工程材料第六章(鐵碳相圖)

1、第六章第六章 鐵碳合金鐵碳合金 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： Fe-Fe3C相圖中典型合金的平衡結(jié)晶過程，特相圖中典型合金的平衡結(jié)晶過程，特別是鋼的部分。別是鋼的部分。 難點(diǎn)：共晶與共析轉(zhuǎn)變，結(jié)晶過程中各相成分的變化規(guī)難點(diǎn)：共晶與共析轉(zhuǎn)變，結(jié)晶過程中各相成分的變化規(guī)律，平衡相及組織的相對(duì)量計(jì)算。律，平衡相及組織的相對(duì)量計(jì)算。一、學(xué)習(xí)一、學(xué)習(xí)Fe-Fe3C相圖的意義相圖的意義二、對(duì)二、對(duì)Fe-Fe3C相圖的幾點(diǎn)說明相圖的幾點(diǎn)說明 6-1 鐵碳合金的基本相鐵碳合金的基本相 一、一、 Fe - Fe - Fe - Fe 。 C在在 - Fe中的間隙固溶體叫中的間隙固溶體叫鐵素體（鐵素體（F）， C在在 -

2、Fe中中的溶解度極小，最大為的溶解度極小，最大為0.0218%. C在在 - Fe中的固溶體叫中的固溶體叫奧氏體（奧氏體（A）,C在在 - Fe中的溶解度中的溶解度較大，為較大，為2.11%0.77%。 F與與A的強(qiáng)度、硬度都較低，而塑性和韌性好。的強(qiáng)度、硬度都較低，而塑性和韌性好。二、二、 Fe3C：是晶格復(fù)雜的間隙化合物，強(qiáng)度很：是晶格復(fù)雜的間隙化合物，強(qiáng)度很低（低（40MPa)，塑性幾乎為零，但硬度很高，塑性幾乎為零，但硬度很高(HB800)，所以，所以Fe3C硬而脆。在鋼和白口鐵中以硬而脆。在鋼和白口鐵中以片狀、球狀、網(wǎng)狀、條狀等形式存在。它的形狀片狀、球狀、網(wǎng)狀、條狀等形式存在。它的

3、形狀和分布對(duì)鋼性能影響很大，是鐵碳合金的強(qiáng)化相。和分布對(duì)鋼性能影響很大，是鐵碳合金的強(qiáng)化相。三、鐵碳合金中的相三、鐵碳合金中的相1、液相、液相L2、 相相-高溫鐵素體。高溫鐵素體。3、 相相- 鐵素體（用鐵素體（用F或或 表示）表示）4、 相相-奧氏體（用奧氏體（用A或或 表示）表示）5、 Fe3C 6-2 Fe-Fe3C相圖分析相圖分析一、重要點(diǎn)與線的分析一、重要點(diǎn)與線的分析1、重要的點(diǎn)、重要的點(diǎn)A：純鐵的熔點(diǎn)，：純鐵的熔點(diǎn)，t=1538C ，C=0D：Fe3C的熔點(diǎn)，的熔點(diǎn)，t=1227 C ， C=6.69%G：純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)，：純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)， - Fe- Fe t=912 C

4、 ，C=0 E：C在在 - Fe中的最大溶解度點(diǎn)，中的最大溶解度點(diǎn)，t=1148 C ，C=2.11%，也是鋼與白口鐵的成分分界點(diǎn)。也是鋼與白口鐵的成分分界點(diǎn)。P： C在在 - Fe中最大溶解度點(diǎn)，中最大溶解度點(diǎn)，t=727 C ， C=0.0218%。也是純鐵與鋼的成分分界點(diǎn)。也是純鐵與鋼的成分分界點(diǎn)。C：共晶點(diǎn)，：共晶點(diǎn)，t=1148 C ， C=4.3%S：共析點(diǎn)，：共析點(diǎn)，t=727 C ，C=0.77%2、重要的線、重要的線ACD：液相線。：液相線。AECF：固相線。：固相線。ES：碳在奧氏體中的溶解度曲線。以：碳在奧氏體中的溶解度曲線。以Acm表示。表示。 凡含凡含C量高于量高于0

