1、铁碳合金基本相、FeFe3C相图、碳钢,无锡职业技术学院,2014年4月,铁碳合金,本章要点,第一节 铁碳合金基本组织 第二节 FeFe3C相图 第三节 常用非合金钢（碳钢）,铁碳合金是应用最广泛的金属材料。本章介绍的Fe-Fe3C 相图是用来表示平衡状态下铁碳合金成分-组织-性能之关系。 Fe-Fe3C相图对于合理选择和使用钢铁材料、制订热加工工艺具有重要意义。本章还将介绍常用非合金钢的种类、牌号、性能及应用。,第一节 铁碳合金基本组织,一、铁素体（F）：碳溶于-Fe中的间隙固溶体,二、奥氏体（A）：碳溶于-Fe中的间隙固溶体,三、渗碳体（Fe3C） ：金属化合物,四、珠光体（P）：铁素体与
2、渗碳体的机械混合物,五、莱氏体（Ld)：奥氏体与渗碳体的机械混合物,机械混合物：,基本相：,一、铁素体（Ferrite，用“F”表示） 碳溶于-Fe中的间隙固溶体,成分：室温时碳的溶解度为0.0008%，在727时溶解度达最大达0.0218%,铁素体晶格,铁素体显微组织,晶体结构：体心立方晶格；显微组织：为多边形晶粒,力学性能：塑性、韧性好，而强度、硬度低,二、奥氏体（Austenite，用“A”表示） 碳溶于-Fe中的间隙固溶体，是一种高温组织， 铁碳合金在727以上温度存在,成分：在727时碳的溶解度为0.77%，在1148时碳的溶解度最大，可达2.11%,奥氏体晶体结构,奥氏体显微组织,
3、力学性能：具有良好塑性和韧性，适宜高温下塑性加工,晶体结构：面心立方晶格；显微组织：多边形晶粒显微组织,三、渗碳体（Cementite，用“Fe3C”表示） ） 是铁和碳形成的一种具有复杂晶格的金属化合物 用化学分子式“Fe3C”表示,成分：碳质量分数Wc=6.69 熔点：为1227，,渗碳体晶体结构,组织：是钢中的强化相，根据生成条件有条状、网状、片状、粒状等。分布大小、数量对铁碳合金性能影响很大。,性能：硬度高，脆性大，塑性几乎为零。,四、珠光体（Pearite，用“P”表示） ） 由铁素体和渗碳体组成的机械混合物,成分：在727共析转变的产物，碳质量分数为Wc=0.77%,片状珠光体显微
4、组织,球状珠光体显微组织,力学性能：介于铁素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好,组织：（F+P）片状、球状（也称粒状珠光体）,五、莱氏体（Ledeburite，用“Ld”表示） ） 由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物,成分：1148时共晶转变的产物，碳的质量分数Wc=4.3%,组织：1148727，高温莱氏体 “Ld” ，由奥氏体和渗碳体组成；727以下低温莱氏体 “Ld”，由珠光体和渗碳体组成,力学性能：与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差，几乎为零,莱氏体显微组织,第二节 Fe-Fe3C相图,一、Fe-Fe3C相图分析,二、铁碳合金的平衡结晶过程及其组织,三、铁碳合金的成分、组织
5、、性能之间的关系,四、Fe-Fe3C相图的应用,图相简介,相图：是表示合金成分、温度和组织之间关系的图形，又称平衡状态图,铁碳合金相图的意义： FeFe3C相图的意义：,一、Fe-Fe3C相图分析,简化的Fe-Fe3C相图,Fe-Fe3C相图特性点,Fe-Fe3C相图特性线,Fe-Fe3C相图中的相区（标注于相图中）,单相区：L，A，F，Fe3C,两相区: L+A，L+Fe3CI，A+Fe3C，F+A， F+Fe3C,三相线：共晶线L+A+Fe3C，共析线A+F+Fe3C,相图分析要点,五个重要的成份点: P、S、E、C、F,四条重要的临界线: ECF、PSK、ES、GS,二个重要温度: 11
6、48 、727 ,三个重要转变: 共晶转变反应式、共析转变反应式、包晶转变（简化相图略）,二、典型成分铁碳合金的平衡结晶过程及其组织,工业纯铁 0.0218%C 钢 0.0218-2.11%C 白口铸铁 2.116.69%C,铁碳合金的分类：,典型合金的平衡结晶过程及平衡组织,（点击播放动画）,共析钢的结晶过程：,共析钢平衡组织：P,T8钢平衡组织,亚共析钢的结晶结晶过程：,亚共析钢平衡组织：F+P,20钢平衡组织,（点击播放动画）,过共析钢的结晶结晶过程：,过共析钢平衡组织:P+Fe3CII,T12钢平衡组织,共晶白口铸铁的结晶过程：,点击播放动画,共晶白口铸铁平衡组织：Ld,共晶白口铸铁平
