铁碳合金优秀课件
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铁碳合金ppt课件
29.02.2020
Anming Li, Dept of MSE,hpu
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材料科学与工程学院
1：Mn的影响：
1）Mn可溶于F中，形成置换固溶体，产生固溶强化 2）Mn也能溶于Fe3C中，形成(FeMn）3C合金渗碳体 3）Mn可增加钢中P的相对量，并使组织变细，提高强度 4）Mn可消除S的有害影响(Mn与S形成化合物MnS）
29.02.2020
Anming Li, Dept of MSE,hpu
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材料科学与工程学院
一、 杂 质 的 影 响：
有益元素
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;
有害元素
P — 很强的固溶强化作用,低温韧性差 ( 冷脆 ); S — 引起钢热加工时或高温工作下开裂( 热裂 )
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材料科学与工程学院
镇 静 钢：
用锰铁、硅铁和铝进行了充分脱氧 ,Wo = 0.01%左
右,组织较致密。用于机械性能要求较高的零件。
沸 腾 钢：
进行轻度脱氧,Wo = 0.03%～0.07%, 组织不
致密。冲击韧性差, 常用于要求不高的零件。
半 镇 静 钢： 用锰铁和硅铁进行脱氧，脱氧程度介于镇 静钢和沸腾钢之间,一般不适于做重要零件。
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材料科学与工程学院
3. 按用途分：
碳素结构钢：用于工程构件和机械零件 碳素工具钢：用于各种刃具、模具、量具
29.02.2020
Anming Li, Dept of MSE,hpu
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三、碳钢的编号及用途
1.碳素结构钢: Q 235 — A · F
沸腾钢
A等级 235 MPa 屈服强度
铁碳合金-PPT课件
碳素工具钢 (T8等)
合金结构钢
低合金结构钢 20Cr 渗碳钢 20Cr 调质钢 40Cr 弹簧钢 60Si2Mn 轴承钢 3Cr13
合金工具钢
刃具钢 9SiCr 模具钢 3Cr2W8V 量具钢 CrWMn
2/15/2020
特殊性能钢
不锈钢 1Cr18Ni9 耐热钢 15CrMo 耐磨钢 3Cr13 其它 ZGMn13
2/15/2020
相图中主要线的含义
➢ ACD线—液相线 是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。 ➢ AECF线—固相线 各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终
止线。 ➢ ECF水平线—共晶线 含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在
1148 ℃由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反 应称为共晶反应。 ➢ PSK水平线—共析线（A1线） 含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此 线时，在727 ℃同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称 为共析反应。 ➢ GS线—（A3线） 是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。 ➢ ES线—称Acm线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时 由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。
工程材料导论
第2章 铁碳合金
2.1 金属及合金的晶体结构 2.2 铁碳合金相图及其应用 2.3 常用的金属材料及选用
铁碳合金是最重要的工程材料，钢 和铸铁是制造机器设备的主要金属 材料，在工业生产中占主导地位。 与其它材料相比，其资源广泛、冶 炼方便、价格低廉、性能优越。 金属材料铁碳合金是以铁、碳为主 要组元组成的合金。
4. 合金的结构——固溶强化
随着溶质原子的增加，所形成的 固溶体的强度、硬度升高的现象。
例如：纯铁与钢的用途
2/15/2020
课件 铁碳合金
碳素钢
教学目标 ——认识并掌握钢材 掌握碳素结构钢，碳素工具 钢，铸造碳钢的牌号、成分、性能和用途 教学重点 ——会根据常见工件的性能要求，合理选用材质
一 碳素钢
1
碳素结构钢
相关知识
2
碳素工具钢
3
铸造碳钢
普通碳素结构钢
普通碳素结构钢
成分及性能特点 成分特点： 杂质和非金属夹杂物较多 性能特点： 冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大 常用牌号和用途 牌号: Q215AF Q235 Q255 牌号解释: Q215表示屈服强度为215MPa的A级沸腾钢。 A B C D 依次提高
抗拉强度不小于400MPa 的铸造碳钢.
