珠光体强 度较高，塑性、韧性 和硬度介于渗碳体和 铁素体之间。
于其熔化而导致开裂，称热脆性.
钢中的硫应控制在0.05%以下. Mn可消除硫的有害作用,
合金晶界的低熔点硫化物共晶
FeS + Mn → Fe + MnS， MnS熔点高(1600℃)。
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4、P的影响：也是有害
元素。 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。
P一般控制在0.045% 以下.
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 硬度仍上升。
＞2.11%C，组织中有以
Fe3C为基的Ld,合金太脆.
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3 含碳量对工艺性能的影响
(1) 切削性能: 中碳钢合适
(2) 可锻性能: 低碳钢好
车
铣 钻
(3) 焊接性能: 低碳钢好
结构钢
调 质 钢渗 碳 钢弹 簧
机器用钢 钢滚动轴承