第4章工程材料优秀课件.ppt

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1、第4章工程材料第1页，本讲稿共43页第一节第一节 铁铁 碳碳 合合 金金 系系 相相 图图 碳钢碳钢和和铸铁铸铁是应用最广的金属材料，虽然它们是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁铁(Fe)和碳和碳(C)两种元素，故统称为两种元素，故统称为铁碳合金铁碳合金 铁碳合金相图是研究平衡状态下铁碳合金成分铁碳合金相图是研究平衡状态下铁碳合金成分、组织和性能组织和性能之间关系及其变化规律的一个重要工具之间关系及其变化规律的一个重要工具 铁碳相图是一个较复杂的二元合金相图，可以划分成铁碳相图是一个较复杂的二元合金相图，可以划

2、分成Fe-Fe3C,Fe3C-Fe2C,Fe2C-FeC和和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过不超过5），），因此，所研究的铁碳相图就是因此，所研究的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分部分第2页，本讲稿共43页一、铁一、铁 碳碳 合合 金金 系系 组组 元元 的的 特特 性性纯铁的同素异构转变1.纯纯 铁铁2.碳碳纯铁的力学性能特点:强度硬度低,塑性韧性好碳在铁碳合金中的存在形式:溶入溶入Fe中形成固溶体中形成固溶体 与与Fe形成金属化合

3、物形成金属化合物 以游离态石墨存在以游离态石墨存在第3页，本讲稿共43页二、铁二、铁 碳碳 双双 重重 相相 图图 铁碳相图是一个较复杂的二元合金相图，工业上使用的铁铁碳相图是一个较复杂的二元合金相图，工业上使用的铁碳合金含碳量不超过碳合金含碳量不超过5，因此，所研究的铁碳相图就是因此，所研究的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分部分ESQGKD4.34.32.112.110.770.770.020.02C%C%114811481538 1538 727727P PL LAF F温度912912C6.696.69第4页，本讲稿共43页 铁铁 素素 体体（F F）奥奥 氏氏 体体（A A）渗渗 碳碳

4、体体（FeFe3 3C C）0.00060.0008%Fe3C3Fe+C(体心立方)三、三、Fe-Fe3C 相相 图图 的的 特特 征征1.基本相基本相第5页，本讲稿共43页ESQGKD4.34.32.112.110.770.770.020.02C%C%114811481538 1538 727727P PL LAF F温度912912C6.696.69课本P70表4-12.图中特性点与特性线第6页，本讲稿共43页两个基本转变反应A A（0.77%C0.77%C）F F（0.02%C 0.02%C）+Fe+Fe3 3C C（6.69%C 6.69%C）727727P PL L（4.3%C4.3

5、%C）A A（2.11%C 2.11%C）+Fe+Fe3 3C C（6.69%C 6.69%C）11481148L LD D(1)共晶反应(2)共析反应第7页，本讲稿共43页五种基本组织的关系C溶入溶入-Fe溶入溶入-FeFAFe3C与与Fe化合化合P混混合合LDLD混混合合混合混合第8页，本讲稿共43页3.三条重要特性线温度(固态转变线固态转变线)ESQGKD4.34.32.112.110.770.770.020.02114811481538 1538 727727P PL LAF F912912C6.696.69C%C%GS线：线：A中开始析出中开始析出F F或或F F全部溶入全部溶入(升

6、温时升温时)A的转变线。常用的转变线。常用A3表示。因这条线在共析转变表示。因这条线在共析转变线以上，故又称为先共析线以上，故又称为先共析F相开始析出线。常相开始析出线。常称为称为A3线或线或A3温度。温度。ES线：线：C在在A中溶解度曲线。常用中溶解度曲线。常用Acm表示，表示，称为称为Acm温度。低于此温度，溶解度降低，将析温度。低于此温度，溶解度降低，将析出出Fe3C。为了区别自液。为了区别自液(CD线线)态合金中直接析态合金中直接析出的一次出的一次Fe3C，将，将A中析出的中析出的Fe3C称为二次称为二次Fe3C。PQ线：线：C在在F中溶解度曲线。在中溶解度曲线。在727时，时，C在在

7、F中的最大溶解度中的最大溶解度0.0218%，但温度下降，但温度下降，C在在F中溶解度下降，会析出少量的渗碳体，称中溶解度下降，会析出少量的渗碳体，称为三次为三次Fe3C。第9页，本讲稿共43页第二节第二节 铁碳合金平衡结晶过程分析铁碳合金平衡结晶过程分析一一.铁碳合金分类铁碳合金分类白白 口口 铸铸 铁铁亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 0.02180.02180.77第10页，本讲稿共43页二二二二.钢和白口铸铁的平衡结晶过程钢和白口铸铁的平衡结晶过程钢和白口铸铁的平衡结晶过程钢和白口铸铁的平衡结晶过程 共析钢:亚共析钢:过共析钢:LAAL+PLAAL+A+P+FFLL+A+P+F