5、.77%的鐵碳合金自的鐵碳合金自1148 C 冷冷到到727C 時(shí)，均會(huì)從奧氏體中沿晶界析出網(wǎng)狀時(shí)，均會(huì)從奧氏體中沿晶界析出網(wǎng)狀 Fe3C 。PQ：碳在鐵素體中的溶解度曲線。碳在鐵素體中的溶解度曲線。 凡含凡含C量大于零的鐵碳合金自量大于零的鐵碳合金自727C 冷到室溫冷到室溫時(shí)均會(huì)從鐵素體中析出時(shí)均會(huì)從鐵素體中析出 Fe3C I ，但是因含量很但是因含量很少一般不予考慮少一般不予考慮。 GS：從不同含碳量的奧氏體中析出鐵素體的開：從不同含碳量的奧氏體中析出鐵素體的開始線。以始線。以A3表示。表示。 EFC：共晶線。共晶反應(yīng)發(fā)生在含碳為：共晶線。共晶反應(yīng)發(fā)生在含碳為 2.11 6.69%的鐵碳

6、合金中。的鐵碳合金中。 PSK：共析線，：共析線，以以A1表示。共析反應(yīng)發(fā)生在含表示。共析反應(yīng)發(fā)生在含碳為碳為 0.0218 6.69%的鐵碳合金中。的鐵碳合金中。 6-3 典型合金的結(jié)晶過程及組織典型合金的結(jié)晶過程及組織 按含碳量和組織不同，鐵碳合金分三類：按含碳量和組織不同，鐵碳合金分三類： 1、工業(yè)純鐵（、工業(yè)純鐵（C 0.0218%） 2、鋼（、鋼（C 0.0218 2.11%）。根據(jù)室溫組織不）。根據(jù)室溫組織不同，又分三種：共析鋼（同，又分三種：共析鋼（C= 0.77%），亞共析），亞共析鋼（鋼（C 0.77%）。）。 3、白口鐵（、白口鐵（C2.11 6.69%）。根據(jù)室溫組織）。

7、根據(jù)室溫組織不同，又分三種：共晶白口鐵（不同，又分三種：共晶白口鐵（C=4.3%），亞），亞共析白口鐵（共析白口鐵（C 4.3%）。）。 一、鋼的結(jié)晶過程及組織一、鋼的結(jié)晶過程及組織 含碳小于含碳小于2.11%能夠進(jìn)行壓力加工的鐵碳合金叫鋼。能夠進(jìn)行壓力加工的鐵碳合金叫鋼。 1、共析鋼的結(jié)晶過程及顯微組織、共析鋼的結(jié)晶過程及顯微組織LL+A A P（F+Fe3C) 2、亞共析鋼、亞共析鋼LL+A A A+F P+F 3、過共析鋼、過共析鋼LL+A A A+ Fe3C P+ Fe3C 鋼的共同特點(diǎn)是高溫下都有塑性很好的鋼的共同特點(diǎn)是高溫下都有塑性很好的A體組織，體組織，適合于壓力加工。適合于壓力

8、加工。二、白口鐵的結(jié)晶過程與顯微組織二、白口鐵的結(jié)晶過程與顯微組織 1、共晶白口鐵、共晶白口鐵L Ld(A+Fe3C) Ld(A + Fe3C +Fe3C) Ld(P + Fe3C +Fe3C) 2、亞共晶白口鐵、亞共晶白口鐵 L L+A A+ Ld A+ Fe3C +Ld P + Fe3C +L d 3、過共晶白口鐵、過共晶白口鐵L L+ Fe3C Fe3C +Ld Fe3C +L d 因?yàn)榘卓阼F在高溫時(shí)都有脆性的共晶萊氏體，所因?yàn)榘卓阼F在高溫時(shí)都有脆性的共晶萊氏體，所以不能進(jìn)行鍛壓，而共晶成分合金的流動(dòng)性好，適合以不能進(jìn)行鍛壓，而共晶成分合金的流動(dòng)性好，適合于鑄造。于鑄造。 6-4 碳與雜

9、質(zhì)對(duì)鋼性能的影響碳與雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響 鋼中除碳外，還有雜質(zhì)元素硅、錳、硫、磷等。鋼中除碳外，還有雜質(zhì)元素硅、錳、硫、磷等。 1、碳的影響、碳的影響 鋼在平衡狀態(tài)下是有鋼在平衡狀態(tài)下是有F和和Fe3C兩個(gè)相組成，兩個(gè)相組成，F(xiàn)有良好的有良好的塑性，而強(qiáng)度硬度低。塑性，而強(qiáng)度硬度低。 Fe3C硬而脆。硬而脆。 在亞共析鋼中，隨含碳量的增加，在亞共析鋼中，隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，量減少，P量增加，量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和韌性降低。鋼的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和韌性降低。 在過共析鋼中，在過共析鋼中， Fe3C除形成除形成P體外，還以網(wǎng)狀形式形體外，還以網(wǎng)狀形式形成成Fe3C 分布在晶界

