第三章 钢铁基本组织与分类相图
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共晶白口铁（4%硝酸酒精溶液）
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亚共晶白口铁（4%硝酸酒精溶液）
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过共晶白口铁（4%硝酸酒精溶液）
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不同含碳量的铁碳合金平衡组织形貌特征
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T8钢（4%硝酸酒精溶液）
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T12钢（4%硝酸酒精溶液）
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T12钢（碱性苦味酸钠水溶液）
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退火 F+P
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退火 F+P
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退火 F+P
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退火 P
4%硝酸酒精溶液
退火
P+Fe3CⅡ （白网） 4%硝酸酒精溶液
退火
P+Fe3C Ⅱ （黑网）
退火 P+Fe3CⅡ+L´d
退火 L´d
退火 精选PPTL课´件d+ Fe3CⅠ
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第4讲铁碳合金基本组织及铁碳合金相图分析
第4讲铁碳合⾦基本组织及铁碳合⾦相图分析第三章铁碳合⾦第⼀节基本组织⼀、铁碳合⾦的基本组织1、铁素体（F）铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。
由于α-Fe晶粒的间隙⼩，溶解碳量极微，其最⼤溶碳量只有0.0218%（727℃）所以是⼏乎不含碳的纯铁。
=180～230Mpa性能：σbHB=50～80δ=30～50%φ=70～80%ak=156～196J·cm-2显微镜下观察，铁素体呈灰⾊并有明显⼤⼩不⼀的颗粒形状。
Array C）2、渗碳体（Fe3渗碳体是铁与碳形成的稳定化合物。
含碳量为6.69%性能：HB=800，硬度很⾼，脆性极⼤，是钢中的强化相。
显微镜下观察，渗碳体呈银⽩⾊光泽。
渗碳体在⼀定条件下可以分解出⽯墨，3、奥⽒体（A）奥⽒体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。
γ-Fe的溶碳能⼒较⾼，最⼤为2.11%（1148℃）。
由于γ-Fe⼀般存在于727～1394℃之间，所以奥⽒体也只出现在⾼温区域内。
显微镜观察，奥⽒体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。
性能：δ=40～50%，具有良好的塑性和低的变形抗⼒。
是绝⼤多数钢种在⾼温进⾏压⼒加⼯所需的组织。
4、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体。
珠光体的平均含碳量为0.77%，在727℃以下温度范围内存在。
显微镜观察，珠光体呈层⽚状特征，表⾯具有珍珠光泽，因此得名。
=750Mpa性能：σbHB=160～180较⾼δ=20～25%φ=30～40%适中5、莱⽒体（Ld）莱⽒体是由奥⽒体和渗碳体组成的共晶体。
铁碳合⾦中含碳量为4.3%的液体冷却到1148℃时发⽣共晶转变，⽣成⾼温莱⽒体。
合⾦继续冷却到727℃时，其中的奥⽒体转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱⽒体。
统称莱⽒体。
第⼆节铁碳合⾦相图分析各主要线的意义：相图中的线是把具有相同转变性质的各个成分合⾦的开始点和终了点，分别⽤光滑曲线连接起来得到的，代表了铁碳合⾦内部组织发⽣转变的界限。
第三章铁碳合金相图详解版
第 二 节 铁碳合金状态图
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。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
一、Fe - Fe3C 相图的建立
4. 铁碳合金分类
（1） 工业纯铁 <0.0218% C 亚共析钢 <0.77% C
（2） 碳钢 共析钢 0.77% C 过共析钢 >0.77% C 亚共晶白口铸铁<4.3% C
（3） 白口铸铁 共晶白口铸铁 4.3% C 过共晶白口铸铁 >4.3% C
三、典型铁碳合金的结晶过程
1 1)共析钢的结晶过程
1 3)过共析钢的结晶过程
T12钢组织
室温组织：P+Fe3CⅡ
1
补充：工业纯铁的结晶过程
4）共晶白口铁结晶过程
室温组织为： Ld‘ （ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
5）亚共晶白口铁的结晶过程 室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’。
1
6）过共晶白口铁的结
晶过程
室温组织为：Fe3CⅠ +Ld‘ Ld‘（ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响
