单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四章 铁碳合金,碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材料碳钢和铸铁都是在铁中加入一定比例的碳，所以，碳和铁是钢铁材料中最基本的组元为了更好的掌握钢铁材料，我们先从铁入手，之后，研究铁与碳的相互作用，以便认识铁碳合金的本质，并了解它的成分、组织结构与性能之间的关系纯铁的同素异构转变,金属的多晶型性（同素异构现象）,多晶型性转变（同素异构转变）,纯铁的同素异构转变,-Fe,-Fe,-Fe,纯铁的成分及性能,纯铁（工业纯铁）：含杂质,0.10%,0.20%,性能：,b,=180,230MPa,0.2,=100,170MPa,=30%,50%,=70%,80%,A,k,=128,160J,HBS=50,80,纯铁及其同位素转变,纯铁及其同位素转变,1394,912,铁素体（,F,或,）,定义：碳溶于,-Fe,中所形成的间隙固溶体,晶格结构：,bcc,最大溶解度：,0.02%,（,727,）,性能：,b,=180,230MPa,0.2,=100,170MPa,HBS=50,80,=30%,50%,=70%,80%,a,k,=160,200J/cm,2,-,铁素体,：,碳溶于,-,Fe,中所形成的间隙固溶体，最大溶解度：,0.09%,（,1495,）,铁碳合金的相和组织组成,奥氏体（,A,或,）,定义：碳溶于,-Fe,中所形成的间隙固溶体（高温组织）,晶格结构：,fcc,最大溶解度：,2.11%,（,1148,）,性能：,b,400MPa,HBS=170,220,=40%,50%,高塑性、无磁,铁碳合金的相和组织组成,渗碳体（,Fe,3,C,）,定义：,Fe,与,C,所形成的金属化合物,晶格结构：复杂正交,性能：,b,30MPa,HBS=800,0,0,硬而脆（耐磨性好）,Fe,3,C,3Fe+C,（,石墨）,合金渗碳体：,（,Fe,、,Me,）,3,C,Fe,3,（,C,、,N,）或,Fe,3,（,C,、,B,）,石墨碳,晶格结构：简单六方,性能,:,加工性能 机械性能,铁碳合金的相和组织组成,高温,珠光体（,P,）,定义：,F,与,Fe,3,C,所形成的整合组织,（平均含碳量：,0.77%,）,性能：,b,750MPa,HBS=180,20%,25%,a,k,=30,40J/cm,2,铁碳合金的相和组织组成,莱氏体（,L,d,、或,L,e,、）,定义：,A,与,Fe,3,C,所形成的整合组织（平均含碳量：,4.3%,）,性能：硬而脆,铁碳合金的相和组织组成,Fe-Fe,3,C,亚稳平衡相图,相区,重要线,ABCD,AHJECF,CD,HJB,ECF,PSK,（,A,1,）,GS,（,A,3,）,ES,（,A,cm,）,PQ,铁碳合金相图分析,41,铁碳合金相图分析,L+A,F,A,L,+,Fe,3,C,A,+,F,F,+,Fe,3,C,A,+,Fe,3,C,+L,+A,L,A,B,0.53,C,4.3,D,E,2.11,F,G,S,0.77,P,0.02,K,Q,J,0.17,H,Fe,Fe,3,C,0.09,6.69,1148,727,1394,W,C,(%),T(),N,重要点,N,、,G,同素异构转变点,H,、,E,、,P,、,Q,最大溶解度点,J,、,C,、,S,包晶、共晶、共析点,A,、,D,Fe,、,Fe,3,C,熔点,包晶反应,共晶反应,共析反应,L,d,L,d,P,P,L+A,F,A,L,+,Fe,3,C,A,+,F,F,+,Fe,3,C,A,+,Fe,3,C,+L,+A,L,A,B,0.53,C,4.3,D,E,2.11,F,G,S,0.77,P,0.02,K,Q,J,0.17,H,Fe,Fe,