铁碳合金相图和常用钢铁材料综述

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削加工,很少直接使用。 ⑵灰口铸铁 游离的石墨“G”; ⑶麻口铸铁 Fe3C+G
铸铁的分类
按石墨在铸铁中的形态分:
灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 蠕墨铸铁
G片 G球 G团 G蠕虫状
3.3 常用铸铁
(1)灰铸铁 组织:碳钢基体+片状石墨,断面呈暗灰色 性能: 抗拉强度低,塑、韧性差;应用广泛。 孕育处理:铁水+孕育剂(硅铁、硅钙合金 人工晶核),形成细小、均匀G片和细化基体, 提高力学性能,塑、韧性较好。称孕育铸铁 (HT250\HT300\HT350)。
2. 合金钢
•合金钢:在碳钢的基础上有意识地加入一 种或几种合金元素,使其性能(使用性能 和工艺性能)得以提高的铁基合金。 •在选择与使用工业用钢时,在满足机械零 件使用性能要求的前提下应尽量使用碳钢, 必要时才使用合金钢。
1)合金结构钢
2)合金工具钢
合金元素平均质 量的百分数,小 于1.5%不标出

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相图分析.1(Pb-Sn为例)
温度/℃
400 327.5
A 300
200 α
100 F
Pb 10
L
L+α M 183 19
L+β E 61.9
α+β
20 30 40 50 60 70 80 WSn / %
231.9 B
N 97.5 β
G 90 Sn
相图分析.1
特性线与特性点 A——327.5℃,纯Pb的熔点; B——231.9℃;纯Sn的熔点; E——共晶点,WSn=61.9%。 AEB——液相线; AMENB——固相线; MEN——共晶线 ; 成分>M点合金,在此温度线,均发生共晶转 变。

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可锻铸铁
牌号
KT □ ××× — ××
最低延伸率% 最低抗拉强度σb/MPa Z珠光体基体,H黑心(铁素体基体
“可铁”
KTH-350-10, σb≥350MPa,δ≥10% KTZ-450-06, σb≥450MPa,δ≥6%

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相图分析.2
α相,Sn溶入Pb形成的固溶体; β相,Pb溶入Sn形成的固溶体。 共晶反应:一定温度下,由一定成分的液
相同时结晶出成分各自固定的两个新固 相的转变过程。
LE 183C M N
相图分析.3
相区与基本相 单相区:
L、α、β 两相区:
L+α L+β α+β
温度/℃
400 327.5
A 300
FP
700
S
727
3
4
K
Q
F+ Fe3CIII
P+Fe3CII
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
1.5
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Wc%
0.0218
0.77
2.11
4.3
6.69
图1-16 简化的Fe—Fe3C相图
相图分析——特征点与特性线

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温度/℃
100%
70%
50%
1452
WNi=30%
c
b
a 0%
a’ 1083
c’ b’
1083
L
b
a L+α
b’ a’
α
1452 c c’
a) 冷却曲线
时间
Cu
30 50 70
Ni
WNi%
b) 相图
1)匀晶相图
两组元在液态和固态下均可以以任意 比例相互溶解,在固态下形成无限固 溶体的合金相图。 如Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、W-Mo等
§3 铁碳合金相图与常用钢铁材料
一、合金相图
• 相:同一聚集状态,同一化学成分、同一 结构并与其他部分有界面分开的均匀组成 部分。
• 相图:平衡状态下,不同成分的合金,在 不同温度下,合金的状态、显微组织形成 规律的图形。
• 相图的建立:实验法或理论计算法 eg: 热分析法建立Cu-Ni相图
Cu-Ni合金相图的建立
开始析出F转变曲线。 • ES线:碳在γ铁中的溶解度曲线。1148℃,
Wc=2.11%;727℃,Wc=0.77%。缓冷时, 析出Fe3CⅡ。 • PQ线:F中开始析出Fe3C线。 F冷却到该 线时将析出Fe3C。
三、常用钢铁材料
碳素结构钢 碳素钢 碳素工具钢

合金结构钢
合金钢 合金工具钢
特殊性能钢
1. 碳素钢
分为低(ωc<0.30%)、中(0.3%~ 0.6%) 、高碳钢(ωc>0.6%) 。 ωc ↑,则HB ↑,δ↓。 钢中有害杂质 S:热脆 P:冷脆
牌号
1)普碳钢: Q195~Q275五类 Q235-A:屈服点σs≥235MPa(试样尺寸≤16mm), 质量等级为A级的普碳钢。 2)优质碳素结构钢:以两位数字(平均含碳 量的万分数)表示牌号 45钢—平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。 3)碳素工具钢: T+平均含碳量的千分数 T8—平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。 T12—平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。
莱氏体—Ld(A+Fe3C) 或Ld′ (P+ Fe3C)机械混 合物。 Fe3C含量多,因而硬度高,脆性大, 塑性差。
2. 相 图 分 析
温度 t /℃ P