一 、含碳量对碳钢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：
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
金属工艺学第3章
第二节 铁碳合金相图
• ２.亚共析钢 • 根据Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图，含碳量小于０.７７％的亚共析钢从液态到
结晶终了的结晶过程与共析钢相同，合金全部转变为单相奥氏体。当 亚共析钢继续冷却到与ＧＳ线相交的温度时，从奥氏体中开始析出铁 素体，获得铁素体和奥氏体组织。由于铁素体只能溶解很少的碳，所 以合金中大部分的碳留在了奥氏体中，使剩余奥氏体的溶碳量有所增 加。随着温度的不断下降，析出的铁素体逐渐增多，剩余的奥氏体量 逐渐减少，而奥氏体的溶碳量沿ＧＳ线逐渐增加。当温度下降到与Ｐ ＳＫ线相交的温度（７２７℃）时，奥氏体的溶碳量达到０.７７％ ，此时剩余的奥氏体发生共析转变，转变成珠光体。
• ３.渗碳体 • 渗碳体是铁和碳相互作用而形成的一种具有复杂斜方晶体结构的金属
化合物，常用分子式Ｆｅ３Ｃ表示。渗碳体中碳的质量分数为６.６９ ％，熔点为１２２７℃，硬度很高（８００ＨＢＷ），塑性和韧性极 低，硬而脆。渗碳体分布在钢中主要起强化作用，它以多种晶粒形态 存在于钢中，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。
• ３.过共析钢 • 当含碳量大于０.７７％的过共析钢冷却到与ＡＥ线相交的结晶终了
温度时，获得单相奥氏体组织。
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第二节 铁碳合金相图
• 继续冷却到与ＥＳ线相交的温度时，由于温度的降低，碳在奥氏体中 的溶解度降低，过剩的碳以渗碳体（这种从奥氏体中析出的渗碳体称 为二次渗碳体）的形式从奥氏体共析钢的显微组织中沿晶界析出，随 着温度的下降，析出的Ｆｅ３ＣⅡ不断增多，并沿晶界呈网状分布， 奥氏体中的溶碳量逐渐下降，当温度降低到７２７℃时，剩余奥氏体 的溶碳量正好为０.７７％，于是发生共析转变而形成珠光体。温度 再继续下降，合金的组织基本不变，最终获得珠光体和二次渗碳体组 织。图３－１１所示为过共析钢的显微组织（图３－１１中黑色为层 片状的珠光体，白色为网状的二次渗碳体）。过共析钢的室温平衡组 织为珠光体和二次渗碳体，但随着含碳量的增加，钢中的二次渗碳体 量也逐渐增多。过共析钢结晶组织转变过程如图３－１２所示。
钢中常见的显微组织及铁碳合金相图.pptx
莱氏体
（二）铁碳合金的组织转变
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 )
温
度
L
a
L + S
S
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
二、铁碳合金状态图
铁碳合金相图是研究 铁碳合金最基本的工 具，是研究碳钢和铸 铁的成分、温度、组 织及性能之间关系的 理论基础,是制定热 加工、热处理、冶炼 和铸造等工艺依据.
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J N
A
G
F +A
L+A
L
L+3C
A +Fe3C
P +Fe3C
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF
⑵ 水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而 脆。
选择材料方面的应用 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。
铁碳合金相图详细讲解
3.4.2碳钢的机械性能与碳含量的关系
对图3.8进行分析，得知铁碳合金的含碳量:小于0.0218％时组织全部为 ；等于0.77％时全部为 ；等于4.3％时全部为 ′；等于6.69％时全部为 ；在它们之间的组织则为相应组织的混合物。利用杠杆定律对其质量分数计算可得如图3.9所示的含碳量与组织（ 、 、 、 ′、 ）的数量关系。C,%→
部结晶为 。从3点起， 逐渐转变为 ，至4点全部转变完了。4-5点间 冷却不变。自5点始，从 中析出 。 在 晶界处生核并长大，至6点时 全部转变为 。在6-7点间 冷却不变。在7-8点间，从 晶界析出 。因此合金的室温平衡组织为 + 。 呈白色块状； 量极少，呈小白片状分布于 晶界处。若忽略 ，则组织全为 。
图3.2工业纯铁结晶过程示意图
3.3.2共析钢
其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.3所示。
合金冷却时，于1点起从 中结晶出 ，至2点全部结晶完了。在2-3点间 冷却不变。至3点时， 发生共析反应生成 。从3′继续冷却至4点， 皆不发生转变。因此共析钢的室温平衡组织全部为 ， 呈层片状。
共析钢的室温组织组成物也全部是 ，而组成相为 和 ，它们的相对质量为：
⑴高温铁素体碳溶于 - 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号 表示。
⑵铁素体碳溶于 - 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号 或 表示。 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。
硬度（ ）主要决定于组织中组图3.8标注组织分区的Fe-Fe3C合金相图
可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。
钢材的基本组织结构
钢铁材料有7种基本组织结构：奥氏体、铁素体和渗碳体、珠光体、贝氏体、马氏体和莱氏体，其中奥氏体、铁素体和渗碳体是基本相，珠光体、贝氏体、马氏体和莱氏体是多相混合物。
