鐵碳相圖講解課件

鐵碳相圖講解鐵碳相圖講解14.1鐵碳合金的組元及基本相4.2Fe-Fe3C相圖分析★★★★4.3鐵碳合金平衡結晶過程★★

★★4.4含C量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響★★4.5鋼中的雜質元素及鋼錠組織★4.1鐵碳合金的組元及基本相2Fe3CFe2CFeC溫度FeC(6.69%C)Fe3CFe2CFeC溫度FeC(6.69%C)3鐵碳相圖講解課件4滲碳體是個亞穩(wěn)定的相，石墨才是穩(wěn)定的相。但石墨的表面能很大，只有在極緩慢冷卻或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，碳才能以石墨的形式存在。因此，鐵碳相圖有兩類：

Ⅰ液體、固溶體和滲碳體之間亞穩(wěn)平衡，是緊靠鐵端部分，其中C含量的范圍是0～6.69％

Ⅱ液體、固溶體和石墨之間的穩(wěn)定平衡，其中C含量的范圍是0～100％。

滲碳體是個亞穩(wěn)定的相，石墨才是穩(wěn)定的相。但石墨5123456ABCDEFGHNJPMOSKQ1538℃1394℃1154℃1148℃910℃770℃738℃727℃230℃1493℃Lγαγ＋CmL+Cmα＋CmFeFe3Cγ+L123456ABCDEFGHNJPMOSKQ1538℃13964.1鐵碳合金中的組元及基本相

4.1.1純鐵（iron）1394℃1538℃10006008001200溫度時間16001500500700900110013001400912℃δ-Fe

α-Feγ-Fe4.1鐵碳合金中的組元及基本相

4.1.1純7力學性能：σb＝176～274MPaσ0.2＝98～166MPaδ＝30～50％，ψ＝70～80％

HB＝50～80aK＝1.5～2MNm/m2應用：主要應用于電子材料，作為鐵芯。力學性能：σb＝176～274MPa8碳在α-Fe中的間隙固溶體稱為α鐵素體，簡稱為鐵素體(Ｆ)；最大溶碳量為727℃時的wc=0.0218%，最小為室溫時的wc=0.0008%；性能為：σb180~280MPa、σ0.2100~170MPa、δ30%~50%，αk160~200J/㎝2、硬度~80HB。碳在δ-Fe中形成的間隙固溶體稱為δ鐵素體，(δ)，最大溶碳量為1495℃時的0.09％。鐵素體（Ferrite）碳在α-Fe中的間隙固溶體稱為α鐵素體，簡稱為鐵素體(Ｆ)；9碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體(A)，最高溶碳量為1148℃時的wc=2.11％；奧氏體具有高塑性、低硬度和強度，其力學性能為：σb400MPa、δ40%~50%、170~220HB。奧氏體主要存在于727℃以上的高溫范圍內，利用這一特性，工程上常將鋼加熱到高溫奧氏體狀態(tài)下進行塑性成形。奧氏體（Austenite）碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體(A)，最高溶碳量為104.1.2滲碳體（Cementite）滲碳體是指晶體點陣為復雜正交點陣，化學式近似于Fe3C的一種間隙式化合物，用符號Fe3C表示，其含碳量為wc=6.69%，滲碳體具有很高的硬度和耐磨性、脆性很大，其力學性能指標大致為：硬度800HB、抗拉強度(σb)30MPa、伸長率(δ)~0、沖擊韌度(αk)~0。4.1.2滲碳體（Cementite）滲碳體是指晶體點陣為11鐵碳相圖講解課件12珠光體（Pearlite）F＋Fe3C的一種機械

混合物，用符號P表

示，其組織為層片狀

結構，綜合了鐵素體

和滲碳體優(yōu)點，其綜

合力學性能好。珠光體（Pearlite）F＋Fe3C的一種機械

混合物，用13萊氏體（Ledeburite）萊氏體是由A＋Fe3C組成的一種機械混合物，用符號Ld表示，其組織結構為滲碳體基體上分布的奧氏體，主要體現了滲碳體特點，硬而脆。萊氏體（Ledeburite）萊氏體是由A＋Fe3C組成的一144.2Fe-Fe3C

相圖分析FeT°Fe3C4.2Fe-Fe3C相圖分析FeT°Fe3C15鐵碳相圖講解課件16符號溫度/℃

ω（C）/%說明A1538℃0純鐵的熔點B1495℃0.53包晶轉變時液態(tài)合金的成分C1148℃4.30共晶點D1227℃6.69滲碳體的熔點E1148℃2.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F1148℃6.69共晶反應生成的滲碳體G912℃0α-Fe向γ-Fe轉變溫度（A3）H1495℃0.09碳在δ-Fe中的最大溶解度符號溫度/℃ω（C）/%說明A153817J1495℃0.17包晶點K727℃6.69共析反應生成的滲碳體M770℃0純鐵的磁性轉變點N1394℃0γ-Fe向δ-Fe的轉變溫度（A4）O770℃～0.5ω（C）≈0.5％合金的磁性轉變溫度P727℃0.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S727℃0.77共析點（A1）Q600℃0.0057600℃時碳在α-Fe中的溶解度J1495℃0.17包晶點K727℃6.69共析反應生成的滲18鐵碳相圖講解課件19液相線：ABCD固相線：AHJECF五個單相區(qū)：L，δ，γ，α和Fe3C七個兩相區(qū)：L＋δ，L＋γ，L＋Fe3C，δ＋γ

