实用机械工程材料及选用教学课件作者张正贵第4章铁碳合金相图-完成课件.ppt

1 铁碳合金即钢铁（包括碳钢和铸铁） 4.1 铁碳合金的组织 4.1.1 纯铁的同素异构转变 同素异构转变 4.1.2 铁碳合金的基本相 1、液相（L） 2、高温铁素体相（δ相） 3、铁素体相（F相） 在727℃时，溶碳量最大，为0.0218%,在室温时，溶碳量仅为 0.0008 %，接近于零。铁素体可认为是纯铁。 4、渗碳体相（Fe3C相） 复杂晶格结构的间隙化合物。碳质量分数6.69%，熔点 1227℃，没有同素异构转变。力学性能特点是硬而脆，可以刻划玻 璃。 表4-2 渗碳体的力学性能指标 5、奥氏体相（A相） 　　是碳溶在γ-Fe中形成的间隙固溶体，呈面心立方晶格结构，用符 号A表示。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时溶碳量最大，达到 2.11%。奥氏体的强度低，硬度不高，易于塑性变形。 6、珠光体和莱氏体组织 珠光体是铁素体和渗碳体构成的机械混合物，常用符号P来表示。珠 光体的塑性、韧性和硬度指标介于铁素体和渗碳体之间，唯一不同的 是，其强度大于其中任何一种组成相。 表 4-3 珠光体的力学性能指标 4.2 铁碳合金相图 4.2.2 铁碳合金的分类 1、工业纯铁ωc≤0.0218% 2、碳钢0.0218% ＜ωc≤2.11%（亚共析钢、共析钢、过共析钢） 3、白口铸铁2.11% ＜ωc＜6.69% （亚共晶白口铸铁、共晶白口 铸铁、过共晶白口铸铁） 4.2.3典型铁碳合金的平衡结晶过程 1、工业纯铁（ωc≤0.0218%） 2、共析钢（ωc=0.77%）（以后叫做T8钢） 3、亚共析钢（0.0218% ＜ωc＜ 0.77%）以0.45%的铁碳合金为例。（45钢） 4、过共析钢 （0.77%＜ωc≤2.11%） 以碳为1.2%的铁碳合金为例。（T12钢） 5、共晶白口铸铁（ωc﹦4.3%） 6、亚共晶白口铸铁（2.11%＜ωc＜4.3%） 7、过共晶白口铸铁（4.3%＜ωc＜6.69%） ◆相及组织组成物的计算可在黑板上进行。 4.2.4 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 1、含碳量对铁碳合金组织的影响 4.2.5 铁碳合金相图的应用 Fe-Fe3C相图可以指导实际生产，主要应用在钢铁材料的选材和热加 工工艺（包括铸造、锻造、金属热处理）制定方面。 1、在钢铁材料选材方面的应用 （1）纯铁的强度低，不宜用做结构材料，但由于其导磁率高，矫顽力 低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁芯等。 （2）桥梁、船舶外壳、车辆金属面板及建筑用金属钢结构，需要塑 性、韧性好的材料，可选用低碳钢ωc﹦0.1%～0.25 %来制造。 （3）工作中承受冲击载荷和要求较高强度的机械零件，希望强度和 韧性都比较好，可选用中碳钢ωc﹦0.30%～0.55%，例如车床主轴、发动 机连杆类零件。 （4）弹簧要求具有高的弹性极限和一定的韧性，可选用高碳钢ωc﹦ 0.60%～0.85%来制造。 （5）制造各种切削工具、模具及量具时，需要高的硬度和耐磨性， 可选用高碳钢；其中要求足够的硬度和一定韧性的冲压工具，可选择 ωc﹦0.7%～0.9 %的钢，如斧头、凿子；而要求很高硬度和耐磨性的切 削工具可选用ωc﹦1.0%～1.3%的钢，如锯条、锉刀等。 （6）白口铸铁硬而脆、不能切削加工、也不能锻造，但耐磨性好、 铸造性能优良，适用于制造要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，如 犁铧、球磨机的磨球、冷轧辊、拔丝模等。 （7）对于形状复杂的箱体、机器底座等可选用熔点低、流动性好的 灰口铸铁材料，例如发动机缸体、机床的床身等铸件。（注：本章讲述 的铸铁是白口铸铁，灰口铸铁将在以后的铸铁章节中详细讲授） 2、在铸造（金属液态成形）方面的应用 　　确定合金的浇注温度。共晶白口铸铁的铸造性能最好，它的凝固温 度区间最小，因而流动性好，疏松（即分散缩孔）小，可以获得致密的 铸件，所以铸铁的成分在生产上总是选择共晶点附近。在铸钢生产中， 碳质量分数规定在0.15%～0.6%之间，因为这个范围内钢的结晶温度区 间较小，铸造性能较好。 3、在锻造（金属塑性成形）方面的应用 　 钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造选在单相奥氏体 A区内进行。一般始锻温度控制在固相线以下100～200℃范围内，此时， 钢的变形抗力小，设备要求的吨位低，节约能源；但温度不能过高，否 则，钢材氧化、脱碳严重，易产生过热、过烧等缺陷（过热即晶粒粗大、 过烧即发生晶界熔化）；终锻温度也不能过低，以免钢材因塑性差而发 生锻裂。以45钢为例，始锻温度为1200℃左右，终锻温度800℃左右