工程材料第四章铁碳合金

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1、第四章铁碳合金第一节纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能同素异构转变—金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。同素异晶体—以不同晶体结构存在的同一种金属的晶体。δ—Feγ—Feα—Fe（体心立方）（面心立方）（体心立方）相图分析：重要的点和线重要的点J、C、S第二节铁碳合金相图分析一、钢和白口铸铁结晶过程分析及组成物计算室温AAAAA+Fe3CⅡ+LdPP+Fe3CⅡ+L′dL+Fe3CⅠJ点为包晶点，反应式：C点为共晶点，反应式：S点为共析点，反应式：重要的线：ABCD—液相线；AHJECF—固相线；水平线HJB—包晶线；水平线ECF—共晶线；水平线PSK—共析反应线（

2、A1线）；GS—合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线（A3线）;ES—碳在A中的固溶线（Acm线）；PQ—碳在F中的固溶线。根据相图，铁碳合金可分为三类：工业纯铁（C≤0.0218%）钢（0.0218%＜C≤2.11%）亚共析钢（0.0218%＜C＜0.77%）共析钢（C=0.77%）过共析钢（0.77%＜C≤2.11%）白口铸铁（2.11%＜C＜6.69%）亚共晶白口铸铁（2.11%＜C＜4.3%）过共晶白口铸铁（4.3%＜C＜6.69%）共晶白口铸铁（C=4.3%）1、共析钢：相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）相图分析：相对重量为：2、亚共析钢：（0.0218%＜C＜0.

3、77%）组织组成物为：珠光体（P）相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）（含碳量为C=0.4%）它们的相对重量为：组织组成物为：F和P它们的相对重量为：3、过共析钢（0.77%＜C≤2.11%）相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）（C=1.2%）它们的相对重量为：组织组成物为：Fe3CⅡ和P它们的相对重量为：4、共晶白口铸铁（C=4.3%）组织组成物为：相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）5、亚共晶白口铸铁（2.11%＜C＜4.3%）相组成物为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组织组成物为：P、和6、过共晶白口铸铁（4.3%＜C＜6.69%）相组成物为：铁素体（F）

4、和渗碳体（Fe3C）组织组成物为：和注意：工业纯铁的室温平衡组织为F，由于其强度低、硬度低，不宜作结构材料。三、Fe—Fe3C相图的应用（1）在钢铁材料选用方面的应用1、建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料—碳质量分数较低的钢材2、各种机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料—碳质量分数适中的中碳的钢材3、各种工具要用硬度高和耐磨性好的材料—碳质量分数高的钢材4、纯铁的强度低，不宜用作结构材料，但由于其导磁率高，可作软磁材料使用—电磁铁的铁芯.5、白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好、铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件—拔丝模、冷轧辊、

5、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。（2）在铸造工艺方面的应用根据相图可以确定：1、合金的浇注温度一般在液相线以上2、纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好（3）在热处理工艺方面的应用一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据相图确定的。在运用此相图时应注意以下两点：（1）此相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态，如含其它元素，相图将发生变化。（2）此相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态，若冷却或加热速度较快时，其组织转变就不能只用相图来分析了。第三节碳钢一、钢中常存杂质元素的影响（1）锰的影响在钢中它是一种有益元素，在碳钢中含锰量通常＜0.80%；在含锰合金钢中，含锰量控制在1.0~1.

6、2%范围。作用：1、大部分锰溶于F中，形成置换固溶体，并使F强化；2、一部分则溶于渗碳体中，形成合金渗碳体，提高钢的强度；3、锰能增加珠光体相对量，并使珠光体变细，提高钢的强度；4、锰与硫化合成MnS，能减轻硫的有害作用。（2）硅的影响在钢中它是一种有益元素，在碳钢中含硅量通常＜0.35%；它能溶于F中，使F强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。（3）硫的影响硫在钢中是有害杂质，它不溶于铁，而以FeS形式存在，会使钢产生热脆性。（4）磷的影响磷在钢中是有害杂质，它全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢产生冷脆性。（

7、一）碳钢的分类1、按钢的含碳量分类低碳钢—≤0.25%高碳钢—≥0.60%中碳钢—0.30~0.55%二、碳钢的分类、编号和用途2、按钢的质量分类普通碳素钢—S、P分别≤0.55%和0.45%高级优质碳素钢—S、P含量分别≤0.030%和0.035%优质碳素钢—S、P含量均应≤0.040%3、按用途分类（1）碳素结构钢—主要用于制造各种工程构件（桥梁、船舶、建筑等）和机器零件（齿轮、轴、螺钉、螺母、曲轴、连杆等），这类钢一般属于低碳