机械工程材料 第五章

组织形态：白色的铁素体片与黑色的 渗碳体片组成的层片状组织。
5、莱氏体：(符号:Ld)
莱氏体—含碳量4.3%的液态铁碳合金 冷却到共晶温度结晶生成的奥氏体和渗碳 体组成的机械混合物。 低温莱氏体—莱氏体冷却到共析温度 其中的奥氏体转变成珠光体形成的珠光体 和渗碳体组成的机械混合物。 （符号：Ld’）
4、典型合金的结晶过程： ⑴、工业纯铁①： L→L+δ→δ→δ+A→A→A+F→F→F+Fe3C Ⅲ 室温 组织：F+Fe3CⅢ； 三次渗碳体—冷却过程从铁 素体中析出的渗碳体。（形 态：颗粒状） ⑵、共析钢Ⅰ:
F:\课件\动画驱动\aawin L→L+A→A→P； 室温组织：P； 共析反应式： A0.77%≒F0.0218%+Fe3C共析；
④、铸钢： “ZG”“×××”“-”“×××”；如：ZG230-450。力学性能表 示。 “ZG”“××”；如：ZG35。主要化学成分。主要用于各种结构复杂 的重要受力零件。
从 Fe-FesC 相图中可知 ,铸 钢的凝固温度区间较宽 ,故流动性
差 ,化学成分不均匀 ,易形成分散 缩孔 。一般采用提高浇注温度来 改善流动性 , 这样会使高温奥氏 体晶粒粗大 ,且冷却速度又比较 快 , 迫使铁素体沿奥氏体一定晶
1、铁素体：（符号：F） 铁素体—碳在体心立方的α-Fe或δ-Fe的晶格间隙中，形成的间隙固溶体。 室温铁素体的特点： ⑴、碳最大的溶解度为0.0218%,室温时 溶解度0.0008%。 ⑵、显微组织为明亮的多边形晶粒。 ⑶、温度＜770℃有磁性。 ⑷、力学性能：σb=180～280Mpa； σ0.2=100～170 Mpa；δ=30～50%； ψ=70～80%； ak=160～200J/Cm2； HB=50～80 。 ⑸、工业纯铁的组织为铁素体组织。
5、铁碳合金成分、 组织和性能的关系：
6、铁碳相图的应用： ⑴、在选材方面：⑵、在铸造方面： ⑶、在锻造方面：⑷、在热处理方面：
四、碳钢
1、常存杂质对钢性能的影响：
⑴Mn：＜0.8%为杂质,其作为脱氧剂加入,并可形成MnS进入炉渣,可去 硫,可溶入铁素体,含量高时可形成合金渗碳体，为有益杂质。 ⑵ Si: ＜0.4%为杂质，存在于原料中，或作为脱氧剂加入，可溶入铁 素体, 为有益杂质。
②45%A组织组成物为α+（α+A）+AⅡ；相组成物为A+α。 L（60-45）=α（45-30） L+α=100 15L=15α L=α α=50% L=50% L=（α+A）=50% α（30-10）=A（100-30） 20α=70A α=7/2A α+A=100 7/2A+2/2A=9/2A=100 A=200/9 A=22.22% 100%的α析出AⅡ=22.22% 50%α析出AⅡ=11.11% 相组成物为A+α； α（45-10）=A（100-45） α+A=100 35α=55A 7α=11A （18/7） A=100 A=38.89% α= 61.11% 80%A组织组成物为A+（α+A）；相组成物为A+α L（80-60）=A（100-80） L+A=100 20L=20A L=A L=50% A=50% L=（α+A）=50% 相组成物为A+α； α（80-10）=A（100-80）； α+A=100 70α=20A A=（7/2）α （9/2）α=100 α=22.22% A= 77.78%
2、奥氏体：（符号：A）
奥氏体—碳在面心立方的γ-Fe的晶格间隙中，形成的间隙固溶体。 奥氏体的特点： ⑴、碳最大溶解度为2.11%。 ⑵、组织在727℃温度以上存在， 显微组织为明亮的多边形晶粒。 ⑶、为非磁性组织。 ⑷、力学性能：δ=40～50%； HB=170～220 。 3、渗碳体：(符号:Cm或Fe3C) 渗碳体—碳与铁形成的复杂晶格的 间隙化合物。 渗碳体的特点： ⑴、含碳量为恒定值，6.69%； ⑵、一种相结构有多种组织形态，如：颗 粒状、细片状、网状、粗针状、基体等；
例12：根据Fe—Fe3C相图，说明产生下列现象的原因： ⑴、含碳量为1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高； ⑵、在室温下，含碳量0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高；
⑶、变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；
⑷、在1100℃，含碳0.4%的钢能进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造； ⑸、钢锭在950～1100℃正常温度下轧制，有时会造成锭坯开裂； ⑹、一般要把钢材加热高温（约1000～1250℃）下进行热轧或锻造； ⑺、钢铆钉一般用低碳钢制成； ⑻、绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝 绳（用60、65、70、75等钢制成）； ⑼、钳工锯T8、T10、T12等钢料时比锯10、20钢费力，锯条容易磨钝； ⑽、钢适宜于通过压力加工成型，而铸铁适宜于通过铸造成型。