奥氏体：观察Mn13或奥氏体钢1Cr18Ni9Ti的钢丝金相组织可发现，奥氏体的晶界比较直，晶内有孪晶或滑移线。
淬火钢中的残余奥氏体分布在马氏体的空隙处，颜色浅黄、发亮。
奥氏体钢丝具有优异的冷加工性能，在高低温条件下均可保持良好的强韧性。
一般来说奥氏体钢的冷加工硬化速率远大于珠光体和索氏体钢，经大减面拉拔可以制备具有特殊性能的弹簧，高锰奥氏体钢具有优异的耐磨性能和减振性能，奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能和耐热性能。
固溶状态的奥氏体钢无磁，经深冷加工有微弱的磁性。
铁素体：铁素体晶界圆滑，晶内很少见孪晶或滑移线，颜色浅绿、发亮，深腐蚀后发暗。
钢中铁素体以片状、块状、针状和网状存在。
纯铁素体组织具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度都很低；冷加工硬化缓慢，可以承受较大减面率拉拔，但成品钢丝抗拉强度很难超过1200MPa。
常用铁素体钢丝有铁素体不锈钢丝（0Cr17）和铁-铬-铝电热合金丝（0Cr25Al5）等。
渗碳体：钢中渗碳体以各种形态存在，外形和成分有很大差异。
一次渗碳体多在树枝晶间处析出，呈块状，角部不尖锐；共晶渗碳体呈骨骼状，破碎后呈多角形块状；二次渗碳体多在晶界处或晶内，可能是带状、网状或针状；共析渗碳体呈片状，退火、回火后呈球状或粒状。
在金相图谱中渗碳体白亮，退火状态呈珠光色。
一次渗碳体和破碎的共晶渗碳体只有在莱氏体钢丝，如9Cr18、Cr12、Cr12MoV和W18Cr4V中才能见到，只要热加工工艺得当，冷拉用盘条中的一次渗碳体块度应较小、无尖角，共晶碳化物应破碎成小块、角部要圆滑，否则根本无法拉拔，渗碳体带轻度棱角的盘条，可以通过正火后球化退火+轻度（Q020%）拉拔+高温再结晶退火的方法加以挽救。
带状和网状渗碳体也是拉丝用盘条中不应出现的组织，这两种组织提高钢的脆性，不利于钢丝加工成形，显著降低成品钢丝的切削性能和淬火均匀性，对网状2.5级的盘条可用正火的方法改善网状，一般来说钢丝经冷拉-退火两次以上循环，网状可降低0.5-1级。
第3章 铁碳合金相图和碳钢精品PPT课件
室温：C%=0.008%,
727 ℃ ：C%=0.0218%
图3-4 铁素体晶体结构示意图 返回
4.奥氏体 ( A 、 相)
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。 强度低，塑性好，易锻压成型。
727 ℃
C%=0.77%,
1148 5.渗碳体
C%=2.11%
图3-5 奥氏体晶体结构示意图 返回
6.珠光体 ( P ) 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 7.莱氏体 ( Ld ) 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
LB + H 1495℃ AJ
2.共晶转变反应式:
1148℃
LC
( AE + Fe3C ) Ld
3.共析转变反应式:
AS 727℃ ( FP + Fe3C ) P
§3 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 )
A1538
T°
L
A
G
L+A
E
1148℃
2.11%C
C 4.3%C
1227D
L+ Fe3C F
F
A+F P
Q
Fe
S
0.77%C F+ Fe3C
A+Fe3C
727℃ K
图3-10 工业纯铁结晶过程示意图
6.69%C
返回
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
A1538
T°
L
A
G
L+A
E
1148℃
2.11%C
F
钢铁材料常见金相组织相图
钢铁材料常见金相组织简介在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。
这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。
常见的金相组织有下列八种：一、铁素体铁素体（ferrite，缩写FN，用F表示），纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格。
碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。
这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。
随形成条件不同，先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。
铁素体还是珠光体组织的基体。
在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。
碳溶入δ-Fe中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，用δ表示，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大。
碳的质量分数为0.09%。
图1：铁素体二、奥氏体碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。
奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、=40~50%。
TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。
碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。
