第四章鐵碳合金

第四章鐵碳合金第一節(jié)純鐵、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)及其性能同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變—金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。同素異晶體—以不同晶體結(jié)構(gòu)存在的同一種金屬的晶體。δ—Feγ—Feα—Fe（體心立方）（面心立方）（體心立方）相圖分析：重要的點(diǎn)和線重要的點(diǎn)J、C、S第二節(jié)鐵碳合金相圖分析一、鋼和白口鑄鐵結(jié)晶過程分析及組成物計(jì)算室溫AAAAA+Fe3CⅡ+LdPP+Fe3CⅡ+L′dL+Fe3CⅠJ點(diǎn)為包晶點(diǎn)，反應(yīng)式：C點(diǎn)為共晶點(diǎn)，反應(yīng)式：S點(diǎn)為共析點(diǎn)，反應(yīng)式：重要的線：ABCD—液相線；AHJECF—固相線；水平線HJB—包晶線；水平線ECF—共晶線；水平線PSK—共析反應(yīng)線（A1線）；GS—合金冷卻時(shí)自A中開始析出F的臨界溫度線（A3線）;ES—碳在A中的固溶線（Acm線）；PQ—碳在F中的固溶線。根據(jù)相圖，鐵碳合金可分為三類：工業(yè)純鐵（C≤0.0218%）鋼（0.0218%＜C≤2.11%）亞共析鋼（0.0218%＜C＜0.77%）共析鋼（C=0.77%）過共析鋼（0.77%＜C≤2.11%）白口鑄鐵（2.11%＜C＜6.69%）亞共晶白口鑄鐵（2.11%＜C＜4.3%）過共晶白口鑄鐵（4.3%＜C＜6.69%）共晶白口鑄鐵（C=4.3%）1、共析鋼：相組成物為：鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）相圖分析：相對重量為：2、亞共析鋼：（0.0218%＜C＜0.77%）

組織組成物為：珠光體（P）相組成物為：鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）（含碳量為C=0.4%）它們的相對重量為：組織組成物為：F和P它們的相對重量為：3、過共析鋼（0.77%＜C≤2.11%）相組成物為：鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）（C=1.2%）它們的相對重量為：組織組成物為：Fe3CⅡ和P它們的相對重量為：4、共晶白口鑄鐵（C=4.3%）組織組成物為：相組成物為：鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）5、亞共晶白口鑄鐵（2.11%＜C＜4.3%）相組成物為：鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）組織組成物為：P、和6、過共晶白口鑄鐵（4.3%＜C＜6.69%）相組成物為：鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）組織組成物為：和注意：工業(yè)純鐵的室溫平衡組織為F，由于其強(qiáng)度低、硬度低，不宜作結(jié)構(gòu)材料。三、Fe—Fe3C相圖的應(yīng)用（1）在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用1、建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料—碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的鋼材2、各種機(jī)械零件需要強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料—碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)適中的中碳的鋼材3、各種工具要用硬度高和耐磨性好的材料—碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的鋼材4、純鐵的強(qiáng)度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料，但由于其導(dǎo)磁率高，可作軟磁材料使用—電磁鐵的鐵芯.5、白口鑄鐵硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但其耐磨性好、鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件—拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機(jī)的磨球等。（2）在鑄造工藝方面的應(yīng)用根據(jù)相圖可以確定：1、合金的澆注溫度一般在液相線以上2、純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好（3）在熱處理工藝方面的應(yīng)用一些熱處理工藝如退火、正火、淬火的加熱溫度都是依據(jù)相圖確定的。在運(yùn)用此相圖時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）此相圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài)，如含其它元素，相圖將發(fā)生變化。（2）此相圖反映的是平衡條件下鐵碳合金中相的狀態(tài)，若冷卻或加熱速度較快時(shí)，其組織轉(zhuǎn)變就不能只用相圖來分析了。第三節(jié)碳鋼一、鋼中常存雜質(zhì)元素的影響（1）錳的影響在鋼中它是一種有益元素，在碳鋼中含錳量通常＜

0.80%；在含錳合金鋼中，含錳量控制在1.0~1.2%范圍。作用：1、大部分錳溶于F中，形成置換固溶體，并使F強(qiáng)化；2、一部分則溶于滲碳體中，形成合金滲碳體，提高鋼的強(qiáng)度；3、錳能增加珠光體相對量，并使珠光體變細(xì)，提高鋼的強(qiáng)度；4、錳與硫化合成MnS，能減輕硫的有害作用。（2）硅的影響在鋼中它是一種有益元素，在碳鋼中含硅量通常＜