铸造碳钢
万向节
铸造碳钢
汽车后桥
铸造碳钢
连杆
小结
碳素钢的分类
按钢含碳量分 低碳钢 按钢的质量分 普通钢 按钢的用途分 结构钢 按冶炼时脱氧程度的不同分
分类 普通碳素结构 钢 优质碳素结构 钢 碳素工具钢 牌号 Q235-A.F 45 08
中碳钢 优质钢 工具钢 沸腾钢
第三章 第四节 碳素钢课件
复习
1 碳素钢
碳素钢基本知识
简称碳钢，是最基本的铁碳合金。它是指在冶炼时没有特意加入合金元素，且含碳量 大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。 2 含有元素 C、Mn、Si、S 、 P 中碳钢、 高碳钢
3 分类 按钢含碳量分： 低碳钢 、
按钢的质量分： 普通钢 、优质钢、高级优质钢 按钢的用途分： 结构钢、 工具钢 按冶炼时脱氧: 程度的不同分 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢
20钢
45钢
T10钢
低碳钢
中碳钢
高碳钢
高碳钢
构件名称 齿轮 法兰 锉刀 叶片 万向节
金属材料与制造工艺--铁碳合金 ppt课件
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第二节 铁碳合金状态图
一、Fe-Fe3C相图分析 1、建立Fe-Fe3C相图:采用热分析方法。
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第二节 铁碳合金状态图
一、Fe-Fe3C相图分析 2、Fe-Fe3C相图简介
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第二节 铁碳合金状态图
一、Fe-Fe3C相图分析 2、Fe-Fe3C相图简介
①主要特性点
铁
碳
钢
合
0.02﹪﹤wc﹤2.11﹪
金
白口铸铁 2.11﹪﹤wc﹤6.69﹪
亚共析钢 0.02﹪﹤wc﹤0.77﹪
共析钢 wc= 0.77﹪ 过共析钢 0.77﹪﹤wc﹤2.11﹪
亚共晶白口铸铁 2.11﹪﹤wc﹤4.3﹪
共晶白口铸铁 wc= 4.3﹪
过共晶白口铸铁 4.3﹪﹤wc﹤6.69﹪
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典型铁碳合金结晶过程分析
P39简答题五 1、0.4﹪wc、1.2﹪wc铁碳合金从液态冷至室温结晶过程。
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典型铁碳合金结晶过程分析
P39简答题五 ①0.4﹪wc铁碳合金结晶过程。
亚共析钢组织转变过程示意图
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典型铁碳合金结晶过程分析
P39简答题五 ①0.4﹪wc铁碳合金结晶过程。 室温组织
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第二节 铁碳合金状态图
一、Fe-Fe3C相图分析 3、共晶转变、共析转变
①共晶转变:合金在一定条件(温度、成分),由液体中同时 结晶出两种不同晶体,形成一种特殊的共晶体组织转变。
即: L4.3%C 11480 CLd4.3%C A2.11%C Fe3C6.69%C
A0.77%C 7270 CP0.77%C F0.02%C Fe3C6.69%C
金属材料与热处理第4章铁碳合金课件.ppt
4.2 二元合金相图
4.2.1 二元合金相图的表示方法 4.2.2 二元合金匀晶相图分析 4.2.3 二元合金共晶相图分析
4.2.1 二元合金相图的表示方法
合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温 度和成分之间的关系，简称相图或状态图。
它是了解合金中各种组织的形成与变化规律的有效工 具，是合金在极缓慢冷却、接近平衡条件下测绘的，又 称平衡图。
a)间隙固溶体 b)置换固溶体 溶质原子对晶格畸变影响示意图
4.1.3 金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质 称为金属化合物。
金属化合物可用化学分子式来表示。金属化合物的晶格类 型不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构，其性能具有 “三高一稳定”的特点，即高熔点、高硬度、高脆性和良好 的化学稳定性。
相：合金中化学成分、结构相同的组成部分称为相，相与 相之间具有明显的界限。
合金的组织是指合金中不同相之间相互组合而成的综合 体 。各相的数量、形状、大小及分布方式的不同形成了 合金组织。
4.1.2 固溶体
固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的
晶格中所形成的均匀固相，称为固溶体。溶入
的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶
1点以上
1～2点
2～3点
共析钢结晶示意图
3点以下
珠光体显微组织
2. 亚共析钢的结晶过程分析
亚共析钢（含碳量0.0218%＜C＜0.77%）的冷却过程如 图4-15结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕。在2点到3点之 间，奥氏体组织不发生转变；冷却到与GS线相交的3点时， 从奥氏体中开始析出铁素体。当温度降至与PSK线相交的 4点时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77%，此时奥氏体发 生共析转变，转变为珠光体。亚共析钢室温组织由珠光体 P和铁素体F组成。
