铁碳合金相图分析

第四章铁碳合金

第一节铁碳合金的相结构与性能

一、纯铁的同素异晶转变

δ-Fe→γ-Fe→α-Fe

体心面心体心

同素异晶转变——固态下，一种元素的晶体结构

随温度发生变化的现象。

特点：

•是形核与长大的过程（重结晶）

•将导致体积变化（产生应力）

•通过热处理改变其组织、结构→性能

二、铁碳合金的基本相

基本相定义力学性能溶碳量

铁素体F 碳在α-Fe中的间隙固溶体强度,硬度低，塑性,韧性好最大0.0218% 奥氏体A 碳在γ-Fe中的间隙固溶体硬度低，塑性好最大2.11% 渗碳体Fe3C Fe与C的金属化合物硬而脆800HBW,δ↑=αk=0 9.69%

第二节铁碳合金相图

一、相图分析

两组元：Fe、Fe3C

上半部分图形（二元共晶相图）

共晶转变：

1148℃727℃

L4.3 →A2.11+ Fe3C →P + Fe3C莱氏体Ld Ld′

2、下半部分图形（共析相图）

两个基本相：F、Fe3C

共析转变：

727℃

A0.77→ F0.0218 + Fe3C

珠光体P

二、典型合金结晶过程

分类：

三条重要的特性曲线

① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线.

② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线.

③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727ºC时达到最大值0.0218%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300ºC以下溶碳量小于0.001%.因此当铁素体从727ºC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ.

工业纯铁（<0.0218%C）

钢（0.0218-2.11%C）——亚共析钢、共析钢（0.77%C）、过共析钢

白口铸铁（2.11-6.69%C）——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁

L → L+A → A → P(F+Fe3C)

L → L+A → A →A+F → P+F

L → L+A → A →A+ Fe3CⅡ→ P+ Fe3CⅡ

4、共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) → Ld(A+Fe3C+ Fe3CⅡ) →Ld′(P+Fe3C+ Fe3CⅡ)

5、亚共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + A → Ld+A+ Fe3CⅡ→Ld′+P+ Fe3CⅡ

6、过共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + Fe3C → Ld + Fe3C→Ld′+ Fe3C

三、铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系

1、含碳量对铁碳合金平衡组织的影响

2、含碳量对铁碳合金力学性能的影响

四、铁碳合金相图的应用

1、选材方面的应用

2、在铸造、锻造和焊接方面的应用

3、在热处理方面的应用

第三节碳钢（非合金钢）

碳钢是指ωc≤2.11%，并含有少量锰、硅、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。铁碳合金具有良好的力学性能和工艺性能，且价格低廉，故广泛应用。

一、杂质元素对碳钢性能的影响

1、锰

Mn + FeO → MnO + Fe （脱氧）

Mn+ S → MnS 炉渣（去硫）

Mn溶入铁素体→固溶强化

Mn溶入Fe3C →形成合金渗碳体（Fe, Mn）3C Mn <0.8%，对性能影响不大2、硅

Si + FeO → SiO2+ Fe （脱氧）

Si溶入铁素体→固溶强化

Si<0.4%，对性能影响不大

3、硫

钢中S+Fe →FeS。FeS与Fe形成低熔点的共晶体（985℃）分布在晶界上，当钢在热加工（1000~1200℃）时，共晶体熔化，导致开裂——热脆

消除热脆：Mn+ S → MnS（熔点高1620℃并有一定塑性）

硫是一种有害元素

4、磷

钢中磷全部溶于铁素体，产生强烈固溶强化，低温时更加严重——冷脆

二、碳钢的分类

按含碳量分：低碳钢(0.0218～0.25)、中碳钢（0.25～0.6）、高碳钢（0.6～2.06%）按质量分类：普通碳钢、优质碳钢、特殊碳钢（S、P含量）

按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢

三、碳钢的牌号、性能和应用

1、碳素结构钢

GB700-88 Q195, Q215, Q235, Q255, Q275(五大类，20个钢种)

GB700-79 A1, A2, A3, A4, A5

Q235-AF表示：σs≥235Mpa，质量等级为A，沸腾钢。

应用：

Q195, Q215——塑性高，用于冲压件、铆钉、型钢等；

Q235——强度较高，用于轴、拉杆、连杆等；

Q255, Q275——强度更高，用于轧辊、主轴、吊钩等。

2、优质碳素结构钢

优质碳素结构钢：优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E）

牌号：08F ——冲压件；

45——齿轮、连杆、轴类；

65 Mn——弹簧、弹簧垫圈、轧辊等。

3、碳素工具钢

牌号：T8、T8A——木工工具；

T10、T10A——手锯锯条、钻头、丝锥、冷冲模；

T12、T12A——锉刀、绞刀、量具。

4、铸钢

表示方法：用力学性能表示ZG200-400（σs≥200Mpa，σb≥400Mpa）

用化学成分表示ZG30（0.3%C）

用于制作形状复杂且强度和韧性要求较高的零件，如轧钢机架、缸体、制动轮、曲轴等。

.状态图中的特性点

Fe- Fe3C相图中各点的温度、浓度及其含义