3,C,0.09,6.69,1148,727,1394,W,C,(%),T(),N,铁碳,合,合金,分,分类,铁碳,合,合金,的,的结,晶,晶过,程,程分,析,析,共析,钢,钢,w,c,=0.77%,铁碳,合,合金,相,相图,分,分析,室温,平,平衡,组,组织,:100%P,（,F,和,Fe3C,）,组成,相,相的,质,质量,分,分数,为,为：,L+A,F,A,L,+,Fe,3,C,A,+,F,F,+,Fe,3,C,A,+,Fe,3,C,+L,+A,L,A,B,0.53,C,4.3,D,E,2.11,F,G,S,0.77,P,0.02,K,Q,J,0.17,H,Fe,Fe,3,C,0.09,6.69,1148,727,1394,W,C,(%),T(),N,亚共,析,析钢,0.0218%,w,c,0.77%,铁碳,合,合金,相,相图,分,分析,0.20%C,0.40%C,组成,相,相的,质,质量,分,分数,为,为：,室温,平,平衡,组,组织,:F+P,，其,相,相对,量,量为,：,：,含,0.45%C,钢的组织,含,0.20%C,钢的组织,含,0.60%C,钢的组织,亚共,析,析钢,室,室温,下,下的,组,组织,为,为,F+P,。
在,0.02180.77%C,范围,内,内珠,光,光体,的,的量,随,随含,碳,碳量,增,增加,而,而增,加,加过共,析,析钢,0.077%,w,c,2.11%,硝酸,酒,酒精,侵,侵蚀,苦味,酸,酸侵,蚀,蚀,室温,平,平衡,组,组织,:P+Fe,3,C,，其,相,相对,量,量为,：,：,工业,纯,纯铁,w,c,0.02%,铁碳,合,合金,相,相图,分,分析,室温,平,平衡,组,组织,:F+Fe3C,共晶,白,白口,铁,铁,w,c,=4.3%,合金,冷,冷却,到,到,C,点发,生,生共,晶,晶反,应,应全,部,部转,变,变为,莱,莱氏,体,体,(Le),莱氏体,是,是共晶,与共晶,Fe,3,C,的整合,组,组织,呈蜂窝,状,状,.,C,点以下,成分沿,ES,线变化,，,，共晶,将析出,Fe,3,C,Fe,3,C,与共晶,Fe,3,C,结合，,不,不易分,辨,辨室温平,衡,衡组织,:100%,共晶转,变,变结束,时,时，两,相,相的相,对,对重量,百,百分比,为,为,:,温度降,到,到,2,点,成分达,到,到,0.77%,此时,相的相,对,对重量,:,在,2,点,共晶,发生共,析,析反应,，,，转变,为,为珠光,体,体，这,种,种由,P,与,Fe3C,组成的,共,共晶体,称,称低温莱,氏,氏体,用,Le,表示,.,2,点以下,，,，共晶,体,体中,P,的变化,同,同共析,钢,钢。
共晶白,口,口铁室,温,温组织,为,为,Le(P+Fe,3,C),它保留,了,了共晶,转,转变产,物,物的形,态,态特征,室温下,两,两相的,相,相对重,量,量百分,比,比为：,亚共晶,白,白口铁,2.11%,w,c,4.3%,铁碳合,金,金相图,分,分析,合金在,12,点间析,出,出,到,2,点，液,相,相成分,变,变到,C,点,并转变,为,为,Le,23,点间从,中析出,Fe3C,，一次,的,Fe3C,被共晶,衬托出,来,来到,3,点，,转变为,P,亚共晶,白,白口铁,室,室温组,织,织为,P+Fe3C,+Ld,过共晶,白,白口铁,4.3%,w,c,6.69%,12,点间从液相,中,中析出,Fe,3,C,这种渗,碳,碳体称一次渗,碳,碳体，用,Fe,3,C,表示，,呈,呈粗条,片,片状到,2,点，余,下,下的液,相,相成分,变,变到,C,点并转,变,变为,Le,铁碳合,金,金相图,分,分析,2,点以下,Fe3C,成分重,量,量不再,发,发生变,化,化,Le,变化同,共,共晶合,金,金,其室温,组,组织为,Fe3C+Le,组织组,成,成物在,铁,铁碳合,金,金相图,上,上的标