工程材料 第四章 铁碳合金ppt课件
重要的点J、C、S
A A
A 室温
A
A+Fe3CⅡ+ Ld
P+Fe3CⅡ+L′ d
L+Fe3C Ⅰ
J点为包晶点 ， 反响式： LBH 14 9 C 5 A J
C点为共晶点 ，反响式：LC 11 4C 8AEF3eC(共晶渗碳
S点为共析点 ，反响式：AS 72 7CFPFe3C(共析渗
重要的线： ABCD—液相线； AHJECF—固相线； 程度线HJB—包晶线；程度线ECF—共晶线； 程度线PSK —共析反响线〔A1 线〕； GS—合金冷却时自A中开场析出F的临界温度线〔A3线〕; ES—碳在A中的固溶 线〔Acm线〕 ； PQ—碳在F中的固溶线。
0.35%；它能溶于F中，使F强化，从而使钢的强度、硬
度、弹性提高，而塑性、韧性降低。 〔3〕硫的影响 硫在钢中是有害杂质，它不溶于铁，而以FeS方式存在，
会使钢产生热脆性。
〔4〕磷的影响 磷在钢中是有害杂质，它 全部溶于铁素体中，虽可使
铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下钢的塑性、 韧性急剧降低，并使钢产生冷脆性。
在运用此相图时应留意以下两点： 〔1〕此相图只反映铁碳二元合金中相的平衡形状，如含
其它元素，相图将发生变化。 〔2〕此相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的形状，
假设冷却或加热速度较快时，其组织转变就不能只 用
相图来分析了。
第三节 碳钢 一、钢中常存杂质元素的影响 〔1〕锰的影响
在钢中它是一种有益元素，在碳钢中含锰量通常＜
其钢号以“已〞或“B〞字加上阿拉伯数字表示，共有 7级即B1、B2、B3 、… B7〔或已1、已2、已3、 …已7〕， 数字愈大的已类钢，其含碳量愈高。
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研究 Fe -Fe3C 为主
铁碳合金中的C 有两种存在形式：渗碳体Fe3C 和石墨
∴铁碳相图存在 Fe -Fe3C 和 Fe –石墨两种形式
11.12.2020
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1.铁碳合金基本相和组织
1.1、基本相 1）纯铁 铁具有典型的同素异构转变 TmFe =1538℃
1394℃
912℃
δ-Fe
γ-Fe
α-Fe
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6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
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亚共晶白口铁组织金相图
黑色树枝状：珠光体
树枝状P体周围的白色网状物：二次渗碳体 黑白相间的混合物：低温莱氏体
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7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
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过共晶白口铁组织金相图
白色条状：一次渗碳体
其余：珠光体
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标注了组织组成物的相图
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组织组成物: F ; P
杠杆定律
0.77-0.45
F=
100%=43%
0.77-0.02
0.02
0.02 0.45 0.77
6.67
P=
100% = 57%
0.77-0.02 相组成物: F ; Fe3C
小结
杠杆定律
三、应用(Application)
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简介 铁碳合金— 碳钢和铸铁 使用最广泛的金属材料。 铁与碳两个组元可形成的化合物：
Fe3C (wC=6.67%) , Fe2C, FeC
工业纯铁： wC ≤ 0.0218 % 碳钢：0.0218 %< wC ≤ 2.11% 铸铁：2.11% < wC ≤ 6.67%
铁碳合金优秀课件
11.12.2020
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第一节 铁碳合金相图
简介
工程材料CAI
一、铁碳合金的相(Phase)和组织(structure)
二、铁碳合金相图分析(Analysis)
1.主要点、线的含义 2.铁碳合金分类 3.相图各区域组织
分析方法:
从点、线入手，由高温 到低温逐步分析
4.铁碳合金室温(room temperature)组织
③ 强度、硬度低，塑性好。
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3）奥氏体 /A (Austenite)
①奥氏体— C 在 -Fe 中形成的间隙固溶体，具有面 心立方结构
②奥氏体的溶碳能力较大 — -Fe 晶格间隙与 C 半 径比较接近；
最大溶碳量：1148℃， wC=2.11% 最小溶碳量：727℃， wC=0.77%
③硬度、强度较低；塑性较高
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4）渗碳体 Cm (Cementite Fe3C)
①渗碳体 — Fe 与C 形成的间隙化合物Fe3C, 含碳量为 6.67% ，有固定的化学成分。
