工程材料--铁碳合金讲解.ppt

第 五 章 铁 碳 合 金 概 述 三、研究Fe-C合金的基本思路和主要工具 第一节 铁碳（Fe-C）合金相图 碳在铁碳合金中有三种存在形式： 间隙固溶体 、化合物、游离态石墨 。 【Fe - C相图介绍】： 一、Fe－Fe3C相图 二、 Fe- Fe3C相图组元的性能与相的类型 １、 纯铁 Fe 同素异构转变: 1、边垂线（对应Fe 和Fe3C ） 2、单相区 ： Ｌ、δ、γ、α、Fe3C 四、Fe－C合金室温下基本相和组织、性能 1、相和组织 第二节 典型铁碳合金的平衡结晶过程 一、铁碳合金的一般分类 1、工业纯铁 (0.0218% C ) —组织为 F 体。 二、典型成分合金的结晶过程及室温组织 （一）工业纯铁(≤ 0.0218%C ) （二）共析钢(C=0.77%) 【P体】是由 F 体和Cm体两相组成的片状交替机械混合物。 （三）亚共析钢(0.0218%C0.77%) （以含0.4%C的铁碳合金为例） 转变特点： [匀晶＋固溶＋共析] 室温组织：（F＋P） 或（α＋P）　 相组成物：（α＋Fe3C） 组织组成物（α先析＋P） 相、组织计算： （四）过共析钢(0.77%C ≤ 2.11%) （以含1.2%C的铁碳合金为例） 转变特点：[匀晶＋固溶＋共析] 相组成物：（F + Fe3C） 组织组成物（Fe3CII + P） 相、组织组成物相对重量： Fe3CII(%) = (1.2-0.77)/(6.69-0.77) ×100% P(%) =1- Fe3CII(%) 小结: 钢的组织特征 (a) 铁素体(F+Fe3CⅢ) 500× （五）共晶白口铸铁（C%=4.3%） 转变特点： [共晶+固溶+共析] 转变过程：如图5-13示 室温组织： Le’ = （P+ Fe3C ） 注意：Le’的组成相还是（F+Fe3C） （七）过共晶白口铸铁（略） 三、成分（C%）与相、组织、性能（退火碳钢）关系 2.成分与性能 1) HB：取决于组成相或组织组成物的硬度和相对量. 通常C↑ Cm↑ HB↑ 四、相图应用 1、合理选材的依据； 2、确定铸造温度的依据； 3、确定锻、轧温度的依据； 4、确定热处理温度的依据。 第三节 碳 钢 成分特点:(Fe、C)+杂质元素(Si、Mn、S、P、O、N等) 一、杂质元素对钢性能影响 钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入或脱氧残留的元素。 1、Mn ：含量为0.25～0.8％, 是有益元素。 作用为：1) 强化铁素体； 2) 脱氧、脱硫降低钢的脆性： 消除硫的有害作用, [FeS]+Mn=(MnS)+Fe 脱氧, [FeO]+[Mn]=(MnO)+[Fe] 1）强化铁素体； 2）脱氧，Si+2(FeO)=(SiO2)+2Fe 3）增加钢液流动性。 3、S：一般是有害元素。 Mn可消除硫的有害作用, FeS + Mn → Fe + MnS， MnS熔点高(1600℃)。 4、P：一般是有害元素。 溶入铁素体，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性急剧下降，称冷脆性。 P一般控制在0.045%以下. 有易作用: 1)提高在大气中的耐腐蚀性能; 2)炮弹用钢加磷,提高杀伤力. 5、气体元素 ① N：室温下N在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和N在常温放置过程中以FeN、Fe4N形式析出使钢变脆, 称时效脆化。 加Ti、V、Al等元素可使N固定，消除时效倾向。 ② O：氧在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合力弱，不易变形，易成为疲劳裂纹源。 ③ H：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆。 当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。 二、碳钢分类 镇静钢与沸腾钢 镇静钢是钢液在浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分脱氧，注入模子后，钢液不发生碳—氧反应而处于镇静状态。 沸腾钢是在冶炼后期将钢液用少量锰铁轻度脱氧，钢液氧含量较高，注入锭模后发生碳—氧反应，析出大量的CO气体，引起