三、渗碳体渗碳体（cementite），指铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。
钢铁材料常见金相组织相图
钢铁材料常见金相组织简介在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。
这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。
常见的金相组织有下列八种：一、铁素体铁素体（ferrite，缩写FN，用F表示），纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格。
碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。
这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。
随形成条件不同，先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。
铁素体还是珠光体组织的基体。
在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。
碳溶入δ-Fe中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，用δ表示，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大。
碳的质量分数为0.09%。
图1：铁素体二、奥氏体碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。
奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、=40~50%。
TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。
碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。
三、渗碳体渗碳体（cementite），指铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。
第三章 铁碳相图
铁碳相图的应用
相图可指导我们对钢材的合理选用，对指导铸锻焊 和热处理工艺有直接意义。 1. 铸造方面 可根据相图上液相线确定铸件的合理浇 注温度。一般选在液相线以上 50-150℃，共晶成 分铸铁铸造性能好。 2. 锻压方面 从相图可以知道把钢加热到A3和Acm线 之上都会变成单相奥氏体。奥氏体钢塑性好，强 度较低，适用于变形量大的热变形加工。 3. 焊接方面 可根据铁碳相图分析碳钢的焊接组织， 并通过适当的热处理减轻或消除组织不均匀和焊 接应力。 4. 热处理方面 相图中的A1，A3和Acm三条相变线是 确定热处理工艺加热温度的依据。
2、碳的质量分数对平衡状态下碳钢机械性能的影响
1、硬度随含碳量 的增加而增加 2、强度随含碳量 的增加而增加， 到0.9%左右达到 最大，而后下降。 3、塑性、韧性随 含碳量的增加而 下降。
名称
组织
性能
铁素体 F/α相 奥氏体 A/γ相 珠光体 P 渗碳体 Fe3C
莱氏体 Ld 变态莱氏 体L’d
室温下各种相的相对含量，同理可求。
小结：标注组织的铁碳相图
小结：标注组织的铁碳相图
Ld
Ld
Ld
Ld′
Ld′
Ld′
F、F+P、P、P+Fe3CⅡ、P+ Fe3CⅡ+ Ld′、Ld′、Ld′+ Fe3CⅠ、Fe3C
铁碳合金的成分-组织-性能关系
三、铁碳合金的成分-组织-性能关系
1、碳的质量分数对平衡组织的影响
6.69 - 5 L'd % 100 % 70.7% 6.69 - 4.3 5 4.3 Fe3C(%) 100 % 29.3% 6.69 - 4.3
6.69 - 5 F% 100 % 25.3% 6.69 - 0.0218 5 0.0218 Fe3C(%) 100 % 74.7% 6.69 - 0.0218
各种钢的显微组织
45钢
锻造后退火
带状组织
白色晶粒为铁素体，黑色条状为珠光体，呈明显的带状分布
27
铁基含油轴承
粉末冶金
珠光体+铁素体+含油孔
黑色指纹状为珠光体，少量白色块状为铁素体，分散的小黑点为疏松的含油孔
22
45钢
渗硼
渗硼组织
表层为硼化物层（呈锯齿状）和过渡层，心部为45钢基体组织。
23
40Cr
软氮化
软氮化组织
表层为白亮色的氮化合物和含氮的扩散层，心部为40Cr基体组织
（三）钢的其它组织6种
24
20钢
铸态
低碳铸钢组织
白色网状、针状、块状组织为铁素体，黑色部分为珠光体
25
T8钢
退火脱碳
表层脱碳组织
表层脱碳后这亚共析钢，黑色为珠光体，白色为铁素体，心部为粗片状珠光体。
编号
材料
状态
组织
说明
（一）铁—碳平衡组织9种
1
工业纯铁
退火
铁素体
白色等轴多边形晶粒为铁素体，深色线为晶界,晶界上分布少量三次渗碳体。
2
20钢
退火
低碳钢平衡组织
白色晶粒为铁素体，深色块状为珠光体，高倍可见珠光体中的层状结构。
3
45钢
退火
中碳钢平衡组织
同上，但珠光体增多。
4
65钢
退火
高碳钢平衡组织
占大部分的深色组织为珠光体，白色为铁素体。
13
65Mn
等温淬火
下贝氏体
黑色针状为下贝氏体，白色基体为淬火马氏体和残余奥氏体。
14
20钢
淬火
低碳马氏体
成束的板条状为低碳马氏体
钢铁材料的基本组织
屈氏体
亦称极细珠光体，由奥氏体在低于珠光体形成温度分解而成的铁素体和渗碳体的混合体。其层片比索氏体更细。其硬度和强度均高于索氏体
11
贝氏体
贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体的混合物。贝氏体又分为上贝氏体和下贝氏体。在较高温度形成的称“上贝氏体”，呈羽毛状；在较低温度形成的称“下贝氏体”，呈针状或竹叶状。下贝氏体与上贝氏体相比，其硬度和强度更高，并保持一定的韧性和塑性