10、上，隨著含碳量的增加，數(shù)量增多，分布在晶界上，隨著含碳量的增加，數(shù)量增多，網(wǎng)絡(luò)越厚越完整，網(wǎng)絡(luò)越厚越完整， Fe3C 網(wǎng)割裂了網(wǎng)割裂了P體晶粒之間的聯(lián)系，體晶粒之間的聯(lián)系，因此，在過共析鋼中隨著含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度降低，因此，在過共析鋼中隨著含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度降低，在約在約0.9%C時(shí)達(dá)最大值。所以，工業(yè)上常用的碳鋼含時(shí)達(dá)最大值。所以，工業(yè)上常用的碳鋼含C量量一般不超過一般不超過1.4%。2、雜質(zhì)的影響、雜質(zhì)的影響 1）磷和硫的影響）磷和硫的影響 磷和硫是有害雜質(zhì)。磷可溶入磷和硫是有害雜質(zhì)。磷可溶入F體中，使鋼的強(qiáng)度、體中，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但塑性和韌性顯著下降。尤其是低溫更嚴(yán)硬度提

11、高，但塑性和韌性顯著下降。尤其是低溫更嚴(yán)重，這一現(xiàn)象稱鋼的重，這一現(xiàn)象稱鋼的“冷脆冷脆”。 硫在鋼中與硫在鋼中與Fe形成形成FeS，F(xiàn)eS又與又與Fe形成低熔點(diǎn)形成低熔點(diǎn)985C的共晶體，并常分布在晶界，當(dāng)鋼在的共晶體，并常分布在晶界，當(dāng)鋼在1000 C以以上熱加工時(shí)，低熔點(diǎn)的共晶熔化，導(dǎo)致鋼沿晶界開裂，上熱加工時(shí)，低熔點(diǎn)的共晶熔化，導(dǎo)致鋼沿晶界開裂，使鋼產(chǎn)生使鋼產(chǎn)生“熱脆熱脆”性。性。 在鋼中以其含量的多少作為評(píng)定鋼材質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。在鋼中以其含量的多少作為評(píng)定鋼材質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。2）硅錳的影響）硅錳的影響 硅錳都能溶入硅錳都能溶入F體中，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，體中，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但由于在鋼

12、中的含量少，其影響不明顯。但由于在鋼中的含量少，其影響不明顯。Mn能能與與S親合力大，形成親合力大，形成MnS，其熔點(diǎn)高（，其熔點(diǎn)高（1620 C），），常呈粒狀分布在晶內(nèi)，且具有一定的塑性，可降常呈粒狀分布在晶內(nèi)，且具有一定的塑性，可降低低FeS的有害作用。的有害作用。 6-5 碳鋼的分類、編號(hào)和應(yīng)用碳鋼的分類、編號(hào)和應(yīng)用 一、分類一、分類 1、按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼 2、按含碳量分：低、按含碳量分：低C鋼（鋼（ 0.25%)，中，中C鋼（鋼（ 0.30 0.6 %)，高，高C鋼（鋼（ 0.6%)。 3、按質(zhì)量分：普通鋼（、按質(zhì)量分：普通鋼（P 0.045%，S

13、0.055%)，優(yōu)質(zhì)鋼（結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)鋼（結(jié)構(gòu)鋼 P 0.04%，S 0.045%。工具鋼。工具鋼P(yáng) 0.035%，S 0.03%)，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（ P 0.03%，S 0.02%）。）。二、編號(hào)與用途二、編號(hào)與用途 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼GB700-88 牌號(hào)表示方法有屈服點(diǎn)字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)牌號(hào)表示方法有屈服點(diǎn)字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)與脫氧方法四部分組成。量等級(jí)符號(hào)與脫氧方法四部分組成。 共共5類牌號(hào)：類牌號(hào)：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275，其中，其中Q195 、Q275不分質(zhì)量等級(jí)，既保證不分質(zhì)量等級(jí)，既保證力學(xué)性能又保證化學(xué)成分。力學(xué)性能又保證化學(xué)

