第四章铁碳合金(李)

工 业 纯
亚 共共 析析 钢钢
过 共 析 钢
铁
亚 共 晶 白 口 铁
共 晶 白 口 铁
过 共 晶 白 口 铁
• 5、含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 • 对组织的影响 • 对性能的影响
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
0.09%（1495℃）
• ⑵ 奥氏体: • 碳在 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
奥氏体（A或γ） 定义：碳溶于γ中所形成的间隙固溶体（高温组织） 晶格结构： 最大溶解度：2.11%（1148℃） 性能： σb≈400 170～220 δ=40%～50% 高塑性、
• 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
铁素体（F或α）
定义：碳溶于α中所形成的间隙固溶体
晶格结构：
最大溶解度：0.02%（727℃）
性能： σ180～230 σ0.2=100～170 50～80
δ=30%～50% ψ=70%～80% 160～200 2
δ-铁素体：碳溶于δ中所形成的间隙固溶体，最大溶解度：
钢中的渗碳体 铸铁中的石墨
渗碳体（3C）
定义： 与 C 所形成的金属化合物
晶格结构：复杂正交
性能σb≈30 800 δ≈0 ψ≈0
硬而脆（耐磨性好）
3C
3（石墨）
合金渗碳高温体： （、）3C
3（ C、N）或 3（ C、B）
石墨碳
晶格结构：简单六方
性能:加工性能 机械性能
珠光体（P）
定义：F与 3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：
0.77%）
性能：σb≈750 180 δ≈20%～25% 30～40 2
综合性能
莱氏体（、 或 、 ） 定义：A与 3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：
4.3%） 性能：硬而脆
第二节 铁碳合 金相图分析
1、特性线 液相线、故
相线、固 溶线、两个
恒温反应 2、相区
单相区、两 相区、
4、典型合金的结晶过程 0.01% 0.45% 0.77% 1.2% 3.0% 4.3% 4.5%
＞2.11，组织中有以3C为 基的’,合金太脆.
• 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 • ③ 焊接性能: 低碳钢好 • ④ 铸造性能: 共晶合金好 • ⑤ 热处理性能: 第五章介绍
制定热加工工艺方面的应用
（一）在铸造工艺方面的应用
铸造生产中，合理的确定浇注温度对产品的质量起着重要
无磁
• ⑶ 渗碳体：即3C, 含碳6.69%, 用3C或表示。 • 3C硬度高、强度低( b 35), 脆性大, 塑性几乎为零
3C是一个亚稳相，在一定 条件下可发生分解： 3C→3(石墨), 该反应对 铸铁有重要意义。
由于碳在 中的溶解度很 小，因而常温下碳在铁碳 合金中主要以3C或石墨的 形式存在。
的作用。
浇注温度过高，会使液态金属的吸气量和总收缩量增大，
易在铸件中形成气孔，缩孔
等缺
陷；
浇注温度过低，会使液态金
属
流动性变差，在浇注中容易产
生
冷隔和浇不足等缺陷。
根据3C相图可以合理地
确定浇注
温度一般定为液相线以
上50～
100℃。
液相线和固相线之间距离愈大，其流动性愈差，成分偏析 愈大，分散缩孔也愈多；
fcc
bcc
二、铁碳合金的基本相和组织 (液相、铁素体、奥氏体A、渗碳体3C、珠光体P 莱氏体 )
⒈ 组元：、 3C ⒉ 相 ⑴ 铁素体： 碳在 中的固溶体称铁
素体, 用F 或 表示。
铁素体
• 碳在δ中的固溶体称δ -铁素体，用δ 表示。
• 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%。
等)，直接用金属切削加工制造存在金属纤维被切断，导 致机械性能不高，因此一些重要的零件都要求用锻件。
钢材锻造时，需要把钢加热到一定的温度范围内进 行，即钢的始锻温度和终锻温度
奥氏体的塑性较好，随温度升高奥氏体的变形抗力 也不断减小，因此必须把钢加热到3C相图奥氏体单相区中 的适当的温度范围。始锻温度不得过高，过高会使金属产 生过烧或熔化的现象（加热温度过高，氧渗入金属内部， 使晶界氧化，形成脆性晶界，锻造时一打就破碎而报废）。
第四章 铁碳合金
第一节 纯铁、铁碳合金的组织结构及性能
一、铁的同素异构
温 度
1600 1500 1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
δ - Fe 1394 °γC - Fe
1534℃
1394℃ δ - Fe
γ - Fe
912℃
α - Fe
912 °αC- Fe
时间
bcc
液相线和固相线之间距离愈小，其流动性愈好，成分偏析 愈小，分散缩孔也愈少。
纯铁与共晶成分的合金其液相线和固相线距离最小(为零)， 故其流动性好，偏析小，分散缩孔少，形成的集中缩孔可移 至冒口，从而得到致密的铸件。
因此在铸造生产中接近于共晶成分的铸铁得到较广泛的应 用。
（二）在锻造方面的应用 铸钢件存在不可避免的组织缺陷(缩孔、疏松；气孔
2.11
4.3
6.69
组织组
100
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Βιβλιοθήκη Baidu渗碳体
Fe3C
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。
0.77时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9，3CⅡ为晶界连续 网状，强度下降, 但硬度 仍上升。
碳素钢的始锻温度通常定为固相线以下200℃左右，而终锻温 度不能过低广过低会使金属的塑性显著降低，这样锻造时易 形成锻造裂纹。 碳素钢的终锻温度应在线附近， 一般定为800℃左右。
(三)在热处理方面的应用 热处理工艺更是离不开
3C相图，如退火、正火、淬火 的加热温度都是根据3C相图来 确定的，具体应用将在下第五 章中介绍。
图4-22 3C相图与铸锻工艺的关系
一、钢中常存元第素对三钢节的性能的碳影响 钢在钢中形成 , 与形成低熔点 （985℃）共晶体 分布在晶