第2章工业用钢

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1、第2章工业用钢2.1钢铁的分类2.1.1铁碳1．基本概念固体物质按其原子排列的特征可分为晶体和非晶体两种。非晶体的原子作不规则的排列，如玻璃、石蜡、松香等；晶体的原子按一定次序作有规则的排列，如金刚石、石墨、固态的金属和合金等。晶体由晶格组成，晶格可以看成是一层一层的晶面堆积而成。金属常见的三种晶格类型是体心立方晶格、面心立方晶格、密排立方晶格。组元是组成合金最基本的，独立的物质，又简称为元。组元是组成合金最基本的，独立的物质，又简称为元。合金系是由若干给定组元按不同比例配制出一系列成分不同的合金，这一系列

2、合金构成一个合金系统，简称合金系。相是指在合金系统（或纯金属）中具有相同的物理和化学性能，并与该系统的其它部分有界面的分开的部分。组织是指由数量、形状、大小和分布方式不同的各种相组成了的组织。显微组织是借助光学或电子显微镜所观察到的组织。固溶强化是指在溶体中由于溶质原子的溶各入而使溶剂晶格发生变化，从而提高了合金抵抗塑性变形的能力，使金属材料的强度，硬度升高，而塑性下降。2．铁碳合金的组元(1)铁一般纯金属的结晶过程是形核及晶核长大的过程，是一个恒温过程，其冷却曲线如图2-1所示。过冷现象是指实际结晶温度T

3、1低于理论结晶温度T0这一现象。过冷度T为理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差,公式为T=T0－T1。常用的细化晶粒的方法有增大过冷度，变质处理，振动处理。图2-1纯金属结晶时的冷却曲线纯铁的同素异构转变在固态下，金属的晶格类型随温度（或压力）变化的特性——同素异晶转变。1394912δ—Fe→γ—Fe→α—Fe体心立方晶格面心立方晶格体心立方晶格纯铁的同素异构转变是钢铁材料能够进行热处理的依据。工业纯铁的力学性能一般为：Rm=180～280MPa；Rr0.2=100～170MPa；Z=30～50%；A=

4、70～80%；αk=160～200J/cm2；50～80HBS。纯铁的塑性、韧性很好，但其强度、硬度低，很少用作结构材料。但纯铁具有高的磁导率，可用于要求软磁性的场合，例如各种仪器仪表的铁芯等。(2)碳由两种或两种以上的金属元素（或非金属元素）熔炼组成的具有金属特性的材料称为合金。合金的相结构是从液态和固态两个方面来考虑。在液态时，大多数合金的组元都能相互溶解，形成一个均匀的液溶体，此时合金的相结构为均匀的液相结构。在结晶时，由于各个组元之间相互作用的不同，在固态时合金的相结构可能是固溶体、金属化合物或混合

5、物。固溶体的分类根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶体分为：间隙固溶体和置换固溶体。根据溶质原子在溶剂晶格中的溶解度可将固溶体分为：有限固溶体和无限固溶体。间隙固溶体溶质原子进入溶剂晶格中的间隙之中形成的固溶体。置换固溶体溶质原子占据在溶剂晶格的某些结点上，使晶格上的某些溶剂原子被置换而形成的固溶体。间隙固溶体置换固溶体混合物又叫机械混合物，当组成合金的各组元在固态下既互不溶解，又不形成化合物，而是按一定的重量比例，以混合方式存在着，形成各组元晶体的机械混合物，各组元的原子仍按自己原来的晶格来结成

6、晶体。在铁碳合金中，碳在固态下可以有三种形式存在：自由状石墨；碳溶解于铁的晶格中形成固溶体；碳与铁作用形成化合物。3、铁碳合金中的基本组织（1）铁素体F（C固溶到α-Fe中的间隙式固溶体）强度、硬度低，塑性、韧性好。（室温：C%=0.0008%,    727度：C%=0.0218%）（2）奥氏体A（C固溶到γ-Fe中的间隙式固溶体）强度低，易塑性变形（3）渗碳体Fe3C(铁和碳的金属化合物)性能特点—熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。渗碳体在钢和铸铁中通常呈片状、粒状、网状、带状等形态,是钢中主要的强化

7、相,它的数量、形态及分布情况,对钢的性能有很大的影响.、(体心立方晶格)（面心立方晶格）（4）珠光体P（铁素体和渗碳体的机械混合物）抗拉强度=770MPa延伸率=20％～35％断面收缩率=40％～60％冲击韧性=3×105～4×105J/㎡硬度180HB（5）莱氏体高温莱氏体Ld（奥氏体和渗碳体的机械混合物）低温莱氏体Ld′(珠光体和渗碳体的机械混合物）硬而脆，塑性、韧性几乎为零。强度、硬度较高，具有一定的塑性和韧性，是一种综合力学性能较好的组织。铁碳合金的五种基本组织中，铁素体、奥氏体、渗碳体是基本相，也

8、是单相组织；而珠光体和莱氏体是由基本相混合组成的两相组织。4．铁碳合金相图铁碳合金相图是表示在平衡条件下（及其缓慢加热或冷却），不同成分的铁碳合金，在不同温度下所处状态或组织的图形。铁碳合金相图实际上是Fe－Fe3C相图。图2-2为简化后的Fe－Fe3C相图。图2-2简化后的Fe－Fe3C相图Fe-Fe3C相图中的特性点Fe-Fe3C相图中的特性线5、铁碳合金成分、组织与性能之间的关系室温下，铁碳合金的成分、组织