14、成分。 Q215、Q235、Q255的的A級(jí)只保證力學(xué)性能，化學(xué)成分除級(jí)只保證力學(xué)性能，化學(xué)成分除S、P、Si外，外，其它不保證。其它質(zhì)量等級(jí)同時(shí)保證力學(xué)性能和其它不保證。其它質(zhì)量等級(jí)同時(shí)保證力學(xué)性能和化學(xué)成分。見表化學(xué)成分。見表3-3、表、表3-4。例例Q235-AF表示屈服強(qiáng)度為表示屈服強(qiáng)度為235MPa的的A級(jí)沸騰鋼。級(jí)沸騰鋼。 Q195、Q215主要用于薄板、焊接鋼管、鐵絲等。主要用于薄板、焊接鋼管、鐵絲等。 Q235主要用于中板、鋼管、鋼筋、小軸、螺栓。主要用于中板、鋼管、鋼筋、小軸、螺栓。 Q255、Q275主要用于連桿、鍵、軸等。主要用于連桿、鍵、軸等。 2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)

15、碳素結(jié)構(gòu)鋼 用兩位數(shù)字表示含用兩位數(shù)字表示含C量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。分普通含錳量和量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。分普通含錳量和較高含錳量（較高含錳量（0.71%)兩種。兩種。 低低C鋼用于沖壓件、焊接件和滲鋼用于沖壓件、焊接件和滲C件。中件。中C鋼用于綜鋼用于綜合性能要求較高的軸類和齒輪類零件。高合性能要求較高的軸類和齒輪類零件。高C鋼用于彈鋼用于彈簧、鋼絲、鋼帶等。見表簧、鋼絲、鋼帶等。見表3-6。3、優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼 用用“T”表示，后面的數(shù)字表示含表示，后面的數(shù)字表示含C量的千分?jǐn)?shù)。量的千分?jǐn)?shù)。 T7、T8強(qiáng)度硬度較高，塑性韌性好，常用于受沖擊強(qiáng)度硬度較高，塑性韌性好，常用于受沖擊較大的工具（沖頭、鑿

16、子等）。較大的工具（沖頭、鑿子等）。T9、T10、T11用于用于高硬度、中等韌性的工具（鉆頭、絲攻等）。高硬度、中等韌性的工具（鉆頭、絲攻等）。T12、T13用來(lái)制造高硬度、高耐磨性而韌性要求不高的工用來(lái)制造高硬度、高耐磨性而韌性要求不高的工具（量具、銼刀等）。見表具（量具、銼刀等）。見表3-7。 “ZG35”表示表示35號(hào)鑄鋼。號(hào)鑄鋼?！癥20”表示表示20號(hào)易切削鋼。號(hào)易切削鋼。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼分別在牌號(hào)后加高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼分別在牌號(hào)后加“A”。 6-6 鑄鐵鑄鐵 含碳量大于含碳量大于2.11%不能進(jìn)行鍛打不能進(jìn)行鍛打的鐵碳合金稱為鑄鐵。的鐵碳合金稱為鑄鐵。 鑄鐵是人類最早使用的金屬材料鑄鐵是人類最早

17、使用的金屬材料之一。到目前為止，鑄鐵仍是一種之一。到目前為止，鑄鐵仍是一種被廣泛使用的金屬材料。按質(zhì)量統(tǒng)被廣泛使用的金屬材料。按質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，在機(jī)床中鑄鐵件約占計(jì)，在機(jī)床中鑄鐵件約占60%90%；在汽車、拖拉機(jī)中鑄；在汽車、拖拉機(jī)中鑄鐵約占鐵約占50%70%。 鑄鐵之所以獲得廣泛的應(yīng)用，主鑄鐵之所以獲得廣泛的應(yīng)用，主要是由于它的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本要是由于它的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉并具有優(yōu)良的鑄造性能、可切低廉并具有優(yōu)良的鑄造性能、可切削加工性能、耐磨性能及吸震性等。削加工性能、耐磨性能及吸震性等。 6-6 鑄鐵鑄鐵一、鑄鐵的分類一、鑄鐵的分類根據(jù)碳的存在形態(tài)鑄鐵可分為：根據(jù)碳的存在形態(tài)鑄鐵可分為：