，

α＋γ，α＋Fe3C，γ＋Fe3C兩條磁性轉變線：MO（鐵素體的）及過230℃的虛線（滲碳體的）三條水平相變線：HJB——包晶轉變線

ECF——共晶轉變線

PSK——共析轉變線鐵碳相圖講解課件201.包晶轉變反應式:LB

+H

AJ1495℃3.共析轉變反應式:AS

(

FP

+Fe3C)P

727℃2.共晶轉變反應式:LC

(

AE

+Fe3C)Ld

1148℃1.包晶轉變反應式:LB+H214.2.5三條重要的特性曲線GS線：A3線——冷卻過程中奧氏體析出鐵素體的開始線。ES線：Acm線——C在奧氏體中的溶解度曲線。PQ線——C在鐵素體中的溶解度曲線。4.2.5三條重要的特性曲線GS線：A3線——冷卻過程中22共晶反應析出的Fe3C為一次滲碳體。奧氏體中析出的Fe3C為二次滲碳體。鐵素體中析出的Fe3C為三次滲碳體。共晶反應析出的Fe3C為一次滲碳體。234.3鐵碳合金的平衡結晶過程及組織4.3鐵碳合金的平衡結晶過程及組織24工業(yè)純鐵(iron)：C%<0.0218%鋼(steel)：C%：0.0218～2.11%，又分為：共析鋼(eutectoidsteel)：C%：0.77%亞共析鋼(hypeutectoidsteel)：C%：0.0218～0.77%過共析鋼(hypereutectoidsteel)：C%：0.77～2.11%鑄鐵(castiron)：C%：2.11～6.69%，有較好的鑄造性能、質脆，不能鍛造。又分為：共晶鑄鐵(eutecticcastiron)：C%：4.30%亞共晶鑄鐵(hypoeutecticcastiron)：C%：2.11～4.30%過共晶鑄鐵(hypereutecticcastiron)：C%：4.30～6.69%工業(yè)純鐵(iron)：C%<0.0218%254.3.1工業(yè)純鐵(Wc<0.0218%)4.3.1工業(yè)純鐵(Wc<0.0218%)26純鐵組織金相圖純鐵組織金相圖274.3.2共析鋼

(Wc=0.77%)4.3.2共析鋼(Wc=0.77%)28共析鋼組織金相圖共析鋼組織金相圖29相組成：α+Fe3C組織組成：P

共析鋼

(Wc=0.77%)相組成：α+Fe3C共析鋼(Wc=0.77%)304.3.3亞共析鋼(Wc=0.45%)4.3.3亞共析鋼(Wc=0.45%)31亞共析鋼組織金相圖亞共析鋼組織金相圖32組織組成：α

+P亞共析鋼(Wc=0.45%)相組成：α

+Fe3C組織組成：α+P亞共析鋼(Wc=0.45%)相33

a)含碳量0.20％b)含碳量0.40％c)含碳量0.60％abca)含碳量0.20％abc344.3.4過共析鋼(Wc=1.2%)4.3.4過共析鋼(Wc=1.2%)35過共析鋼組織金相圖過共析鋼組織金相圖36組織組成：Fe3C+P過共析鋼(Wc=1.2%)相組成：α

+Fe3C組織組成：Fe3C+P過共析鋼(Wc=1.2%)37a)硝酸酒精浸蝕b)苦味酸鈉的浸蝕白色網狀相為二次滲碳體黑色網狀為二次滲碳體暗黑色為珠光體淺白色為殊光體a)硝酸酒精浸蝕384.3.5共晶白口鑄鐵(Wc=4.3%)4.3.5共晶白口鑄鐵(Wc=4.3%)39共晶白口鑄鐵組織金相圖共晶白口鑄鐵組織金相圖40組織組成：Fe3C+P——Ld‘共晶白口鑄鐵(Wc=4.3%)相組成：α

+Fe3C組織組成：Fe3C+P——Ld‘共晶白口鑄鐵(Wc=41鐵碳相圖講解課件424.3.6亞共晶白口鑄鐵(Wc=3.0%)4.3.6亞共晶白口鑄鐵(Wc=3.0%)43亞共晶白口鑄鐵組織金相圖亞共晶白口鑄鐵組織金相圖44組織組成：Fe3C+P+Ld’——？亞共晶白口鑄鐵(Wc=3.0%)相組成：α

+Fe3C組織組成：Fe3C+P+Ld’——？亞共晶白口鑄鐵(W45鐵碳相圖講解課件464.3.7過共晶白口鑄鐵(Wc=5.0%)4.3.7過共晶白口鑄鐵(Wc=5.0%)47過共晶白口鑄鐵組織金相圖過共晶白口鑄鐵組織金相圖48組織組成：Fe3C+Ld‘過共晶白口鑄鐵(Wc=5.0%)相組成：α

+Fe3C組織組成：Fe3C+Ld‘過共晶白口鑄鐵(Wc=549鐵碳相圖講解課件50

總結：從Fe-Fe3C相圖可知，鐵碳合金室溫下的相組成物都是鐵素體和滲碳體，并且隨含碳量的增加，滲碳量不斷增多。而室溫組織組成物卻有α、Fe3CⅢ、P、Fe3CⅡ、Fe3CⅠ