②渗碳体具有很高的硬度和耐磨性，塑性很差，延伸 率为零，熔点1227℃ 是铁碳合金的主要强化相
③ Fe3C 的形态对铁碳合金的力学性能产生重大影响
Lc → （ A+ Fe3C ） Ld
• S——共析点，727℃， wC=0.77%
As → （ F+ Fe3C ） P
• E——A体中最大溶C量， wC=2.11% 也是钢、铁的分界点
• G——Fe的同素异构转变的温度 ，912 ℃
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α-Fe γ-Fe
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1.主要特性线
ECF——共晶线，1148℃， L4.3 11 oC 4 8A 2.1 1F3C e6.67 莱氏体， Ld
钢 （ 0.0218 % ＜ C % ≤ 2.11 %）
亚共析钢 ＜ 0.77 % 共析钢 ＝ 0.77 % 过共析钢 ＞ 0.77 %
白口铸铁 （2.11 % ＜ C % ＜ 6.67 %）
亚共晶白口铁 ＜ 4.3 % 共晶白口铁 ＝ 4.3 % 过共晶白口铁 ＞ 4.3 %
几种常见碳钢
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1.2 基本组织
◆铁素体（Ferrite)
片状P体比粒状P强度、硬 度高，塑性、韧性差
◆奥氏体（Austenite ）
◆渗碳体（Cementite）or Fe3C
◆珠光体（Pearlite）
片状P :F 和 Fe3C 呈片状相间分布
（F+ Fe3C）机械混合物 粒状P: Fe3C呈粒状分布在F 基体上
体心立方 面心立方
体心立方
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2）铁素体 F (Ferrite) ①铁素体 — C 在 -Fe 中形成的间隙固溶体，具有体 心立方晶 格，用符号 F 表示
② 铁素体的溶碳能力差 — 由于体心立方晶格的间 隙远小于碳的原子半径；
最大溶碳量：727℃， wC=0.0218% 最小溶碳量：室温， wC=0.0008%
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亚共析钢组织金相图
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4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
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过共析钢组织金相图
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5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
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共晶白口铁组织金相图
白色：渗碳体
11.12.2020 黑色粒状及树枝状：珠光体
PSK——共析线，727℃，A1，As→ P
A 0.7 7 7 2 oC 7 F 0.02 1F 83C e6.67
GS——冷却时，由奥氏体析出铁素体的开始线；
加热时，铁素体溶入奥氏体的终止线。A3 ES——是碳在奥氏体中的溶解度曲线。Acm
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Fe-C 合金分类
工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %
◆高温莱氏体 （Ledeburite）or Ld 奥氏体呈颗粒状 或块状分布在渗
（A+ Fe3C ）机械混合物，727℃以上 碳体的基体上
◆低温莱氏体用Le’or Ld’表示
（P+ Fe3C ）机械混合物，727℃下
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一、主要点、线、区的含义
1.主要特性点
• C——共晶点，1148℃， wC=４.3%
或：P = 1 – WF = 57%
6.67-0.45
F=
100% = 94% Fe3C = 1 - WF = 6%
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1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
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工业纯铁组织金相图
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Fe3CⅢ
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2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
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共析钢组织金相图
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3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
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