(2)钢渗的氮
将氮原子渗入钢件表层
常用于重要的螺栓、螺母、销钉等零件
提高钢件表层的硬度、耐磨性、
耐蚀性
类
别
(3)钢的氰化
将碳和氮原子同时渗人到钢件表层适用于低碳钢、中碳钢或合金钢零件，也可用于高速钢刀具
提高钢件表层的硬度和耐磨性
8．发黑
将金属零件放在很浓的碱和氧化剂溶液中加热氧化，使金属零件表面生成一层带有磁性的四氧化三铁薄膜常用于低碳钢、低碳合金工具钢
①改善组织结构和切削加工性能
②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理
③消除内应力
3．淬火
将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却
①使钢件获得较高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等
淬
火
类
别
(1)单液淬火
将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，在一种淬火剂中冷却
②稳定组织，稳定尺寸
③消除内应力
(1)低温回火
将淬硬的钢件加热到150-50ºC,并在这个温度保温一定时间，然后在空气中冷却,低温回火多用于切削刀具、量具、模具、滚动轴承和渗碳零件等
消除钢件因淬火而产生的内应力
第三章 钢铁基本组织与分类相图
钢铁基本组织与分类
钢铁基本组织、结构与性能。
碳含量对钢铁组织、性能的影响
钢铁的分类。
第一节 钢铁基本组织结构与性能 一.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。
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
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。
二.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%
2.按钢的质量分类:
钢的组织
图1.5 针状铁素体 图1.4等轴块状铁素体
a) b)
M/ A M/ A PF M/ A PF AF
PF AF PF
20µm µ
图1.6 多边形铁素体
1.3 奥氏体 奥氏体是一般钢在高温下的组织， 奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温 度和成分范围。 度和成分范围。有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室 这种奥氏体称残留奥氏体。 温，这种奥氏体称残留奥氏体。奥氏体是一种塑性很 好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。 强度较低的固溶体，
•
图1.2 体心立方结构
• 常见的属于体心立方结构的金属是 常见的属于体心立方结构的金属是α-Fe，体心立 ， 方的非密排面也是滑移面， 个滑移系。 方的非密排面也是滑移面 ， 有48个滑移系。 但是 个滑移系 体心立方金属塑性不一定强于面心立方， 体心立方金属塑性不一定强于面心立方 ， 因为非 密排面滑移过程中所受阻力较大。 密排面滑移过程中所受阻力较大。
根据Fe-Fe3C相图中获得的不同组织特征，将铁碳 合金按含碳量划分为7种类型。 • • • • • • • ①工业纯铁，ω(c)＜0.0218% ②共析钢， ω(c)=0.77% ③亚共析钢，0.0218% ＜ ω(c) ＜0.77% ④过共析钢，0.77% ＜ ω(c) ＜2.11% ⑤共晶白口铸铁， ω(c) =4.3% ⑥亚共晶白口铸铁，2.11% ＜ ω(c) ＜ 4.3% ⑦过共晶白口铸铁，4.3% ＜ ω(c) ＜6.69%
• 图（1）工业纯铁的显微组织 300×
• 工业纯铁的室温组织为铁素体（F）
• 图（2）共析钢的显微组织（片状珠光体）
• 共析钢在温度727℃，发生共析反应A→F+Fe3C, 转变结束后奥氏体全部转变为珠光体，它是铁素 体与渗碳体的层片交替重叠的机械混合物。
钢铁常见组织分类
奥氏体碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格。
晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处铁素体碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体。
亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
渗碳体碳与铁形成的一种化合物。
在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。
过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。
铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。
珠光体铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。
珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。
过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。
在A1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。
在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。
在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。