和Ld’?？偨Y：從Fe-Fe3C相圖可知，鐵碳合金室溫下的相組51

Fe-Fe3C

相圖ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe

Fe3C

T°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相圖共析相圖勻晶相圖(P+Fe3C)Fe-Fe3C相圖ACDEFGSPQ1152鐵碳相圖講解課件53鐵碳相圖講解課件54鐵碳相圖講解課件55碳含量相組成組織組成工業(yè)純鐵<0.0218%F+Fe3CF亞共析鋼0.0218-0.77%F+Fe3CF+P共析鋼0.77%F+Fe3CP過共析鋼0.77-2.11%F+Fe3CFe3C+P亞共晶鑄鐵2.11-4.30%F+Fe3CFe3C+P+Ld’共晶鑄鐵4.30%F+Fe3CLd’過共晶鑄鐵4.30-6.69%F+Fe3CFe3C+Ld’碳含量相組成組織組成工業(yè)純鐵<0.0218%F+Fe3CF亞56鐵碳相圖講解課件57鐵碳相圖講解課件58鐵碳相圖講解課件59鐵碳相圖講解課件60鐵碳相圖講解課件61鐵碳相圖講解課件62鐵碳相圖講解課件63鐵碳相圖講解課件64鐵碳相圖講解課件654.4含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響4.4.1碳對平衡組織的影響00.02180.772.114.350%100%FCmⅡCmⅠC%P室溫組織組成相對量圖表4.4含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響4.4.1碳660.02180.772.114.3050%100%FCmC%相組成相對量圖表0.02180.772.114.3050%100%FCmC%674.4.2碳對力學性能的影響4.4.2碳對力學性能的影響68純鐵與珠光體性能對比純鐵σb＝176～274MPaσ0.2＝98～166MPaδ＝30～50％，ψ＝70～80％HB＝50～80珠光體σb＝1000MPaσ0.2＝600MPaδ＝10％，ψ＝12～15％HB＝241純鐵與珠光體性能對比純鐵珠光體694.4.3碳對工藝性能的影響1.切削加工性能4.4.3碳對工藝性能的影響1.切削加工性能70鐵碳相圖講解課件71鐵碳相圖講解課件72鐵碳相圖講解課件732.可鍛性鋼的可鍛性首先與含碳量有關。低碳鋼的可鍛性較好，隨著含碳量的增加，可鍛性逐漸變差。奧氏體具有良好的可鍛性，易于塑性變形。因此鋼材的始鍛或始軋溫度一般選在單相奧氏體區(qū)。終鍛溫度不能過低，以免塑性變差。2.可鍛性743.鑄造性包括金屬的流動性、收縮性和偏析傾向。（1）流動性：C量增加，結晶溫度間隔增大，流動性應該變差。但是，隨C量增加，液相線溫度降低。因此，同樣澆鑄溫度下，含C量高的鋼過熱度大，對鋼液的流動性有利。鑄鐵液相線較低，流動性比鋼好。共晶成分鑄鐵流動性最好。3.鑄造性包括金屬的流動性、收縮性和偏析傾向。（1）流動性75（2）收縮性：兩個主要影響因素：化學成分和澆注溫度化學成分一定，澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大；澆注溫度一定，碳含量增加，體積收縮增大；固態(tài)收縮減小。（2）收縮性：兩個主要影響因素：化學成分和澆注溫度化學成分一76（3）偏析傾向：固液相線的水平距離和垂直距離越大，偏析越嚴重。鑄鐵成分越靠近共晶點，偏析越小。（3）偏析傾向：固液相線的水平距離和垂直距離越大，偏析越嚴重77煉鋼脫氧時，Mn可把FeO還原成鐵，并形成MnO。降低鋼種脆性，提高強度和硬度。Mn還可與鋼液中的S形成MnS（熔點：1600oC），一定程度上消除S的影響。這些反應產物大部分進入爐渣，小部分殘留在鋼中成為非金屬夾雜物。1.Mn的影響4.54.5.1鋼中常見雜質元素煉鋼脫氧時，Mn可把FeO還原成鐵，并形成MnO。降低鋼種脆78殘余的Mn，凝固后溶于奧氏體或鐵素體中，起固溶強化作用。還可溶于滲碳體，形成合金滲碳體（Fe，Mn）3C。是鋼中的有益元素。殘余的Mn，凝固后溶于奧氏體或鐵素體中，起固溶強化作用。還可79鋼中Si含量通常小于0.5%，脫氧時進入，形成SiO2進入爐渣或者成為非金屬夾雜物。Si同樣可以溶于奧氏體或鐵素體中，起固溶強化作用。含量不超過1％時，不降低鋼的塑性和韌性。所以，認為Si是鋼中的有益元素。2.Si的影響鋼中Si含量通常小于0.5%，脫氧時進入，形成SiO2進入爐80冷鐓件和冷沖壓件的鋼材，因Si對鐵素體的強化作用，使鋼的彈性極限升高，以至在加工過程中造成模具的磨損過大，動力消耗過大，因此冷鐓件和冷沖壓件常常采用含Si很低，不脫氧的沸騰鋼。冷鐓件和冷沖壓件的鋼材，因Si對鐵素體的強化作用，使鋼的彈性81硅鋼中的Si提高鐵的電阻率和最大磁導率，降低矯頑力、鐵芯損耗和磁時效。硅鋼中的Si提高鐵的電阻率和最大磁導率，降低矯頑力、鐵芯損耗82S可溶于液態(tài)鐵中，但在固態(tài)鐵中的溶解度極小，并可與鐵形成FeS。FeS與γ鐵形成熔點為989℃的（Fe＋FeS）的共晶體，這種共晶體將在鋼液凝固后期凝固，并存在于奧氏體枝晶間。（Fe＋FeS）共晶體的量很少，幾乎都是離異共晶。網狀FeS對鋼的力學性能損害極大。3.S的影響S可溶于液態(tài)鐵中，但在固態(tài)鐵中的溶解度極小，并可與鐵形成Fe83如果鋼中存在（Fe＋FeS）共晶體，在加熱到1150～1200℃之間時，會成為液體。變形過程中會開裂，稱這種現象為熱脆或紅脆。如果鋼液脫氧不良，含較多FeO，還會形成熔點更低的（Fe＋FeO＋FeS)三相共晶體，其危害更大?？梢约覯n防止——MnS。如果鋼中存在（Fe＋FeS）共晶體，在加熱到1150～12084所以，S是一種有害元素。普通質量鋼中其含量≤0.055％；優(yōu)質鋼中其含量在0.040％以下；高級優(yōu)質鋼則≤0.030％；要求更高時，甚至限制其含量≤0.020％。所以，S是一種有害元素。普通質量鋼中其含量≤85高硫鋼又稱高硫合金鋼（HS），與傳統(tǒng)的純凈鋼概念相對應，在傳統(tǒng)鋼材中，一般鋼的含硫量必須低于0.004，優(yōu)質鋼不得高于0.003；而在高硫鋼中，含硫量在0.5-11%之間。以含硫30～32%的硫鐵為主要原料，用電弧爐，加入廢鋼和所需合金元素，1600～1650℃時加入硫鐵，最后加入脫氧劑，鎮(zhèn)靜后出鋼。鋼中含硫量0.5～11%，耐磨性提高?？扇〈摗㈣F、銅及其銅合金（各種機器的軸瓦、蝸輪、滑塊等）的耐磨制品、延長使用壽命高硫鋼具有耐高溫、自潤滑、耐磨損、抗粘結（咬和）的優(yōu)良性能，它可以廣泛應用于鋼鐵、機械、礦山、油田、港口、汽車、農用車、結構件，高硫合金鋼取代低硫合金鋼，并具有長的使用壽命。高硫鋼又稱高硫合金鋼（HS），與傳統(tǒng)的純864.P的影響由于Fe-P相圖中液相線和固相線距離很大，因此P在Fe中具有很強的偏析傾向。在鐵基合金中，P對鐵素體較之其它元素具有更強的固溶強化能力，但在P含量較高時，它會劇烈地降低鋼的塑性和韌性。4.P的影響由于Fe-P相圖中液相線和固相87P會降低鋼的沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉化溫度，提高鋼的冷脆。P還會使鋼發(fā)生藍脆現象。藍脆就是指鋼在加熱到150～300℃時，產生硬度升高，塑性、韌性下降的現象。這是因為在空氣中加熱到150～300℃時，由于氧化作用，鋼的表面呈現藍色。藍脆一般是有害的。因此，在含量較高時，P是一種有害元素。一般情況下，普通鋼的P含量限制在0.045％以下；優(yōu)質鋼在0.04％以下；高級優(yōu)質鋼在0.035％以下。P會降低鋼的沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉化溫度，88高P鋼也可被利用：