18、 1、白口鑄鐵、白口鑄鐵 碳全部以碳全部以Fe3C形式存在，斷口呈白色，硬而脆，形式存在，斷口呈白色，硬而脆，不能進(jìn)行切削加工。工業(yè)上很少用于制造機(jī)器零件，不能進(jìn)行切削加工。工業(yè)上很少用于制造機(jī)器零件，主要用于煉鋼原料。主要用于煉鋼原料。 2、灰口鑄鐵、灰口鑄鐵 碳全部或大部分以單質(zhì)狀態(tài)的片狀石墨形態(tài)存在，碳全部或大部分以單質(zhì)狀態(tài)的片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈深灰色斷口呈深灰色 。 3、麻口鑄鐵、麻口鑄鐵根據(jù)石墨形態(tài)的不同，灰口鑄鐵又可分為：根據(jù)石墨形態(tài)的不同，灰口鑄鐵又可分為： 灰鑄鐵灰鑄鐵，即鑄鐵中石墨呈片狀存在。，即鑄鐵中石墨呈片狀存在。 球墨鑄鐵球墨鑄鐵，即鑄鐵中石墨呈球狀存在。，即鑄鐵中

19、石墨呈球狀存在。 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵，即鑄鐵中石墨呈蠕蟲狀存在，即，即鑄鐵中石墨呈蠕蟲狀存在，即 其石墨形態(tài)介于片狀與球狀之間。其石墨形態(tài)介于片狀與球狀之間。 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵，即鑄鐵中石墨呈團(tuán)絮狀存在。，即鑄鐵中石墨呈團(tuán)絮狀存在。此外，依據(jù)鑄鐵的化學(xué)成分、結(jié)晶形態(tài)和組織此外，依據(jù)鑄鐵的化學(xué)成分、結(jié)晶形態(tài)和組織性能不同，可分為性能不同，可分為常用鑄鐵常用鑄鐵( (普通鑄鐵普通鑄鐵) )和和合金合金鑄鐵鑄鐵( (特殊性能鑄鐵特殊性能鑄鐵) )兩類。兩類。 1Fe-Fe3C和和Fe-C雙重相雙重相圖圖在鐵碳合金中，碳可以三在鐵碳合金中，碳可以三種形式存在：種形式存在： 一種是以原子形式固溶于一種是以

20、原子形式固溶于鐵素體（鐵素體（F）中；）中； 另一種是以金屬間化合物另一種是以金屬間化合物（Fe3C）的形式存在；）的形式存在； 還有一種是以游離態(tài)的單還有一種是以游離態(tài)的單質(zhì)石墨（質(zhì)石墨（G）存在。）存在。二、鑄鐵的結(jié)晶二、鑄鐵的結(jié)晶 石墨的晶格類型為簡(jiǎn)單六方晶格，原子呈石墨的晶格類型為簡(jiǎn)單六方晶格，原子呈層狀排列，同一層的原子間距為層狀排列，同一層的原子間距為0.142nm，結(jié)合力較強(qiáng)；而層與層之間的面間距為結(jié)合力較強(qiáng)；而層與層之間的面間距為0.340nm，是依靠較弱的金屬鍵結(jié)合，故，是依靠較弱的金屬鍵結(jié)合，故石墨具有不太明顯的金屬性能（如導(dǎo)電石墨具有不太明顯的金屬性能（如導(dǎo)電性），而且由

21、于層與層間的結(jié)合力較弱，性），而且由于層與層間的結(jié)合力較弱，易滑動(dòng)，故石墨的強(qiáng)度、塑性和韌性較低，易滑動(dòng)，故石墨的強(qiáng)度、塑性和韌性較低，硬度僅為硬度僅為35HBS。 二、二、 鑄鐵的結(jié)晶鑄鐵的結(jié)晶 由于滲碳體在長(zhǎng)時(shí)間加熱的條件下可以分由于滲碳體在長(zhǎng)時(shí)間加熱的條件下可以分解為鐵（或鐵素體）和石墨，即解為鐵（或鐵素體）和石墨，即Fe3C3Fe+C(G)。這表明石墨是穩(wěn)定相，。這表明石墨是穩(wěn)定相，而滲碳體僅是介（亞）穩(wěn)定相。也就是說，而滲碳體僅是介（亞）穩(wěn)定相。也就是說，成分相同的鐵液在冷卻時(shí)，冷卻速度愈慢，成分相同的鐵液在冷卻時(shí)，冷卻速度愈慢，析出石墨的可能性愈大；冷卻速度愈快，析出石墨的可能性愈