F
G P
Q
S
K
S、727℃，含碳量0.77%,共析点； P、727℃，含碳量0.0218%,碳在铁素体中最大溶解度点；
Q、室温，含碳量0.0008%,室温时碳在铁素体中最大溶解度点。
2、特性线： ECF、共晶反应线； PSK、共析反应线；（符号：A1） ABCD、液相线； ES、碳在奥氏体中的溶解度线；（符号：Acm） PQ、碳在铁素体中的溶解度线； GS、冷却时，奥氏体开始析出铁素体，加热时铁素体全部溶 入奥氏体的转变温度线；（符号：A3） 3、铁碳合金的分类： ⑴、工业纯铁：含碳量0～0.0218%； ⑵、钢： ①亚共析钢：含碳量0.0218～0.77%； ②共析钢：含碳量0.77%； ③过共析钢：含碳量0.77～2.11%； ⑶、白口铸铁: ①亚共晶白口铸铁: 含碳量2.11～4.3%； ②共晶白口铸铁: 含碳量4.3%； ③过共晶白口铸铁: 含碳量4.3～6.69%；
面以针状组织析出 , 这种组织称
为魏氏组织(如图所示) 。
魏氏组织使钢的塑性、韧性显著降低 。但可以采用热处理方法来消
除魏氏组织和改善钢的性能。这种组织也常出现在焊缝的熔合区，使焊 缝的力学性能显著降低。
例9：计算含碳量0.20%、0.45%、0.77%、1.2%的各种合金的相组成物的 相对重量。
⑹、亚共晶白口铸铁Ⅴ： F:\课件\动画驱动\aawin L→L+A→A+ Ld（A+Fe3C共晶）→A+Fe3CⅡ+Ld （A+Fe3C共晶）→P+ Fe3CⅡ+ Ld’（P+ Fe3C共
晶）；室温组织：P+
Fe3CⅡ+ Ld’（P+
Fe3C共晶）； ⑺、过共晶白口铸铁Ⅵ： F:\课件\动画驱动\aawin L→L+Fe3CⅠ→Ld（A+Fe3C共晶）+Fe3CⅠ→Ld’ （P+ Fe3C共晶）+ Fe3CⅠ；一次渗碳体—冷却 过程直接从液体结晶出的渗碳体。（形态： 粗针状） +Fe3CⅠ； 室温组织：Ld’（P+ Fe3C共晶）
解：0.45%
WF（0.45-0.0218）=WA(0.77-0.45) WF+WA=100 WA=（0.45-0.0218）/(0.77-0.0218)*100%=57.23%；
WF=42.77%
1.2% WA(1.2-0.77)=Wcm(6.69-1.2)
WA+Wcm=100
WA=(6.69-1.2)/ (6.69-0.77)*100%=92.74% Wcm=7.26% 例11：已知某退火钢显微组织有 50%的珠光体，50%铁素体，估算此钢 的含碳量。 解：C=50%*0.77%+50%*0.0218%=0.396%
⑸、非金属夹杂物和气体：钢在冶炼过程中易产生氧化物、硫化物、氮 化物、硅酸盐、气体等缺陷。均使钢的力学性能下降。 2、碳钢的分类、编号和用途： ⑴、碳钢分类： ①、按钢的含碳量： a、低碳钢≤0.25%； ②、按钢的质量： a、普通碳素钢：S≤0.050%； P≤0.045%；
b、中碳钢:0.3～0.55%； b、优质碳素钢：S≤0.035%； P≤0.035%； c、高碳钢≥0.60%。 c、高级优质碳素钢：S≤严格限制，硫主要形成FeS ，
Fe—FeS形成简单共晶相图，Fe— FeS易形成低熔点的共晶体，且分 布在奥氏体的晶界上，使钢产生热
脆性。但可以改善切削加工性能。
普通钢含S≤0.050% ；优质钢含 S≤0,035% ；高级优质S≤0.020%。
⑷、P:严格限制，磷易溶入铁素体中，使室温塑性和韧性急剧降低，使 钢在室温变脆，称其为“冷脆”，且焊接性能变坏。普通钢含 P≤0.045% ；优质钢含P≤0,035% ；高级优质P≤0.030%。
③按用途: a、碳素结构钢； b、碳素工具钢。 而在实际使用的过程中，经常几种分类交叉使用会觉得更加方便。
⑵、碳钢的编号和用途：
①、普通碳素结构钢： “Q”“×××”“-” “A、B、C、D”“F、b、Z、TZ” 用于普通结构件，或工程结构件。 在此基础上发展的专用钢有：“g”表示锅炉用钢；“R” 表示容 器用钢；“C”表示船舶用钢。 ②、优质碳素结构钢： “××”“A、F或Mn” 。普通含锰量：0.35～0.8%；较高含锰量： 0.7～1.2%；主要用于结构零件。 ③、碳素工具钢： “T”“×或××”“A或Mn” 主要用于各种工具。
组织形态：白色的渗碳体基体与 黑色树枝的珠光体组成的组织。
三、铁碳合金相图： 1、特性点 A、1538℃，铁的熔点； C、1148℃，含碳量4.3%,共晶点； D、1227℃，渗碳体的熔点； E、1148℃，含碳量2.11%，碳在 奥氏体中最大溶解度点； G、912℃，铁的同素异构转变点
A
B D C E
解：0.20% 0.2WF=Wcm(6.69-0.2) WF+Wcm=100 Wcm=0.2/6.69*100%=2.99%；