1）在炮彈鋼中加入較多的P，可使炮彈在爆炸時產生更多的彈片，殺傷更多的敵人；

2）在易削鋼中使鐵素體適當脆化，提高切削加工零件的表面光潔度；

3）P和Cu一起加入鋼中，可以提高鋼在大氣中的抗蝕性。高P鋼也可被利用：892022/11/1/03:31:45高強深沖鋼及P的作用

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和節(jié)約能源、減輕汽車自重的需要，高強度深沖鋼成為研發(fā)熱點。目前日本開發(fā)的含P深沖鋼：屈服強度：235MPa抗拉強度：390MPa2022/10/23/14:28:00高強深沖鋼及P的作用90平爐鋼：0.001～0.008％純氧頂吹轉爐鋼：0.003～0.006％電爐鋼：0.008～0.03％。5.N的影響將含N較高的鋼從高溫快速冷卻（淬火），就會得到N的過飽和固溶體，室溫下長期放置或稍微加熱，N就會以FeN的形式析出，使鋼的強度、硬度增高，塑性、韌性降低。這種現象叫做淬火時效。平爐鋼：0.001～0.008％5.N的影響91可以加入足量的Al，與N形成AlN，固定N，從而減弱或消除時效現象。AlN還可以細化晶粒。

含有N的低碳鋼在冷塑性變形后，性能將隨時間變化，即強度、硬度增高，塑性、韌性降低。這種現象叫做應變時效?？梢约尤胱懔康腁l，與N形成AlN，固定N，從而減弱或消除時92H溶入鋼中使鋼的塑性和韌性降低——氫脆。H由原子態(tài)變?yōu)榉肿討B(tài)，體積膨脹形成裂紋——白點。6.H的影響白點對鋼的性能影響：使鋼的力學性能大大下降，造成工件開裂、破壞或使用中嚴重失效，故在任何情況下，凡有白點的鋼材或工件都被禁止使用。H溶入鋼中使鋼的塑性和韌性降低——氫脆。6.H的影響白點對93鐵碳相圖講解課件94平爐鋼：0.02～0.03％電爐鋼：0.01～0.02％側吹堿性轉爐鋼：0.04～0.07％。700℃時，α鐵能溶氧0.008％500℃以下降至<0.001％。常見的氧化物有Al2O3、MnO、SiO2、FeO等，往往還會形成復合氧化物或硅酸鹽。7.O的影響平爐鋼：0.02～0.03％7.O的影響95