22、大；冷卻速度愈快，析出滲碳體的可能性愈大。因此反映鐵碳析出滲碳體的可能性愈大。因此反映鐵碳合金的相圖實(shí)際上應(yīng)是兩個(gè)，即亞穩(wěn)定的合金的相圖實(shí)際上應(yīng)是兩個(gè)，即亞穩(wěn)定的Fe-Fe3C相圖和穩(wěn)定的相圖和穩(wěn)定的Fe-C(G)相圖。相圖。 二、二、鑄鐵的結(jié)晶鑄鐵的結(jié)晶 二、二、 鑄鐵的結(jié)晶鑄鐵的結(jié)晶 一次結(jié)晶一次結(jié)晶通常把初生通常把初生A（或初生石墨）（或初生石墨）的析出和共晶轉(zhuǎn)變稱為鑄鐵的一次結(jié)晶，的析出和共晶轉(zhuǎn)變稱為鑄鐵的一次結(jié)晶，一次結(jié)晶決定了鑄鐵的晶粒大小、石墨形一次結(jié)晶決定了鑄鐵的晶粒大小、石墨形狀和分布狀和分布 ； 二次結(jié)晶二次結(jié)晶而把凝固后進(jìn)行的碳自而把凝固后進(jìn)行的碳自A中中脫溶及共析轉(zhuǎn)變稱

23、為二次結(jié)晶，二次結(jié)晶脫溶及共析轉(zhuǎn)變稱為二次結(jié)晶，二次結(jié)晶決定了鑄鐵的基體組織。決定了鑄鐵的基體組織。 因此，要控制鑄鐵的組織，就必須控制這因此，要控制鑄鐵的組織，就必須控制這兩個(gè)結(jié)晶過程。兩個(gè)結(jié)晶過程。 二、二、 鑄鐵的結(jié)晶鑄鐵的結(jié)晶 石墨化石墨化：碳以石墨形式析出的過程。：碳以石墨形式析出的過程?；铱阼T鐵中的石墨是通過液態(tài)鐵水進(jìn)行結(jié)晶時(shí)的石墨化灰口鑄鐵中的石墨是通過液態(tài)鐵水進(jìn)行結(jié)晶時(shí)的石墨化過程獲得的，一般可分為三個(gè)階段：過程獲得的，一般可分為三個(gè)階段： （1）第一階段石墨化：）第一階段石墨化： 按照按照Fe-C(G)相圖，它包括從鑄鐵的液相中直接析出相圖，它包括從鑄鐵的液相中直接析出的一次

24、石墨的一次石墨(GI)，即冷卻到液相線時(shí)析出的一次石墨，即冷卻到液相線時(shí)析出的一次石墨的過程的過程(LLC+GI)，以及在，以及在1154共晶轉(zhuǎn)變時(shí)形成的共晶轉(zhuǎn)變時(shí)形成的共晶石墨共晶石墨(G共晶共晶) 的過程，即的過程，即LCAE+G共晶共晶。 按照按照Fe-Fe3C相圖，它包括一次滲碳體相圖，它包括一次滲碳體(Fe3CI)和共晶和共晶滲碳體滲碳體(Fe3C共晶共晶)在高溫下分解而析出石墨的過程在高溫下分解而析出石墨的過程。 三、石墨化過程及影響因素三、石墨化過程及影響因素（2）第二階段石墨化）第二階段石墨化 按照按照Fe-C(G)相圖，過飽和狀態(tài)的奧氏體，相圖，過飽和狀態(tài)的奧氏體，隨著溫度的

25、降低，在隨著溫度的降低，在1154738沿著沿著ES線冷卻時(shí)析出的二次石墨線冷卻時(shí)析出的二次石墨(GII) 的過的過程，即程，即AEAS+GII。 按照按照Fe-Fe3C相圖，二次滲碳體相圖，二次滲碳體(Fe3CII)分分解而析出石墨的過程。解而析出石墨的過程。 三、石墨化過程及影響因素三、石墨化過程及影響因素（3）第三階段石墨化）第三階段石墨化 按照按照Fe-C(G)相圖，在相圖，在738共析轉(zhuǎn)變時(shí)形成共析轉(zhuǎn)變時(shí)形成的共析石墨的共析石墨(G共析共析) 的過程，即的過程，即A SF P+G共析共析。 按照按照Fe-Fe3C相圖，共析滲碳體相圖，共析滲碳體(Fe3C共析共析)分解分解而析出石墨的