0.35%；它能溶于F中，使F強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。（3）硫的影響硫在鋼中是有害雜質(zhì)，它不溶于鐵，而以FeS形式存在，會使鋼產(chǎn)生熱脆性。（4）磷的影響磷在鋼中是有害雜質(zhì)，它全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強(qiáng)度、硬度有所提高，但卻使室溫下鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼產(chǎn)生冷脆性。（一）碳鋼的分類1、按鋼的含碳量分類低碳鋼—≤0.25%高碳鋼—≥0.60%中碳鋼—0.30~0.55%二、碳鋼的分類、編號和用途2、按鋼的質(zhì)量分類普通碳素鋼—S、P分別≤0.55%和0.45%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼—S、P含量分別≤0.030%和0.035%優(yōu)質(zhì)碳素鋼—S、P含量均應(yīng)≤0.040%3、按用途分類（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼—主要用于制造各種工程構(gòu)件（橋梁、船舶、建筑等）和機(jī)器零件（齒輪、軸、螺釘、螺母、曲軸、連桿等），這類鋼一般屬于低碳和中碳鋼。（2）碳素工具鋼—主要用于制造各種刀具、量具、模具。這類鋼一般屬于高碳鋼(含碳量在0.65%~1.35%之間).4.按冶煉時(shí)脫氧程度不同分類沸騰鋼——不脫氧氣的鋼鎮(zhèn)靜鋼——為完全脫氧鋼半鎮(zhèn)靜鋼——為半脫氧鋼（二）碳鋼的編號和用途（1）甲類鋼—按保證機(jī)械性能供應(yīng)其鋼號以“甲”或“A”字加上阿拉伯?dāng)?shù)字表示，共有7級即A1、A2、A3~A7（或甲1、甲2、甲3、…甲7），數(shù)字愈大的甲類鋼，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度愈大，但延伸率卻小。甲類鋼的使用范圍：A1、A2、A3鋼塑性較高，有一定強(qiáng)度，通常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等用于橋梁、建筑等鋼結(jié)構(gòu)，也用于制造普通的鉚釘、螺釘、地腳螺絲、軸套、聯(lián)片、銷軸等。A4、A5鋼強(qiáng)度較高，用于制造軋制成鋼結(jié)構(gòu)用的各種型條鋼和鋼板，以及農(nóng)業(yè)機(jī)械用型鋼和異型鋼。A6、A7鋼的強(qiáng)度更高，可用于制造工具軋輥和農(nóng)業(yè)機(jī)械零件，如割草機(jī)和拔麻機(jī)的軸等。1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼由于甲類鋼只保證機(jī)械性能而不保證化學(xué)成分，因而熱處理有困難。一般情況，都不經(jīng)熱處理而在供應(yīng)狀態(tài)下直接使用。（2）已類鋼—按保證化學(xué)成分供應(yīng)其鋼號以“已”或“B”字加上阿拉伯?dāng)?shù)字表示，共有7級即B1、B2、B3、…B7（或已1、已2、已3、…已7），數(shù)字愈大的已類鋼，其含碳量愈高。已類鋼的用途與相同序號的甲類剛相同，由于它的化學(xué)成分是已知的，因此它可以通過適當(dāng)?shù)臒崽幚硖岣咂湫阅堋＃?）特類鋼—根據(jù)用戶提出要求供應(yīng)的，其鋼號以“C”字加上阿拉伯序數(shù)表示。它即保證化學(xué)成分又保證機(jī)械性能。但實(shí)際上很少見到這類鋼。關(guān)于普碳鋼的編號，例如：A3表示甲類平爐3號普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。CY3表示特類氧氣轉(zhuǎn)爐3號普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。BJ2表示已類堿性轉(zhuǎn)爐2號普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼—同時(shí)保證鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能這類鋼含S、P量較少（≤0.04%），純潔度、均勻性及表面質(zhì)量都比較好。因此這類鋼的塑性和韌性都比好。根據(jù)化學(xué)成分不同，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為普通含錳量鋼和較高含錳量鋼兩類。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的表示方法：（1）正常含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：對于C≤0.25%的碳素結(jié)構(gòu)鋼，為含錳0.35~0.65%；而對于C＞0.25%的碳素結(jié)構(gòu)鋼，為含錳0.50~0.80%。這類鋼的平均含碳量用兩位數(shù)字來表示，以0.01%為單位。例如：鋼號45，表示含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。（2）較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：對于0.15~0.60%的碳素結(jié)構(gòu)鋼，為含錳0.70~1.0%；而含碳量0.60%的碳素結(jié)構(gòu)鋼，為含錳0.9~1.2%。表示方法：在表示含碳量的兩為數(shù)字后面附以漢字“錳”或化學(xué)符號“Mn”。例如：鋼號20Mn表示平均含碳量為0.20%，含錳量為0.7~1.0%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造機(jī)械零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能見表4-7。3、碳素工具鋼它的編號原則是在“碳”或“T”字的后面附以數(shù)字來表示，數(shù)字表示鋼中的平均含碳量，以0.10%為單位。三、碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼其他專用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235-A·F60Mn易切削結(jié)構(gòu)鋼鍋爐用鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由鋼的屈服強(qiáng)度“屈”Q，屈服強(qiáng)度，質(zhì)量等級（A、B、C、D）和脫氧方法（F—沸騰鋼、Z—鎮(zhèn)靜鋼、b—半鎮(zhèn)靜鋼）例：Q235-Bb表示235MPa，質(zhì)量等級B級，半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。作業(yè)：1、對某退火碳素鋼進(jìn)行顯微分析，其室溫下組織組成物為珠光體和二次滲碳體（網(wǎng)），其中珠光體約占93%，問此碳鋼的含碳量大約是多少？相當(dāng)于什么鋼號？2、某工廠倉庫積壓了許多碳鋼（退火態(tài)），由于管理不當(dāng)，不知道是什么鋼號，現(xiàn)對其進(jìn)行金相檢驗(yàn)，觀察其室溫下的顯微組織為鐵素體和珠光體，但鐵素體與珠光體所占的比例不同，大體可區(qū)分為以下兩種（1）20%F+80%P；（2）50%F+50%P,問這兩種鋼的含碳量大約是多少？相當(dāng)于什么鋼號？3、下列零件或工具應(yīng)選用何種碳鋼制造：（1）手鋸鋸條；（2）普通螺釘；（3）車床主軸；（4）車床變速齒輪；（5）銼刀例如：鋼號T8、T12分別表示鋼中的平均含碳量為0.80%和1.20