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1、第三章 铁碳合金相图第1 页，本讲稿共22 页 第一节 铁碳合金的基本知识 一、纯铁的同素异晶转变 同素异晶转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格变为另一种晶格的现象。纯铁在冷却时的相变过程：第2 页，本讲稿共22 页二、铁碳合金的基本相铁素体、奥氏体和渗碳体。（一）铁素体铁素体：碳溶于-Fe 中所形成的间隙固溶体。用F 表示。铁素体的力学性能铁素体显微组织（二）奥氏体奥氏体：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体。用A 表示。奥氏体的性能。奥氏体的显微组织。（三）渗碳体渗碳体：铁与碳相互作用所形成的具有复杂晶格结构的金属化合物。用Fe3C 表示。渗碳体的性能渗碳体的形态：以片状、粒状或网状等形
2、式与固溶体相共存。是钢中主要的强化相 第3 页，本讲稿共22 页第二节 铁碳合金相图 铁碳合金相图：表示在平衡条件下，不同成分的铁碳合金、在不同温度下与组织或状态之间关系的图形。第4 页，本讲稿共22 页一、Fe-Fe3C 相图分析（一）Fe-Fe3C 相图中的特性点（二）Fe-Fe3C 相图中的特性线共晶转变：共晶转变的产物（AEFe3C）称为莱氏体，用Ld表示。共析转变：在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两种不同成分固相的转变。共析转变的产物（FP Fe3C）称为珠光体。变态莱氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体 第5 页，本讲稿共22 页二、铁碳合金的分类分为工业纯铁、钢和白口铸
3、铁。（一）工业纯铁wC 0.0218%的铁碳合金，其室温组织：铁素体。（二）钢0.02182.11%C 的铁碳合金。1.共析钢成分为0.77%C 的铁碳合金，室温组织：珠光体；2.亚共析钢成分为0.02180.77%C 的铁碳合金，室温组织：铁素体+珠光体；3.过共析钢成分为0.772.11%C 的铁碳合金，室温组织：珠光体+二次渗碳体。第6 页，本讲稿共22 页（三）白口铸铁2.116.69%C 的铁碳合金1.共晶白口铸铁4.3%C 的铁碳合金，室温组织：变态莱氏体；2.亚共晶白口铸铁成分为2.114.3%C 的铁碳合金，室温组织：变态莱氏体+珠光体+二次渗碳体；3.过共晶白口铸铁成分为4.
4、36.69%C 的铁碳合金，室温组织：变态莱氏体+一次渗碳体 第7 页，本讲稿共22 页第三节 典型铁碳合金的结晶过程及组织第8 页，本讲稿共22 页一、共析钢的结晶过程及组织 共析转变完成时，珠光体中铁素体与渗碳体的相对量 合金：共析钢第9 页，本讲稿共22 页二、亚共析钢的结晶过程及组织 合金：亚共析钢。室温组织：铁素体和珠光体 第10 页，本讲稿共22 页三、过共析钢的结晶过程及组织合金：过共析钢 室温组织：珠光体和网状二次渗碳体 第11 页，本讲稿共22 页四、共晶白口铸铁的结晶过程及组织合金：共晶白口铸铁 室温组织：珠光体+二次渗碳体+共晶渗碳体，即变态莱氏体（Ld）第12 页，本讲
5、稿共22 页五、亚共晶白口铸铁的结晶过程及组织合金：亚共晶白口铸铁 室温组织：珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体 第13 页，本讲稿共22 页六、过共晶白口铸铁的结晶过程及组织合金：过共晶白口铸铁 室温组织：一次渗碳体+变态莱氏体 第14 页，本讲稿共22 页第四节 铁碳合金成分与组织、性能间的关系一、铁碳合金成分与组织间的关系 第15 页，本讲稿共22 页二、铁碳合金成分与性能间的关系（一）含碳量与力学性能之间的关系wC0.9%时，含碳量，强度和硬度，塑性、韧性；而当wC0.9%后，由于二次渗碳体析出并形成完整的网状，含碳量，塑性、韧性，强度。钢中的碳含量一般都不超过1.31.4%。第16 页，
6、本讲稿共22 页（二）含碳量与工艺性能间的关系1.铸造性能2.锻压性能3.焊接性能4.切削加工性能5.热处理性能第17 页，本讲稿共22 页第五节 碳 素 钢 碳素钢（碳钢）是指wC2.11%，并含有少量锰、硅、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。一、杂质元素对碳钢性能的影响（一）锰的影响 钢中的一种有益元素。（二）硅的影响 钢中的有益元素。（三）硫的影响 产生热脆性。可改善钢的切削加工性能。（四）磷的影响 产生冷脆现象。改善钢的切削加工性利。（五）非金属夹杂物的影响第18 页，本讲稿共22 页二、碳钢的分类（一）按钢中的含碳量分低碳钢（wC0.25%）；中碳钢（0.25%wC0.60%）和高碳钢（w
7、C0.60%）。（二）按钢的质量分硫、磷多少，普通质量钢（wS0.050%，wP0.045%）；优质钢（wS0.035%，wP0.035%）；高级优质钢（wS0.020%，wP0.030%）和特级优质钢（wS0.015%，wP0.025%）。（三）按钢的用途分碳素结构钢和碳素工具钢。第19 页，本讲稿共22 页 三、碳素钢的牌号、性能及用途（一）普通碳素结构钢 用Q 表示。一般以热轧状态供应。Q195 钢、Q215 钢 含碳量较低，强度不高，塑性、韧性和焊接性较好，常用来制造铆钉、地脚螺栓、垫及各种薄板等。也可代替08F 或10 钢制造冲压和焊接结构件。Q235 钢 强度较高，常用来制作钢筋、
8、型钢、钢板、农业机械及各种不重要的机器零件。Q255、Q275 钢 强度较高，可代替30、40 钢制造较重要的某些零件。第20 页，本讲稿共22 页（二）优质碳素结构钢 牌号是用两位数字表示的，表示钢中平均含碳量的万倍。优质碳素结构钢分为普通含锰量（wM=0.250.8%）及较高含锰量（wM=0.7%1.2%）两组。10 25 钢 具有良好的冷塑性变形能力和焊接性，常用来制造受力不大、韧性要求较高的冲压件和焊接件；经渗碳、淬回火后，表面硬度，心部韧性较好，可用于制作凸轮、齿轮、销、摩擦片等。3055 钢及40Mn、50Mn 钢等 经调质处理，具有良好的综合力学性能，主要用来制造齿轮、连杆、轴类等零件。6085 钢及60Mn、65Mn、75Mn 钢 热处理后，可得到较高的弹性极限、足够的韧性和一定的强度，制作弹性元件和易磨损零件，如弹簧、弹簧垫圈等。第21 页，本讲稿共22 页（三）碳素工具钢 用“T”+数字表示，数字表示钢中平均含碳量的千倍；高级优质碳素工具钢，牌号末尾加“A”；含锰量较高者，在牌号后标出“Mn”。（四）铸钢 铸钢中的含碳量为0.150.60，主要用于制作形状复杂、难以进行锻造或切削加工，用铸铁又难以满足性能要求的零件。牌号用ZG 表示，第一组数字表示该钢屈服点的最低值（MPa），第二组数字表示其抗拉强度的最低值（MPa）。第22 页，本讲稿共22 页