SpectrumO(at%)Mg(at%)Al(at%)Ca(at%)Fe(at%)TotalSpectrum165.461.8522.363.996.34100.00Spectrum264.6427.356.641.36100.00SpectrumO(at%)Mg(at%)Al(a964.5.2鋼錠的組織及其宏觀缺陷按澆注前鋼液的脫氧程度鋼錠分為：鎮(zhèn)靜鋼：鋼液澆注前用錳鐵、硅鐵、鋁進行充分脫氧，澆注時鋼液不發(fā)生碳-氧反應，處于鎮(zhèn)靜狀態(tài)。沸騰鋼：冶煉過程中僅用少量錳鐵輕度脫氧，鋼液含氧量高，澆注時發(fā)生碳-氧反應，析出大量CO氣體，引起鋼液沸騰。半鎮(zhèn)靜鋼：介于鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼之間。4.5.2鋼錠的組織及其宏觀缺陷按澆注前鋼液的脫氧程度鋼錠97鎮(zhèn)靜鋼半沸騰鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半沸騰鋼沸騰鋼98通常注成上大下小帶保溫帽的錠型，澆注時鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰。由于錠模上部有保溫帽（在鋼液凝固時作補充鋼液用），這節(jié)帽頭在軋制開坯后需切除，故鋼的收得率低，但組織致密，偏析小，質量均勻。優(yōu)質鋼和合金鋼一般都是鎮(zhèn)靜鋼。1.鎮(zhèn)靜鋼通常注成上大下小帶保溫帽的錠型，澆注時鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰。1.99鎮(zhèn)靜鋼錠上部硫磷雜質較多，而下部的硅酸鹽夾雜較多，中間部分質量最好。常見缺陷：縮孔和疏松、氣泡、偏析。與合金凝固過程中的缺陷及形成原因相同。鎮(zhèn)靜鋼錠上部硫磷雜質較多，而下部的硅酸鹽夾雜較多，中間部分質100①外殼層凝固速率很大，成分和鋼的平均成分相同。②在柱狀晶形成和成長期間，雜質和合金元素富集在柱狀晶間的隧道中。同時在鋼錠中液相發(fā)生擴散以及鋼液的循環(huán)流動，把柱狀晶前沿富集雜質和合金元素的鋼液帶到錠子的心部，形成正偏析。①外殼層凝固速率很大，成分和鋼的平均成分相同。101③在中心等軸晶形成期間，發(fā)生游離晶體下沉，游離晶體含雜質及合金元素少，它的下沉引起鋼錠下部的負偏析。④錠子的上部最后凝固，濃集了雜質和溶質，發(fā)生正偏析。③在中心等軸晶形成期間，發(fā)生游離晶體下沉，游離晶體含雜質及合102⑤鋼錠心部大小不同枝晶的沉積，沉積層發(fā)生凝固收縮時，枝晶的沉積層妨礙鋼液穿過，于是形成∨形偏析帶。⑥中心等軸晶帶結晶初期晶體下沉時，被排擠的一部分鋼液上升，這部分富集雜質及合金元素的鋼液被仍在生長的柱晶帶留住，形成了∧形偏析帶。⑤鋼錠心部大小不同枝晶的沉積，沉積層發(fā)生凝固收縮時，枝晶的沉103碳在α-Fe中的最大溶解度過共析鋼(Wc=1.4含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響鎮(zhèn)靜鋼半沸騰鋼沸騰鋼普通質量鋼中其含量≤0.將含N較高的鋼從高溫快速冷卻（淬火），就會得到N的過飽和固溶體，室溫下長期放置或稍微加熱，N就會以FeN的形式析出，使鋼的強度、硬度增高，塑性、韌性降低。藍脆就是指鋼在加熱到150～300℃時，產生硬度升高，塑性、韌性下降的現象。鐵素體中析出的Fe3C為三次滲碳體。奧氏體中析出的Fe3C為二次滲碳體?？梢约覯n防止——MnS。6亞共晶白口鑄鐵(Wc=3.由于Fe-P相圖中液相線和固相線距離很大，因此P在Fe中具有很強的偏析傾向。一般皆為低碳鋼。它是脫氧不完全的鋼，澆注時鋼水在錠模中放出大量一氧化碳氣體，造成沸騰現象。與鎮(zhèn)靜鋼比較，這種鋼的收率大，成本低，表面質量好；但其內部質量不均勻。2.沸騰鋼碳在α-Fe中的最大溶解度一般皆為低碳鋼。它是脫氧不完全的鋼104堅殼帶：致密細小的等軸晶粒所組成。蜂窩氣泡帶：分布在柱狀晶內的長形氣泡，常分布在鋼錠下半部。中心堅固帶：沒有氣泡的柱狀晶組成的區(qū)域。堅殼帶：致密細小的等軸晶粒所組成。105二次氣泡帶：碳氧反應在柱狀晶間的小孔隙處反復發(fā)生，呈圓形氣泡留在鋼錠中。錠心帶：粗大等軸晶液態(tài)完全混合，成分偏析大，頭部硫化物多，尾部氧化物多。二次氣泡帶：碳氧反應在柱狀晶間的小孔隙處反復發(fā)生，呈圓形氣泡106連鑄坯連鑄坯107身體健康，學習進步！身體健康，鐵碳相圖講解鐵碳相圖講解1094.1鐵碳合金的組元及基本相4.2Fe-Fe3C相圖分析★★★★4.3鐵碳合金平衡結晶過程★★

★★4.4含C量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響★★4.5鋼中的雜質元素及鋼錠組織★4.1鐵碳合金的組元及基本相110Fe3CFe2CFeC溫度FeC(6.69%C)Fe3CFe2CFeC溫度FeC(6.69%C)111鐵碳相圖講解課件112滲碳體是個亞穩(wěn)定的相，石墨才是穩(wěn)定的相。但石墨的表面能很大，只有在極緩慢冷卻或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，碳才能以石墨的形式存在。因此，鐵碳相圖有兩類：

Ⅰ液體、固溶體和滲碳體之間亞穩(wěn)平衡，是緊靠鐵端部分，其中C含量的范圍是0～6.69％

Ⅱ液體、固溶體和石墨之間的穩(wěn)定平衡，其中C含量的范圍是0～100％。

滲碳體是個亞穩(wěn)定的相，石墨才是穩(wěn)定的相。但石墨113123456ABCDEFGHNJPMOSKQ1538℃1394℃1154℃1148℃910℃770℃738℃727℃230℃1493℃Lγαγ＋CmL+Cmα＋CmFeFe3Cγ+L123456ABCDEFGHNJPMOSKQ1538℃1391144.1鐵碳合金中的組元及基本相