珠光体＋铁素体上贝氏体过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。
过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od 铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。
若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。
转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。
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钢铁基本组织、结构与性能。 钢铁基本组织、结构与性能。 碳含量对铁碳合金组织、 碳含量对铁碳合金组织、性能的影响 铁碳合金的生产及分类。 铁碳合金的生产及分类。
第一节 钢铁基本组织结构与性能 一.基本组织 基本组织
1.铁素体 ( F ) 铁素体 ( Ferrite ) 碳溶于 α–Fe中形成 中形成 的间隙固溶 体。
二.碳素钢的分类、编号及用途 碳素钢的分类、
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: 按碳的质量分数分类: 按碳的质量分数分类 低碳钢: * 低碳钢: Wc ≤ 0.25% 中碳钢: * 中碳钢: 0.25% ≤ Wc ≤ 0.6% 高碳钢: * 高碳钢: Wc > 0.6%
铁素体组织金相图
2.奥氏体 ( A ) --- Austenite 奥氏体 碳溶于 γ-Fe中形成 中形成 的间隙固溶 体。
奥氏体组织金相图
3. 渗碳体 ( Fe3C ) --- Cementite 铁与碳 形成的金属 化合物。 化合物。
渗碳体组织金相图
4.珠光体 ( P ) --- Pearite 珠光体 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
铸钢
用途：作形状较为复杂的结构件，如 用途：作形状较为复杂的结构件， 轧钢机框架、机车部件等。 轧钢机框架、机车部件等。
3.按钢的用途分类 按钢的用途分类: 按钢的用途分类
•碳素结构钢 ( carbon structural steel ) 碳素结构钢 用于制造各种机械零件、 用于制造各种机械零件、工程构 一般为低、中碳钢。 件。一般为低、中碳钢。 •碳素工具钢 ( carbon tool steel ) 碳素工具钢 用于制造各种工具。一般为高碳钢。 用于制造各种工具。一般为高碳钢。
第二节 铁碳合金的分类
钢中基本元素的作用
碳素钢的分类、 碳素钢的分类、编号及用途
一.碳钢中基本元素的作用
1.有益元素 有益元素 Si — 有很强的固溶强化作用,能脱 有很强的固溶强化作用, 氧。 Mn — 脱氧、去硫,提高钢的强度 脱氧、去硫, 和元素
5.莱氏体 ( Ld ) --- Ledeburite 莱氏体 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
二.碳含量 对力学性能 的影响
三.碳含量对工艺性能的影响
对铸造性能的影响。 铸造性能的影响。 的影响 锻造性能的影响 的影响。 对锻造性能的影响。 焊接性能的影响 的影响。 对焊接性能的影响。 切削加工性能的影响 的影响。 对切削加工性能的影响。
二)碳素钢的编号及用途
1.碳素结构钢: 碳素结构钢: 碳素结构钢 Q 235 — A · F 沸腾钢 A等级 等级 235 MPa 屈服强度
用途：作受力不高的结构， 用途：作受力不高的结构，如建 筑钢筋、型钢、钢板等。 筑钢筋、型钢、钢板等。
2.优质碳素结构钢 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% ～
用途：作一般用途的零件、 用途：作一般用途的零件、结构 如轴类、连杆、标准件、 件，如轴类、连杆、标准件、盘 套类零件等
3.碳素工具钢 碳素工具钢
T 12 A
高级优质 Wc = 12%0 碳素工具钢 用途：作手工具条、锉刀等。 用途：作手工具条、锉刀等。
4.铸造碳钢 铸造碳钢
ZG 200 - 400 σb ≥ 400MPa σs≥ 200MPa
P — 有很强的固溶强化作用,低温 有很强的固溶强化作用, 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 气体元素: 气体元素
N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时 ：钢中过饱和 在常温放置过程中会发生时 效脆化。 效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效 、 、 等元素可消除时效 倾向。 倾向。 O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。 ：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 ：原子态的过饱和氢时将降低韧性, 脆。当氢在缺陷处以 钢中白点 分子态析出时， 分子态析出时，会产 生很高内压， 生很高内压，形成微 裂纹，其内壁为白色， 裂纹，其内壁为白色， 称白点或发裂。 称白点或发裂。
2.按钢的质量分类: 按钢的质量分类: 按钢的质量分类
碳素钢: * 碳素钢: Wp = (0.035% ～ 0.045%) Ws = (0.035% ～ 0.050%) * 优质碳素钢: Wp = 0.035% 优质碳素钢: Ws = (0.030% ～ 0.035%) 高级优质碳素钢: * 高级优质碳素钢: Wp ≤ 0.030% Ws = ( 0.020%～0.025% ) ～