,注,注,组织组,成,成物与,相,相组成,物,物标注,区,区别主,要,要在,+Fe,3,C,和,+Fe,3,C,+Fe,3,C,+Fe,3,C,Fe,Fe,3,C,S,Q,P,N,K,J,H,G,F,E,D,C,B,A,A+,Fe,3,C,A+F,L+A,A+,L+,F,A,L,L+,Fe,3,C,F+,Fe,3,C,A+,Fe,3,C,A+,Fe,3,C,+Ld,Ld,Le,+,Fe,3,C,Le,+,Fe,3,C,Ld,P+,Fe,3,C,+Ld,P+,Fe,3,C,P+F,P,F,+,Fe,3,C,C%,温度,钢,铁素体,亚共析钢,过共析钢,亚共晶白口铸铁,过共晶白口铸铁,共晶白口铸铁,共析钢,白 口 铸 铁,二次渗碳体,工,业,纯,铁,珠光体,莱氏体,一次渗碳体,Fe,3,C,钢 铁,分 类,组织组,成物相,对量,%,相组成,物相对,量,%,含碳量,%,0,0.0218,0.77,2.11,4.3,6.69,100,100,0,0,三次渗碳体,4-2,含碳量,对,对铁碳,合,合金组,织,织和性,能,能的影,响,响,含,碳,碳量对,室,室温平,衡,衡组织,的,的影响,含碳量,与,与缓冷,后,后相及,组,组织组,成,成物之,铁碳合,金,金相图,分,分析,含,碳,碳量对,力,力学性,能,能的影,响,响,亚共析,钢,钢随含碳,量,量增加,，,，,P,量增加,，,，钢的,强,强度、,硬,硬度升,高,高，塑,性,性、韧,性,性下降,。
0.77%C,时，组织为,100%P,钢的性,能,能即,P,的性能,0.9%C,，,Fe,3,C,为晶界,连,连续网,状,状，强,度,度下降,但硬度,仍,仍上升,2.11%C,，组织中,有,有以,Fe,3,C,为基的,Le,合金太,脆,脆,.,含,碳,碳量对,工,工艺性,能,能的影,响,响,切,削,削性能,:,中碳钢,合,合适,可,锻,锻性能,:,低碳钢,好,好,焊,接,接性能,:,低碳钢,好,好,铸,造,造性能,:,共晶合,金,金好,热,处,处理性,能,能,:,第六章,介,介绍,铸造,焊缝组织,模锻,切削加工的基本形式,车,刨,钻,铣,磨,4-3,碳钢,1,、钢中,常,常存杂,质,质对碳,钢,钢性能,的,的影响,：,：,钢中常,存,存杂质,有,有,Mn,、,Si,、,S,、,P,等；,1.1Mn,和,Si,的影响,：,：,Mn,和,Si,是炼钢,中,中必须,加,加入的,脱,脱氧剂,；,；,用于除,去,去溶于,钢,钢液中,的,的氧，,将,将,FeO,还原为,Fe,，形成,MnO,和,SiO,2,；,Mn,可以用,于,于除,S,，与钢,液,液中的,S,结合为,MnS,，减轻,S,的危害,；,；,在碳钢,中,中,Mn,的含量,通,通常小,于,于,0.8%,，,Mn,大部分,溶,溶于,F,中，形,成,成置换,固,固溶体,，,，强化,F,，一部,分,分则溶,于,于,Fe3C,中，形,成,成（,Fe,Mn)3C,；同时,，,，,Mn,还能增,加,加,P,的相对,含,含量。
这,这些都,使,使钢的,强,强度增,加,加；,Si,也溶于,F,之中，,起,起强化,作,作用，,但,但含量,较,较高时,，,，会使,塑,塑韧性,下,下降，,所,所以含,量,量一般,为,为小于,0.5%,1.2S,的影响,：,：,S,是有害,杂,杂质，,是,是炼钢,时,时由矿,石,石、燃,料,料带到,钢,钢中的,，,，它的,最,最大危,害,害是在,热,热加工,时,时开裂,，,，即产,生,生热脆,钢,中,中加入,Mn,可以一,定,定程度,上,上减少,热,热脆的,发,发生所以，,为,为避免,热,热脆，,钢,钢中的,含,含硫量,必,必须严,格,格控制,：,：,普通碳,钢,钢：含,硫,硫量,0.055%,优质碳,钢,钢：含,硫,硫量,0.040%,高级优,质,质碳钢,：,：含硫,量,量,0.030%,。