7、衡组织,亚共晶白口铸铁的结晶过程：,点击播放动画,亚共晶白口铸铁平衡组织：P+Fe3CII+Ld,亚共晶白口铸铁平衡组织,过共晶白口铸铁平衡组织： Ld + Fe3CI,过共晶白口铸铁平衡组织,过共晶白口铸铁的结晶过程：,铁碳合金平衡状态图,（点击播放动画）,共析钢,亚共析钢,过共析钢,共晶,亚共晶,过共晶,碳钢的平衡组织汇总,T8钢,T12钢,共析钢,亚共析钢,过共析钢,P,F+P,P+Fe3CII,白口铸铁的平衡组织,共晶白口铁 Ld,亚共晶白铁 P+Fe3CII+Ld,过共晶白口铁 Ld + Fe3CI,碳的质量分数对组织的影响,三、铁碳合金成分、组织、性能之间的关系,铁碳合金室温组织的
8、相组成相对量、组织组成物相对量,随含碳量增加，F减少,随含碳量增加，Fe3C增多,碳的质量分数对力学性能的影响,铁碳合金力学性能与含碳量关系,强度增加，达峰值后开始下降,硬度升高,塑性下降,韧性下降,随碳质量分数的提高：,在钢铁材料选材方面的应用：,四、Fe-Fe3C相图的应用,Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，由此可以判断出钢铁材料的力学性能，以便合理地选择钢铁材料。,例如： Wc0.25%的低碳钢材。塑性、韧性良好，常用于建筑结构件，薄板等冲压件等,Wc=0.30%0.55%的中碳钢材。兼有较好强度、塑性和韧性，用于机械工程中的各种常用受力较复杂零部件等,Wc=0.7
9、0%1.2%的高碳钢材。硬度高，耐磨性好，用于各种工具等,在制订热加工工艺方面的应用：,在铸造方面的应用：确定铸造浇注温度,在锻压方面的应用：确定锻造温度,在热处理方面的应用：确定热处理加热温度,铁渗碳体相图与热加工工艺的关系,第三节 非合金钢（碳钢）,一、杂质元素对钢性能的影响 二、碳钢的分类 三、常用碳钢1、碳素结构钢2、优质碳素结构钢3、碳素工具钢4、铸造碳钢,一、杂质元素对钢性能的影响,钢中的常存元素：Mn、Si、S、P,锰的影响：锰能溶于铁素体形成固溶体，产生固溶强化,提高钢的强度和硬度。有益元素。硅的影响：硅能溶于铁素体形成固溶体，产生固溶强化，提高钢的强度和硬度。有益元素。,硫的
10、影响：硫形成低熔点共晶体（熔点985），钢在热加工时共晶体熔化，导致钢“热脆”。有害元素。磷的影响：磷能溶入铁素体，固溶强化使钢的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低，尤其低温下更甚。使钢“冷脆”。有害元素。,二、非合金钢分类,按碳含量,低碳钢： Wc0.60%,按质量,普通质量碳钢：W 0.045，W 0.045 优质碳钢： 特殊质量碳钢： W 0.020， W 0.020,按用途,碳钢分类,碳素结构钢：用于机械零件、工程构件 碳素工具钢：用于刀具、模具、量具,三、常用非合金钢,1、碳素结构钢 2、优质碳素结构钢 3、碳素工具钢 4、铸造碳钢,1、碳素结构钢,应用场合：主要用于工程构件也可用于
11、普通机械零件,牌号表示：GB/T700-2006碳素结构钢片号、化学成分 举例：常钢号Q235-A.F,成分：低碳（0.38%）,碳素结构钢成分、性能、牌号,性能特征：具有一定的强度、良好塑性韧性良好的焊接工艺性能,常用碳素结构钢（表）,牌号表示：GB/T669-1999优质碳素结构钢牌号、热处理和力学性能 举例：,2、优质碳素结构钢,成分：含碳量跨度较大，从低碳至高碳； 性能：性能随含碳量而变，适用于不同场合 应用场合：主要用于制作机械零件,质量优级于碳素结构钢,08F：薄板、冲压件，仪器仪表外壳,20：一般零件、渗碳件机罩、焊接容器、小轴、螺母、垫圈及渗碳齿轮,渗碳齿轮 冲压件,钢丝 薄板
12、的应用,常用优质碳素结构钢及应用举例（08、20）,45：受力较大的机械零件，如齿轮、连杆、机床、主轴等,65：各种弹簧、机车轮缘,齿轮、连杆、轴,常用优质碳素结构钢及应用举例（45、65）,3、碳素工具钢,应用场合：手用工具，低速切削刀具 成分：高碳（0.65%1.35%） 性能特征：硬度高（62HRC）耐磨性好，且随碳量增加而提高,牌号表示：GB/T1298-2008碳素工具钢的牌号、化学成分和用途,举例：,T8： 用于承受冲击的工具； T10：用于振动和冲击较小的工具 T12：用于制作不受冲击的耐磨工具,木工铣刀,常用碳素工具钢及应用举例（T8、T10、T12）,这些工具用什么牌号 ？,4、铸造碳钢,应用场合：用于形状复杂、力学性能要求高,牌号表示：GB/T 11352-2009工程用铸造碳钢的牌号、化学成分、力学性能与用途 举例：,成分：低中碳（0.15%0.65%） 性能特征：力学性能优于铸铁,铸造碳钢的应用举例,机架、模具、箱体、缸体、连杆、曲轴 等,END谢谢！,