4.1.1純鐵（iron）1394℃1538℃10006008001200溫度時間16001500500700900110013001400912℃δ-Fe

α-Feγ-Fe4.1鐵碳合金中的組元及基本相

4.1.1純115力學性能：σb＝176～274MPaσ0.2＝98～166MPaδ＝30～50％，ψ＝70～80％

HB＝50～80aK＝1.5～2MNm/m2應用：主要應用于電子材料，作為鐵芯。力學性能：σb＝176～274MPa116碳在α-Fe中的間隙固溶體稱為α鐵素體，簡稱為鐵素體(Ｆ)；最大溶碳量為727℃時的wc=0.0218%，最小為室溫時的wc=0.0008%；性能為：σb180~280MPa、σ0.2100~170MPa、δ30%~50%，αk160~200J/㎝2、硬度~80HB。碳在δ-Fe中形成的間隙固溶體稱為δ鐵素體，(δ)，最大溶碳量為1495℃時的0.09％。鐵素體（Ferrite）碳在α-Fe中的間隙固溶體稱為α鐵素體，簡稱為鐵素體(Ｆ)；117碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體(A)，最高溶碳量為1148℃時的wc=2.11％；奧氏體具有高塑性、低硬度和強度，其力學性能為：σb400MPa、δ40%~50%、170~220HB。奧氏體主要存在于727℃以上的高溫范圍內，利用這一特性，工程上常將鋼加熱到高溫奧氏體狀態(tài)下進行塑性成形。奧氏體（Austenite）碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體(A)，最高溶碳量為1184.1.2滲碳體（Cementite）滲碳體是指晶體點陣為復雜正交點陣，化學式近似于Fe3C的一種間隙式化合物，用符號Fe3C表示，其含碳量為wc=6.69%，滲碳體具有很高的硬度和耐磨性、脆性很大，其力學性能指標大致為：硬度800HB、抗拉強度(σb)30MPa、伸長率(δ)~0、沖擊韌度(αk)~0。4.1.2滲碳體（Cementite）滲碳體是指晶體點陣為119鐵碳相圖講解課件120珠光體（Pearlite）F＋Fe3C的一種機械

混合物，用符號P表

示，其組織為層片狀

結構，綜合了鐵素體

和滲碳體優(yōu)點，其綜

合力學性能好。珠光體（Pearlite）F＋Fe3C的一種機械

混合物，用121萊氏體（Ledeburite）萊氏體是由A＋Fe3C組成的一種機械混合物，用符號Ld表示，其組織結構為滲碳體基體上分布的奧氏體，主要體現了滲碳體特點，硬而脆。萊氏體（Ledeburite）萊氏體是由A＋Fe3C組成的一1224.2Fe-Fe3C

相圖分析FeT°Fe3C4.2Fe-Fe3C相圖分析FeT°Fe3C123鐵碳相圖講解課件124符號溫度/℃

ω（C）/%說明A1538℃0純鐵的熔點B1495℃0.53包晶轉變時液態(tài)合金的成分C1148℃4.30共晶點D1227℃6.69滲碳體的熔點E1148℃2.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F1148℃6.69共晶反應生成的滲碳體G912℃0α-Fe向γ-Fe轉變溫度（A3）H1495℃0.09碳在δ-Fe中的最大溶解度符號溫度/℃ω（C）/%說明A1538125J1495℃0.17包晶點K727℃6.69共析反應生成的滲碳體M770℃0純鐵的磁性轉變點N1394℃0γ-Fe向δ-Fe的轉變溫度（A4）O770℃～0.5ω（C）≈0.5％合金的磁性轉變溫度P727℃0.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S727℃0.77共析點（A1）Q600℃0.0057600℃時碳在α-Fe中的溶解度J1495℃0.17包晶點K727℃6.69共析反應生成的滲126鐵碳相圖講解課件127液相線：ABCD固相線：AHJECF五個單相區(qū)：L，δ，γ，α和Fe3C七個兩相區(qū)：L＋δ，L＋γ，L＋Fe3C，δ＋γ

，

α＋γ，α＋Fe3C，γ＋Fe3C兩條磁性轉變線：MO（鐵素體的）及過230℃的虛線（滲碳體的）三條水平相變線：HJB——包晶轉變線

ECF——共晶轉變線

PSK——共析轉變線鐵碳相圖講解課件1281.包晶轉變反應式:LB

+H

AJ1495℃3.共析轉變反應式:AS

(

FP

+Fe3C)P

727℃2.共晶轉變反應式:LC

(

AE

+Fe3C)Ld

1148℃1.包晶轉變反應式:LB+H1294.2.5三條重要的特性曲線GS線：A3線——冷卻過程中奧氏體析出鐵素體的開始線。ES線：Acm線——C在奧氏體中的溶解度曲線。PQ線——C在鐵素體中的溶解度曲線。4.2.5三條重要的特性曲線GS線：A3線——冷卻過程中130共晶反應析出的Fe3C為一次滲碳體。奧氏體中析出的Fe3C為二次滲碳體。鐵素體中析出的Fe3C為三次滲碳體。共晶反應析出的Fe3C為一次滲碳體。1314.3鐵碳合金的平衡結晶過程及組織4.3鐵碳合金的平衡結晶過程及組織132工業(yè)純鐵(iron)：C%<0.0218%鋼(steel)：C%：0.0218～2.11%，又分為：共析鋼(eutectoidsteel)：C%：0.77%亞共析鋼(hypeutectoidsteel)：C%：0.0218～0.77%過共析鋼(hypereutectoidsteel)：C%：0.77～2.11%鑄鐵(castiron)：C%：2.11～6.69%，有較好的鑄造性能、質脆，不能鍛造。又分為：共晶鑄鐵(eutecticcastiron)：C%：4.30%亞共晶鑄鐵(hypoeutecticcastiron)：C%：2.11～4.30%過共晶鑄鐵(hypereutecticcastiron)：C%：4.30～6.69%工業(yè)純鐵(iron)：C%<0.0218%1334.3.1工業(yè)純鐵(Wc<0.0218%)4.3.1工業(yè)純鐵(Wc<0.0218%)134純鐵組織金相圖純鐵組織金相圖1354.3.2共析鋼

(Wc=0.77%)4.3.2共析鋼(Wc=0.77%)136共析鋼組織金相圖共析鋼組織金相圖137相組成：α+Fe3C組織組成：P

共析鋼

(Wc=0.77%)相組成：α+Fe3C共析鋼(Wc=0.77%)1384.3.3亞共析鋼(Wc=0.45%)4.3.3亞共析鋼(Wc=0.45%)139亞共析鋼組織金相圖亞共析鋼組織金相圖140組織組成：α

+P亞共析鋼(Wc=0.45%)相組成：α

+Fe3C組織組成：α+P亞共析鋼(Wc=0.45%)相141

a)含碳量0.20％b)含碳量0.40％c)含碳量0.60％abca)含碳量0.20％abc1424.3.4過共析鋼(Wc=1.2%)4.3.4過共析鋼(Wc=1.2%)143過共析鋼組織金相圖過共析鋼組織金相圖144組織組成：Fe3C+P過共析鋼(Wc=1.2%)相組成：α