8、e3CAAFe3C 共晶白口铸铁:亚共晶白口铸铁:过共晶白口铸铁:请请 独独 立立 思思 考考第11页，本讲稿共43页F F第三节第三节 碳对铁碳合金的影响碳对铁碳合金的影响一一.碳对室温平衡组织的影响碳对室温平衡组织的影响第12页，本讲稿共43页1.相的变化规律铁碳合金在共析温度以下的相就是F与Fe3C2.组织的变化规律 随含碳量的增加，组织的变化顺序依次是：随含碳量的增加，组织的变化顺序依次是：F F+P P P+Fe3C P+Fe3C+LD LD Fe3C+LD 组织形态的变化：组织形态的变化：铁素体铁素体（F）单相铁素体为块状，呈等轴晶粒状单相铁素体为块状，呈等轴晶粒状 共析体中的铁素

9、体与渗碳体相互制约，呈交替片状共析体中的铁素体与渗碳体相互制约，呈交替片状第13页，本讲稿共43页 渗渗 碳碳 体体（Fe3C）Fe3C呈条状呈条状 Fe3C 沿晶界呈网状沿晶界呈网状 Fe3C沿晶界呈小片或粒状沿晶界呈小片或粒状 共晶渗碳体同奥氏体相关形成，在莱氏体中为连续的基体共晶渗碳体同奥氏体相关形成，在莱氏体中为连续的基体 共析渗碳体同铁素体交互形成，呈交替片状共析渗碳体同铁素体交互形成，呈交替片状第14页，本讲稿共43页二二 碳对力学性能的影响碳对力学性能的影响工业常用钢材一般不超过1.4%第15页，本讲稿共43页第四节第四节 碳碳 钢钢一一 钢铁材料的生产过程钢铁材料的生产过程课本

10、P83图4-22二二 杂质元素对碳钢性能的影响杂质元素对碳钢性能的影响 1.有益元素-锰Mn 硅Si 2.有害元素-硫S:热脆 磷P:冷脆 氢H:氢脆 微裂纹 氧O:氧化物 第16页，本讲稿共43页三、碳钢分类1.按钢的冶炼方法分：平炉钢、转炉钢、电炉钢 按钢冶炼时脱氧程度分：按钢在冶炼时的设备分：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢 2.按钢的质量分：普通质量钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢3.按用途分：结构钢-工程结构钢 机器零件用钢工具钢-刃具用钢 模具用钢 量具用钢 特殊性能钢-不锈钢 耐热钢 耐磨钢 磁钢4.按钢中的含碳量分：低碳钢(C0.25%)、中碳钢(0.25%C0.6%)、高碳钢(C0

11、.6%)第17页，本讲稿共43页四、碳钢的牌号和应用1、普通碳素结构钢牌号组成：由Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法 四部分自左向右顺序组成Q-“屈”字汉语拼音字首；A、B、C、D-质量等级符号，从左至右，质量依次提高；F、b、Z、TZ-依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢；例如：Q235-AF表示屈服点为235Mpa、质量为A 级的沸腾钢。第18页，本讲稿共43页常用普通碳素结构钢：Q195、Q215、Q235A、Q235B Q235C、Q235D Q255、Q275第19页，本讲稿共43页普通碳素结构钢的一些应用第20页，本讲稿共43页2、优质碳素结构钢牌号：用平均碳质量分数的

12、万分数的数字表示例如：20、45若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号 “Mn”，如15Mn、45Mn等优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件 第21页，本讲稿共43页常用优质碳素结构钢：08F 10、20 35、40、45、50 60、65第22页，本讲稿共43页优优质质碳碳素素结结钢钢的的一一些些应应用用第23页，本讲稿共43页 3、碳素工具钢 牌号:用平均碳质量分数的千分数的数字表 示，数字之前冠以“T”（“碳”的汉语拼音字头）例如:T9T12A 碳素工具钢用来制造各种刃具、量具、模具等第24页，本讲稿共43页常用碳素工具钢:T7、T8 T9、T10、T11 T12、T13 碳素工具钢

