化工机械与设备常用材料

二、 铁 碳 合 金
Q
状 态 图
液相线 固相线
固溶线 共析反应线
亚共析钢 共析钢 过共析钢
珠光体 （88%,12%）
共晶反应线
共晶白口铸铁 莱氏体
❖ 共晶反应：从某种成分固定的合金溶液中同时结晶出两种成分和结构皆不相 同的固相，此反应称为共晶反应。
❖ 奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称为莱氏体
❖ 共析反应：自某种均匀一致的固相中同时析出两种化学成分和晶格结构完全 不同的新固相的转变过程称为共析反应。
具有软而韧的性能。
❖ 奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构
转变时产生的。
（3）渗碳体
❖ 碳和铁形成一种化合物 （Fe3C）。
❖ 熔点约1600℃，硬度高，塑 性几乎等于零。
❖ 铁碳合金含碳量小于2.11％ 时，其组织是在铁素体中散 布着渗碳体，是碳素钢。
❖ 含碳量大于2.11％时，部分 碳以石墨形式存在，称铸铁。 强度和塑性低。但铸铁具有 一定消震能力。
第二节碳钢与铸铁
一、碳钢与铸铁的化学成分和组织结构 1、铁
纯铁(工业纯铁) ： 当含碳量小于0.02％的铁, 呈白色.
纯铁的同素异构转变
➢ 在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素
异构转变”。
910℃
➢ a-Fe ：体心立方晶格
g-Fe：Hale Waihona Puke Baidu心立方晶格。
➢ 纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下完成的。在固 态下重新排列、结晶过程。
固溶体:铁素体,奥氏体
化合物:渗碳体 石墨
特点:综合力学性能较好， 为基体相
特点:熔点一般较高，硬度高，脆 性
大。是重要组成相（强化相）
合金组元相互作用形成的晶格 类型和特性完全不同于任一组 元的新相。复杂结构的间隙化
合物
（1）铁素体
（ 2）奥氏体
❖ 碳溶解在a-Fe中形成固溶 ❖ 碳溶解在γ -Fe铁中形成固溶体.(用
体（用符号F或α表示）
符号A或γ表示)
❖ a-Fe原子间隙小，溶碳能 ❖ γ -Fe原子间隙较大，碳的溶解度比
力低（室温下0.008％）
a-Fe中大得多，如在727℃时可溶
❖ 强度和硬度低，但塑性和 韧性很好
解0.77％，在1148℃时可达最大值 2.11％
❖ 低碳钢是含铁素体的钢， ❖ 塑性、韧性较好
❖ 奥氏体和初次渗碳体的 共晶混合物。
❖ 具有较高的硬度，是一 种较粗而硬的金相组织， 存在于白口铸铁、高碳 钢中。
1. 相图中的线：ABCD为液相线，AHJECF为固相线。
❖ 2. 相图中的两个恒温转变： ❖ （1）在1148 ℃（ECF水平线）发生共晶转变：共晶转变的
结果形成了奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称为莱氏体，用 Ld表示；共晶转变发生于所有含碳量大于2.11%而小于 6.69%的铁碳合金中。
2.抗氧化性
金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力。
四、金属材料的工艺性能
金属材料的一般加工过程如下：
铸造性能 锻造性能 切削加工性能 焊接性能 热处理性能 焊接性能 锻铸金切造金热造属削性属处金性材加能能理属能料工焊性经铸性接能热造能成处成具理形有可的一使能定性力使能，用顺常性利用能改流的善动焊的性接性、接质收头称缩的为性特热、性处偏称理析为性等焊能来接。衡性量能。。 金属锻金造属成切形削的能难力易。程主度要。取决于金属的塑性和变形抗力。
A0
化工设备材料一般要求δ5=10%-20%
3.硬度 4.韧性
低温容器所用钢板αk值不得低于30J/cm2
二 金属材料的物理性能
✓1.密度 ✓2.熔点 ✓3.导热性 ✓4.导电性 ✓5.热膨胀性 ✓6.磁性
三 金属材料的化学性能
1.耐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其它化学介质腐蚀破
坏作用的能力。
第八章 化工设备常用金属材料
第一节化工设备用材的基本性能 一、机械性能 二、物理性能 三、化学性能 四、加工工艺性能
一、金属材料的力学性能
1.弹性
2.强度和塑性
⑴强度
1)屈服强度σs 2)抗拉强度σb
⑵塑性 1)伸长率，以δ表示。
l1 l0 100%
l0
2)断面收缩率，以ψ表示。 A0 A1 100%
❖ （2)PQ线—碳在铁素体中的溶解度线。碳在铁素体中的最 大溶解度是在727 ℃，此时可溶解0.02%C，而在室温平衡 状态下，仅可溶解0.0008%C，故一般铁碳合金从727 ℃缓 冷至室温时，均可能从铁素体中沿晶界析出渗碳体，
工业纯铁强度 低、硬度低、 不宜用作结构
材料
2、铁碳合金
铁碳合金 ：由95％以上铁和0.05％～4％碳 及1％左右杂质元素所组成合金；
钢：含碳量0.02％～2.11％； 铸铁：含碳量大于2.11％；
合金的组元通过溶解形成一种成分及
3、碳钢的基性本能组均织匀的、且结构与组元之一相同
的固相,
碳在铁中的存在形式有
❖ (2) 在727 ℃（PSK水平线）发生共析转变： 共析转变的结 果形成了铁素体与渗碳体的共析混合物，称为珠光体。PSK 线可用A1表示。所有含碳量超过0.02%的铁碳合金均能发 生共析转变。
❖ 三条重要的固态转变线：
❖ （1）ES线---碳在奥氏体中的溶解度曲线。碳在奥氏体中的 最大溶解度是在1148 ℃，此时可溶解2.11%C，而在 727℃时只能溶解0.77%C。故凡含碳量大于0.77%的铁碳 合金自1148 ℃冷至727 ℃时，均会从奥氏体中沿晶界析出 渗碳体，称为二次渗碳体（ Fe3CⅡ）,而加热时二次渗碳体 全部溶入奥氏体中。
❖ 铁素体与渗碳体的共析混合物，称为珠光体
珠光体 ❖铁素体与渗碳体两相的机械混合物
❖ 渗碳体呈片状分布于铁素体基体上
（4）珠光体
❖ 铁素体与渗碳体的机械混合 物。
（5）莱氏体
❖ 力学性能介于铁素体和渗碳 体之间，即其强度、硬度比 铁素体显著提高；塑性、韧 性比铁素体差，但比渗碳体 要好得多。
❖ 片层间距越小,粒状小，则 强度和硬度越高，塑性和韧 性也越好。
➢ 是钢进行热处理的依据。
体心立方晶格
具有体心立方晶格的金属：α-Fe、β-Ti、Cr、W、Mo、V、Nb 等30余种金属。
面心立方晶格 具有面心立方晶格的金属：γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、Ag等。
❖ 工业纯铁的机械性能
σb=180~230 MPa; σ0.2=100~170MPa； δ=30~50%； ψ=70～80%; Ak=128~160J； HB=50~80。