+Fe3C組織組成：Fe3C+P過共析鋼(Wc=1.2%)145a)硝酸酒精浸蝕b)苦味酸鈉的浸蝕白色網狀相為二次滲碳體黑色網狀為二次滲碳體暗黑色為珠光體淺白色為殊光體a)硝酸酒精浸蝕1464.3.5共晶白口鑄鐵(Wc=4.3%)4.3.5共晶白口鑄鐵(Wc=4.3%)147共晶白口鑄鐵組織金相圖共晶白口鑄鐵組織金相圖148組織組成：Fe3C+P——Ld‘共晶白口鑄鐵(Wc=4.3%)相組成：α

+Fe3C組織組成：Fe3C+P——Ld‘共晶白口鑄鐵(Wc=149鐵碳相圖講解課件1504.3.6亞共晶白口鑄鐵(Wc=3.0%)4.3.6亞共晶白口鑄鐵(Wc=3.0%)151亞共晶白口鑄鐵組織金相圖亞共晶白口鑄鐵組織金相圖152組織組成：Fe3C+P+Ld’——？亞共晶白口鑄鐵(Wc=3.0%)相組成：α

+Fe3C組織組成：Fe3C+P+Ld’——？亞共晶白口鑄鐵(W153鐵碳相圖講解課件1544.3.7過共晶白口鑄鐵(Wc=5.0%)4.3.7過共晶白口鑄鐵(Wc=5.0%)155過共晶白口鑄鐵組織金相圖過共晶白口鑄鐵組織金相圖156組織組成：Fe3C+Ld‘過共晶白口鑄鐵(Wc=5.0%)相組成：α

+Fe3C組織組成：Fe3C+Ld‘過共晶白口鑄鐵(Wc=5157鐵碳相圖講解課件158

總結：從Fe-Fe3C相圖可知，鐵碳合金室溫下的相組成物都是鐵素體和滲碳體，并且隨含碳量的增加，滲碳量不斷增多。而室溫組織組成物卻有α、Fe3CⅢ、P、Fe3CⅡ、Fe3CⅠ