13、使用前都要进行热处理 （淬火+低温回火）第25页，本讲稿共43页碳素工具钢的一些应用碳素工具钢的一些应用第26页，本讲稿共43页 4、铸造碳钢牌号:以“铸钢“二字的汉语拼音字首“ZG”与其后的两组数字构成。第一组数字表示厚度为100mm以下的铸件的室温屈服强度；第二组数字表示该铸件的抗拉强度例如:ZG200400 常用铸造碳钢：ZG270-500铸钢主要用于制造形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件，例如机车车辆、船舶、轴等第27页，本讲稿共43页铸铸钢钢的的一一些些应应用用外 壳轧 辊重型机械齿轮 第28页，本讲稿共43页第五节第五节 铸铸 铁铁 一、铸铁的石墨化一、铸铁的石墨化当铁碳合金

14、中的碳全部或大部分以石墨形式存在时,则会出现在钢的基体组织上分布不同形状石墨的铸铁,统称灰铸铁铸铁组织中石墨的形成叫做“石墨化”过程二、影响石墨化的因素二、影响石墨化的因素 1 化学成分的影响 (a)C和Si:强烈促进 (b)P :作用不显著，限制含量 (c)S:强烈阻碍，严格控制 (d)Mn:阻碍石墨化，但可消除S的影响，允许较高含量存在2 冷却速度的影响冷却速度越慢，越有利于石墨化进行第29页，本讲稿共43页三、铸铁的分类 根据铸铁结晶过程中的石墨化程度不同进行分类 a.灰口铸铁 b.白口铸铁 c.麻口铸铁第30页，本讲稿共43页按铸铁中的石墨形态分（1）片状石墨 （2）球状石墨 （3）团

15、絮状石墨第31页，本讲稿共43页普通灰铸铁孕育铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁粗片状细片状小球状团絮状蠕虫状第32页，本讲稿共43页四、各类铸铁的特点及应用1.灰铸铁牌号：“HT”和一组数字表示(“HT”表示“灰铁”，数字表示 最低抗拉强度 例如：HT150、HT250、HT400 石墨形态：石墨呈片状基体组织：铁素体、珠光体和铁素体加珠光体 灰口铸铁的显微组织 见下页应用：主要用于制造汽车、拖拉机的汽缸、汽缸盖、刹车带、摩擦片，以及机床的床身、底座、支柱等耐压、耐磨件 第33页，本讲稿共43页灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织第34页，本讲稿共43页灰铸铁的应用灰铸铁的应用第35页，本讲稿共43页

16、2.球墨铸铁牌号：用“QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强 度极限和延伸率例如：QT400-15、QT600-3、QT800-2 石墨形态：呈球状 基体组织：铁素体、铁素体和珠光体、珠光体 球墨铸铁的显微组织 见下页 应用：用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。第36页，本讲稿共43页球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 第37页，本讲稿共43页球墨铸铁的应用球墨铸铁管道接口 第38页，本讲稿共43页a.牌号1：KTH（可铁黑的汉语拼音字首）和两组数字，数 字的含义分别表示最低抗拉强度和最低延伸率 例如：KTH350-10 石墨形态：F+团絮状G，其中心呈黑灰色，故称黑心可锻

17、 铸铁牌号2：KTZ（可铁珠的汉语拼音字首）和两组数字，数字的含义同黑心可锻铸铁。例如：KTZ600-3石墨形态：P+团絮状G，称为珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的显微组织 见下页 b.应用：常用来制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等 3.可锻铸铁第39页，本讲稿共43页可锻铸铁的显微组织 第40页，本讲稿共43页4.蠕墨铸铁 蠕墨铸铁的组织由钢的基体和蠕虫状的石墨组成。a.牌号:RuT为“蠕铁”汉语拼音字头，后面数字为最小抗拉强度值 例如:RuT340b.石墨形态:石墨形状介于片状和球状之间，在光学显微镜下观察，石墨短而厚，头部较圆，形似蠕虫 蠕墨铸铁

18、的显微组织 深腐蚀照片400 蠕虫状石墨 100 第41页，本讲稿共43页c.应用：蠕墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，强度、塑性、韧性优于灰铸铁，接近于铁素体球墨铸铁，壁厚敏感性比灰铸铁小得多，故厚大截面上的力学性能均匀。突出的优点是屈强比在铸造合金中最高（0.720.82）,导热性，铸造性能，切削加工性能优于球墨铸铁接近于灰铸铁，适合制造工作温度较高而又要求强度高、耐磨性好、形状复杂的大型铸件。如大型柴油机缸体、缸盖、排气管、制动盘等。第42页，本讲稿共43页5.合金铸铁加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，可获得耐磨铸铁加入Al、Si、Cr等合金元素，可获得耐热铸铁第43页，本讲稿共43页