26、過程。而析出石墨的過程。 由于石墨化過程是碳原子擴(kuò)散的過程，由于石墨化過程是碳原子擴(kuò)散的過程，所以石墨化的溫度愈低，原子擴(kuò)散愈困難，所以石墨化的溫度愈低，原子擴(kuò)散愈困難，因而愈不易石墨化過程的進(jìn)行。顯然，由于因而愈不易石墨化過程的進(jìn)行。顯然，由于石墨化程度的不同，將獲得不同基體的鑄鐵石墨化程度的不同，將獲得不同基體的鑄鐵組織。組織。 （3）第三階段石墨化）第三階段石墨化 按照按照Fe-C(G)相圖，在相圖，在738共析轉(zhuǎn)變時(shí)形成共析轉(zhuǎn)變時(shí)形成的共析石墨的共析石墨(G共析共析) 的過程，即的過程，即A SF P+G共析共析。 按照按照Fe-Fe3C相圖，共析滲碳體相圖，共析滲碳體(Fe3C共析共

27、析)分解分解而析出石墨的過程。而析出石墨的過程。 由于石墨化過程是碳原子擴(kuò)散的過程，由于石墨化過程是碳原子擴(kuò)散的過程，所以石墨化的溫度愈低，原子擴(kuò)散愈困難，所以石墨化的溫度愈低，原子擴(kuò)散愈困難，因而愈不易石墨化過程的進(jìn)行。顯然，由于因而愈不易石墨化過程的進(jìn)行。顯然，由于石墨化程度的不同，將獲得不同基體的鑄鐵石墨化程度的不同，將獲得不同基體的鑄鐵組織。組織。 三、石墨化過程及影響因素三、石墨化過程及影響因素 三、石墨化過程及三、石墨化過程及影響因素影響因素 石墨化的石墨化的影響因素主要有化學(xué)成分和冷卻速度兩個(gè)。影響因素主要有化學(xué)成分和冷卻速度兩個(gè)。 1）化學(xué)成分：）化學(xué)成分：碳和硅是促進(jìn)石墨化元

28、素。碳和硅是促進(jìn)石墨化元素。當(dāng)鑄鐵中當(dāng)鑄鐵中含硅小于含硅小于1%時(shí)，即使含碳很高，石墨也難以形成，時(shí)，即使含碳很高，石墨也難以形成，因?yàn)楣枧c鐵的結(jié)合力強(qiáng)，削弱了鐵與碳的結(jié)合，并因?yàn)楣枧c鐵的結(jié)合力強(qiáng)，削弱了鐵與碳的結(jié)合，并使共晶點(diǎn)左移。使共晶點(diǎn)左移。 錳與硫是阻礙石墨化元素。錳與硫是阻礙石墨化元素。S是強(qiáng)烈阻礙石墨化元素。是強(qiáng)烈阻礙石墨化元素。當(dāng)錳較少時(shí)，當(dāng)錳較少時(shí)，S以（以（FeS+Fe）低熔點(diǎn)（）低熔點(diǎn)（985C）的共）的共晶體出現(xiàn)，并常分布在晶界，使鑄鐵產(chǎn)生熱脆，并晶體出現(xiàn)，并常分布在晶界，使鑄鐵產(chǎn)生熱脆，并阻礙碳原子的擴(kuò)散，增加阻礙碳原子的擴(kuò)散，增加Fe與與C的結(jié)合，因此的結(jié)合，因此S是

29、有是有害元素。害元素。 1）化學(xué)成分：）化學(xué)成分：錳可抵消錳可抵消S的有害作用，因的有害作用，因Mn與與S親合力大，形成親合力大，形成MnS可置換出可置換出FeS中的中的鐵，因鐵，因MnS 熔點(diǎn)高（熔點(diǎn)高（1620 C）、比重小，易）、比重小，易上浮進(jìn)入渣中排除。上浮進(jìn)入渣中排除。磷對(duì)石墨化影響不明顯磷對(duì)石墨化影響不明顯，但但P過多易使鑄鐵產(chǎn)生冷脆。過多易使鑄鐵產(chǎn)生冷脆。2）冷卻速度）冷卻速度 冷卻速度慢易形成石墨。所以厚件比薄件易石冷卻速度慢易形成石墨。所以厚件比薄件易石墨化、鑄件的心部比表層易石墨化。墨化、鑄件的心部比表層易石墨化。三、石墨化過程及三、石墨化過程及影響因素影響因素 1、灰口