和Ld’。總結：從Fe-Fe3C相圖可知，鐵碳合金室溫下的相組159

Fe-Fe3C

相圖ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe

Fe3C

T°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相圖共析相圖勻晶相圖(P+Fe3C)Fe-Fe3C相圖ACDEFGSPQ11160鐵碳相圖講解課件161鐵碳相圖講解課件162鐵碳相圖講解課件163碳含量相組成組織組成工業(yè)純鐵<0.0218%F+Fe3CF亞共析鋼0.0218-0.77%F+Fe3CF+P共析鋼0.77%F+Fe3CP過共析鋼0.77-2.11%F+Fe3CFe3C+P亞共晶鑄鐵2.11-4.30%F+Fe3CFe3C+P+Ld’共晶鑄鐵4.30%F+Fe3CLd’過共晶鑄鐵4.30-6.69%F+Fe3CFe3C+Ld’碳含量相組成組織組成工業(yè)純鐵<0.0218%F+Fe3CF亞164鐵碳相圖講解課件165鐵碳相圖講解課件166鐵碳相圖講解課件167鐵碳相圖講解課件168鐵碳相圖講解課件169鐵碳相圖講解課件170鐵碳相圖講解課件171鐵碳相圖講解課件172鐵碳相圖講解課件1734.4含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響4.4.1碳對平衡組織的影響00.02180.772.114.350%100%FCmⅡCmⅠC%P室溫組織組成相對量圖表4.4含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響4.4.1碳1740.02180.772.114.3050%100%FCmC%相組成相對量圖表0.02180.772.114.3050%100%FCmC%1754.4.2碳對力學性能的影響4.4.2碳對力學性能的影響176純鐵與珠光體性能對比純鐵σb＝176～274MPaσ0.2＝98～166MPaδ＝30～50％，ψ＝70～80％HB＝50～80珠光體σb＝1000MPaσ0.2＝600MPaδ＝10％，ψ＝12～15％HB＝241純鐵與珠光體性能對比純鐵珠光體1774.4.3碳對工藝性能的影響1.切削加工性能4.4.3碳對工藝性能的影響1.切削加工性能178鐵碳相圖講解課件179鐵碳相圖講解課件180鐵碳相圖講解課件1812.可鍛性鋼的可鍛性首先與含碳量有關。低碳鋼的可鍛性較好，隨著含碳量的增加，可鍛性逐漸變差。奧氏體具有良好的可鍛性，易于塑性變形。因此鋼材的始鍛或始軋溫度一般選在單相奧氏體區(qū)。終鍛溫度不能過低，以免塑性變差。2.可鍛性1823.鑄造性包括金屬的流動性、收縮性和偏析傾向。（1）流動性：C量增加，結晶溫度間隔增大，流動性應該變差。但是，隨C量增加，液相線溫度降低。因此，同樣澆鑄溫度下，含C量高的鋼過熱度大，對鋼液的流動性有利。鑄鐵液相線較低，流動性比鋼好。共晶成分鑄鐵流動性最好。3.鑄造性包括金屬的流動性、收縮性和偏析傾向。（1）流動性183（2）收縮性：兩個主要影響因素：化學成分和澆注溫度化學成分一定，澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大；澆注溫度一定，碳含量增加，體積收縮增大；固態(tài)收縮減小。（2）收縮性：兩個主要影響因素：化學成分和澆注溫度化學成分一184（3）偏析傾向：固液相線的水平距離和垂直距離越大，偏析越嚴重。鑄鐵成分越靠近共晶點，偏析越小。（3）偏析傾向：固液相線的水平距離和垂直距離越大，偏析越嚴重185煉鋼脫氧時，Mn可把FeO還原成鐵，并形成MnO。降低鋼種脆性，提高強度和硬度。Mn還可與鋼液中的S形成MnS（熔點：1600oC），一定程度上消除S的影響。這些反應產物大部分進入爐渣，小部分殘留在鋼中成為非金屬夾雜物。1.Mn的影響4.54.5.1鋼中常見雜質元素煉鋼脫氧時，Mn可把FeO還原成鐵，并形成MnO。降低鋼種脆186殘余的Mn，凝固后溶于奧氏體或鐵素體中，起固溶強化作用。還可溶于滲碳體，形成合金滲碳體（Fe，Mn）3C。是鋼中的有益元素。殘余的Mn，凝固后溶于奧氏體或鐵素體中，起固溶強化作用。還可187鋼中Si含量通常小于0.5%，脫氧時進入，形成SiO2進入爐渣或者成為非金屬夾雜物。Si同樣可以溶于奧氏體或鐵素體中，起固溶強化作用。含量不超過1％時，不降低鋼的塑性和韌性。所以，認為Si是鋼中的有益元素。2.Si的影響鋼中Si含量通常小于0.5%，脫氧時進入，形成SiO2進入爐188冷鐓件和冷沖壓件的鋼材，因Si對鐵素體的強化作用，使鋼的彈性極限升高，以至在加工過程中造成模具的磨損過大，動力消耗過大，因此冷鐓件和冷沖壓件常常采用含Si很低，不脫氧的沸騰鋼。冷鐓件和冷沖壓件的鋼材，因Si對鐵素體的強化作用，使鋼的彈性189硅鋼中的Si提高鐵的電阻率和最大磁導率，降低矯頑力、鐵芯損耗和磁時效。硅鋼中的Si提高鐵的電阻率和最大磁導率，降低矯頑力、鐵芯損耗190S可溶于液態(tài)鐵中，但在固態(tài)鐵中的溶解度極小，并可與鐵形成FeS。FeS與γ鐵形成熔點為989℃的（Fe＋FeS）的共晶體，這種共晶體將在鋼液凝固后期凝固，并存在于奧氏體枝晶間。（Fe＋FeS）共晶體的量很少，幾乎都是離異共晶。網狀FeS對鋼的力學性能損害極大。3.S的影響S可溶于液態(tài)鐵中，但在固態(tài)鐵中的溶解度極小，并可與鐵形成Fe191如果鋼中存在（Fe＋FeS）共晶體，在加熱到1150～1200℃之間時，會成為液體。變形過程中會開裂，稱這種現象為熱脆或紅脆。如果鋼液脫氧不良，含較多FeO，還會形成熔點更低的（Fe＋FeO＋FeS)三相共晶體，其危害更大?？梢约覯n防止——MnS。如果鋼中存在（Fe＋FeS）共晶體，在加熱到1150～120192所以，S是一種有害元素。普通質量鋼中其含量≤0.055％；優(yōu)質鋼中其含量在0.040％以下；高級優(yōu)質鋼則≤0.030％；要求更高時，甚至限制其含量≤0.020％。所以，S是一種有害元素。普通質量鋼中其含量≤193高硫鋼又稱高硫合金鋼（HS），與傳統(tǒng)的純凈鋼概念相對應，在傳統(tǒng)鋼材中，一般鋼的含硫量必須低于0.004，優(yōu)質鋼不得高于0.003；而在高硫鋼中，含硫量在0.5-11%之間。以含硫30～32%的硫鐵為主要原料，用電弧爐，加入廢鋼和所需合金元素，1600～1650℃時加入硫鐵，最后加入脫氧劑，鎮(zhèn)靜后出鋼。鋼中含硫量0.5～11%，耐磨性提高?？扇〈?、鐵、銅及其銅合金（各種機器的軸瓦、蝸輪、滑塊等）的耐磨制品、延長使用壽命高硫鋼具有耐高溫、自潤滑、耐磨損、抗粘結（咬和）的優(yōu)良性能，它可以廣泛應用于鋼鐵、機械、礦山、油田、港口、汽車、農用車、結構件，高硫合金鋼取代低硫合金鋼，并具有長的使用壽命。高硫鋼又稱高硫合金鋼（HS），與傳統(tǒng)的純1944.P的影響由于Fe-P相圖中液相線和固相線距離很大，因此P在Fe中具有很強的偏析傾向。在鐵基合金中，P對鐵素體較之其它元素具有更強的固溶強化能力，但在P含量較高時，它會劇烈地降低鋼的塑性和韌性。4.P的影響由于Fe-P相圖中液相線和固相195P會降低鋼的沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉化溫度，提高鋼的冷脆。P還會使鋼發(fā)生藍脆現象。藍脆就是指鋼在加熱到150～300℃時，產生硬度升高，塑性、韌性下降的現象。這是因為在空氣中加熱到150～300℃時，由于氧化作用，鋼的表面呈現藍色。藍脆一般是有害的。因此，在含量較高時，P是一種有害元素。一般情況下，普通鋼的P含量限制在0.045％以下；優(yōu)質鋼在0.04％以下；高級優(yōu)質鋼在0.035％以下。P會降低鋼的沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉化溫度，196高P鋼也可被利用：

1）在炮彈鋼中加入較多的P，可使炮彈在爆炸時產生更多的彈片，殺傷更多的敵人；

2）在易削鋼中使鐵素體適當脆化，提高切削加工零件的表面光潔度；

3）P和Cu一起加入鋼中，可以提高鋼在大氣中的抗蝕性。高P鋼也可被利用：1972022/11/1/03:31:45高強深沖鋼及P的作用

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和節(jié)約能源、減輕汽車自重的需要，高強度深沖鋼成為研發(fā)熱點。目前日本開發(fā)的含P深沖鋼：屈服強度：235MPa抗拉強度：390MPa2022/10/23/14:28:00高強深沖鋼及P的作用198平爐鋼：0.001～0.008％純氧頂吹轉爐鋼：0.003～0.006％電爐鋼：0.008～0.03％。5.N的影響將含N較高的鋼從高溫快速冷卻（淬火