1500 A 1538
1
1
1400
L
1300 1200 1100
2
L+A
1227
2
D
E
1148 C
F
A
1000 912 900 G
3 A+Fe3CII
3.1 铸铁的特征 WC>2.11%,不能进行锻造或塑性变形的铁 碳合金,其杂质元素Si、Mn、S、P等含量 比碳钢多。
铸铁熔炼简便,成本低;强度、塑性和韧 性较低;良好的铸造性和切削加工性,减 振性和耐磨性,低的缺口敏感性等。
3.2 铸铁的分类
按碳的存在形式分: ⑴白口铸铁 Fe3C存在,硬而脆,难以切
数字 + 合金元素符号 + 数字
含碳量的千分数, ωc≥1%不标
5CrMnMo: ωc=0.5%,Cr、Mn、Mo平均含量 均小于1.5%。
例外:高速钢即使其平均含碳量小于1%数字 也不标出。如W18Cr4V-高速工具钢,含 W18%,Cr4%,V小于1.5%。含碳0.7~0.8%, 不标出。
3. 铸铁

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如QT600-03,σb≥600MPa,δ≥3%
应用:受力复杂,阀门、机座、汽车后
桥、拖拉机曲轴、连杆等。
(3)可锻铸铁
生产过程:先浇注成白口铸件,Fe3C→长时 间石墨化退火→渗碳体中分解出G团絮。 组织: G团絮对基体割裂作用比G片小,塑性、 韧性有所提高。仍不可锻。 应用:形状小而复杂, 韧性要求高的小型薄壁 构件。

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作业标准记得牢,驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月21 日星期 三10时1 分8秒1 0:01:08 21 October 2020

好的事情马上就会到来,一切都是最 好的安 排。上 午10时1 分8秒 上午10 时1分10 :01:082 0.10.21
相图分析(Cu-Ni)
A——纯铜的熔点,
1083℃;
温度 →
B——纯镍的熔点,
1452℃;
tt21
A1B——液相线;
tt34
L BB
1 L+α
4’
A4’B——固相线; AA
α
α——Ni溶入Cu形成 的置换固溶体。
Cu l4 l3 l2 l1 α3 α2 α1 Ni
α4
WNi%→
2)共晶相图
两组元在液态下无限互溶,在固态时 有限互溶并发生共晶反应(转变), 形成共晶组织的二元相图。 Pb-Sn、 Pb-Sb、 Al-Si、Ag-Cu等
200 α
100 F
Pb 10
L
L+α M 183 19
L+β E 61.9
α+β
20 30 40 50 60 70 80 WSn / %
231.9 B
N 97.5 β
G 90 Sn
二、Fe-Fe3C相图
1. 铁碳合金中的基本组织结构 • 铁素体(F)—碳原子溶入α-Fe中形成的间隙
固溶体,具有BCC晶格。强度硬度低,塑 韧性好。
灰铸铁
常用牌号、用途
HT ×××
最低抗拉强度σb/MPa “灰铁”
HT200,σb≥200MPa 应用:用于机床床身、箱体、底座等。
(2)球墨铸铁
组织:碳钢基体+球状石墨
球墨铸铁
性能: G球对基体割裂作用小,力学性能显著 提高,塑性、韧性低于钢而高于其他铸铁。
牌号
QT ××× — ××
最低延伸率% 最低抗拉强度σb/MPa “球铁”
• A点、D点 • C点:共晶点, 发生共晶反应
LC →Ld(A+Fe3C) • S点:共析点, 发生共析反应
A →P(F + Fe3C) 特性线
ACD线、AECF线 ECF线:共晶线,共晶反应产生Ld。
2. 相图分析-特性线
PSK线:共析线,产生P。 • GS线:Wc<0.77%的铁碳合金,缓冷时,
• 奥氏体(A)—碳原子溶入γ-Fe中形成的间隙 固溶体,具有FCC晶格。硬度不高,塑性 好。
渗碳体(Fe3C)—由铁和碳形成的一种具有复 杂晶格的金属化合物。其中ωc=6.69%,硬度 很高,塑性差、脆性大,熔点为1227℃。弥 散强化可提高力学性能。
珠光体(P)—由铁素体和渗碳体组成的两相 层片状机械混合物。 ωc=0.77%,共析产物。

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安全在于心细,事故出在麻痹。20.10. 2120.1 0.2110:01:0810 :01:08 October 21, 2020

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