30、鑄鐵的組織：鋼的基體、灰口鑄鐵的組織：鋼的基體+石墨片。包括：石墨片。包括：F+G片，片，F(xiàn)+P+G片，片，P+G片片 2 、灰口鑄鐵的性能、灰口鑄鐵的性能 1）機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度、彈性模量比鋼低，塑性）機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度、彈性模量比鋼低，塑性與韌性接近于零，屬脆性材料。與韌性接近于零，屬脆性材料。 機(jī)械性能低的原因是由于石墨片割裂了鋼基體的機(jī)械性能低的原因是由于石墨片割裂了鋼基體的結(jié)果。結(jié)果。 石墨的性能特點(diǎn)：石墨的性能特點(diǎn)： 比重小（比重?。?.25)，只有鐵的，只有鐵的1/3，在鑄鐵中占體積，在鑄鐵中占體積約約710%，石墨的，石墨的 b 20MPa，0，HBS=3。因此，可將灰口鑄鐵視

31、為布滿裂紋的鋼。因此，可將灰口鑄鐵視為布滿裂紋的鋼。 四、灰口鑄鐵四、灰口鑄鐵但是，灰口鑄鐵的抗壓強(qiáng)度受石墨的影響較小，但是，灰口鑄鐵的抗壓強(qiáng)度受石墨的影響較小，與鋼的接近，可達(dá)與鋼的接近，可達(dá)600800MPa。所以鑄鐵常用。所以鑄鐵常用來(lái)作承受壓應(yīng)力的零件（機(jī)床底座、床身等）。來(lái)作承受壓應(yīng)力的零件（機(jī)床底座、床身等）。 2）工藝性能：不能鍛壓，焊接性很差，但鑄）工藝性能：不能鍛壓，焊接性很差，但鑄造性能好，切削加工性能好。造性能好，切削加工性能好。 3）減振性好：所以灰口鑄鐵常用來(lái)作支架、）減振性好：所以灰口鑄鐵常用來(lái)作支架、機(jī)床床身等零件。機(jī)床床身等零件。 4）減摩性好：適于做導(dǎo)軌）減摩

32、性好：適于做導(dǎo)軌 等減摩件。等減摩件。 5）缺口敏感性小。）缺口敏感性小。3、灰口鑄鐵的牌號(hào)、灰口鑄鐵的牌號(hào) 由于冷卻速度對(duì)鑄鐵的性能影響很大，相同成分由于冷卻速度對(duì)鑄鐵的性能影響很大，相同成分不同壁厚的強(qiáng)度差別很大，所以，灰口鑄鐵的成不同壁厚的強(qiáng)度差別很大，所以，灰口鑄鐵的成分不像鋼那樣按成分編號(hào)，只能按強(qiáng)度編號(hào)。分不像鋼那樣按成分編號(hào)，只能按強(qiáng)度編號(hào)。 按照按照GB9439-88鑄鐵牌號(hào)表示方法鑄鐵牌號(hào)表示方法，灰口鑄，灰口鑄鐵以鐵以“HT”加加3位數(shù)字表示，位數(shù)字表示，“HT”表示灰鐵，后表示灰鐵，后面的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度（面的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度（Mpa）。共有）。共有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350六個(gè)牌號(hào)。見表六個(gè)牌號(hào)。見表7-1。 碳全部或大部分以單質(zhì)狀態(tài)的球狀石墨存在。碳全部或大部分以單質(zhì)狀態(tài)的球狀石墨存在。 1、球墨鑄鐵的組織、球墨鑄鐵的組織 球墨鑄鐵是用灰口鑄鐵的鐵水，澆注前加少量球球墨鑄鐵是用灰口鑄鐵的鐵水，澆注前加少量球化劑和墨化劑，經(jīng)球化處理和孕育處理制成。球化化劑和墨化劑，經(jīng)球化處理和孕育處理