材料学第五章铁钛合金.ppt

金属学与热处理2第五章 铁碳合金3 3重结晶：固态下的相变过程(固态相变)。纯铁的同素异构转变铁的同素异构转变1394 912-Fe-Fe -Fe-Fe-Fe-Febccfccbcc5.1 铁碳合金的相结构与性能5 5l定义：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体l晶格结构：bcc l最大溶解度：0.02%（727）l机械性能:b=180230MPa 0.2=100170MPa HBS=5080 =30%50%=70%80%ak=160200J/cm l-铁素体：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，最大溶解度：0.09%（1495）（1）铁素体（F或）6 6l定义：碳溶于-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体（高温组织）l晶格结构：fccfccl最大溶解度：2.11%2.11%（11481148）l机械性能：b400MPa HBS=170220 =40%50%高塑性、无磁高塑性、无磁 （2）奥氏体（A 或）7 7l定义：定义：Fe 与 C 所形成的间隙化合物 FeFe3 3C C（平均含碳量：6.696.69%）l机械性能：机械性能：HBS=800 0 ak=0J/cm 硬硬度很高度很高 脆性大脆性大 塑韧性极低塑韧性极低（3）渗碳体8同样含有铁碳合金，为什么高速钢钻头比铁丝坚硬？高速钢钻头高速钢钻头铁丝铁丝思考思考：9 9五个单相区五个单相区三个重要点三个重要点三条水平线三条水平线1.相图中点、线、面及其意义5.2铁碳合金相图10两相区：两相区：7个个单相区：单相区：5个个三相区：三相区：3个个 11112 相图中的特性点J为包晶点为包晶点:1495时时,B点成分的点成分的L与与H点成点成分的分的发生包晶反应发生包晶反应,生成生成J点成分的点成分的。C点为共晶点点为共晶点1148时,C点成分的L发生共晶反应,生成E点成分的和Fe3C（莱氏体）。S点为共析点点为共析点727时,S点成分的发生共析反应,生成P点成分的和Fe3C（P）。12碳在碳在A中的最大溶解度中的最大溶解度碳在碳在A中的最大溶解度中的最大溶解度图中以相组成表示的铁碳相图表中铁碳合金相图中的特性点1313包晶反应：包晶反应：L+共晶反应：共晶反应：LLd(FeC3+)共析反应：共析反应：P(FeC3+)3 三条水平线14包晶转变：在1495的恒温下，成分为B点（WC=0.53%）的液相与成分为H点（WC=0.09%）铁素体发生包晶反应，生成成分为J点（WC=0.17%）的奥氏体HJB包晶线包晶线：4.包晶、共晶、共析转变15共晶转变：在1148的恒温下，成分为C点（WC=4.3%）的液相转为成分为E点（WC=2.11%）的奥氏体和渗碳体的混合物;AE+Fe3C叫做莱氏体，以Ld表示。ECF共晶线：共晶线：1616l定义：定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%4.3%）l性能组织：性能组织：硬而脆莱氏体（莱氏体（LdLd ）17共析转变:在727的恒温下，由成分为S点（WC=0.77%）的奥氏体转变为成分为P点(WC=0.0218%)的铁素体和渗碳体的混合物。此种转变产物即为珠光体，用P表示。PSK线称为共析线，也叫A1线 PSK PSK 共析线：共析线：1818l定义：定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%0.77%）l性能组织：性能组织：b750MPa HBS=180 20%25%ak=3040J/cm珠光体（珠光体（P P）19ES线：线：C在奥氏体中的溶解度曲线，在奥氏体中的溶解度曲线，也叫也叫Acm线。线。GS线：冷却时，从奥氏体中析出铁素线：冷却时，从奥氏体中析出铁素体的开始线或加热时，铁素体溶入奥氏体的开始线或加热时，铁素体溶入奥氏体的终了线，称体的终了线，称A3线。线。PQ线：线：C在铁素体中的溶解度曲线。在铁素体中的溶解度曲线。冷却时碰到冷却时碰到PQ线，从线，从中将析出中将析出Fe3C，称为三次渗碳体（，称为三次渗碳体（Fe3C）。5.三条曲线202.11%4.3%6.69%0.77%0.02%工工业业纯纯铁铁共共析析钢钢亚亚共共析析钢钢过过共共析析钢钢亚亚共共晶晶白白口口铁铁过过共共晶晶白白口口铁铁共共晶晶白白口口铁铁钢钢铸铁铸铁ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%6.铁碳合金分类及平衡结晶过程21211(1)(1)工业纯铁平衡结晶过程工业纯铁平衡结晶过程冷却过程中匀晶反应：冷却过程中匀晶反应：L相相相相相中沿晶界析出片状Fe3C2222单相液体的冷却单相液体的冷却匀晶反应L相中析出相（奥氏体A）单相固溶体的冷却相发生共析反应生成珠光体P(2)(2)共析钢平衡结晶过程共析钢平衡结晶过程23 室温组织室温组织室温组织：室温组织：P：（：（Fe3C）C24共析温度下共析组织中共析温度下共析组织中两相的相对量两相的相对量：2525L相冷却相冷却L相相 相相L相相+相相相，并且相，并且L相有剩余相有剩余剩余剩余L相相相相单相的冷却单相的冷却相相 相，但相，但相有剩余相有剩余共析反应：剩余共析反应：剩余相相P（+Fe3C），存在先析），存在先析相相(3)(3)亚共析钢平衡结晶过程亚共析钢平衡结晶过程26计算计算0.40%C钢的相对量：钢的相对量：1)组织组成物：组织组成物：2)相组成物：相组成物：2727单相液体的冷却L相 相单相固溶体（奥氏体）的冷却相中析出二次渗碳体（Fe3C）共析转变：相（+Fe3C），存在Fe3C(4)(4)过共析钢平衡结晶过程过共析钢平衡结晶过程28共析温度下相对量的计算：共析温度下相对量的计算：29个人作业：个人作业：分析含碳量为分析含碳量为0.40%的铁碳合金的铁碳合金从液态冷至室温时的结晶过程和从液态冷至室温时的结晶过程和室温组织室温组织30个人作业：个人作业：某工厂仓库中积压了许多碳钢（退火态），由于钢材混杂，某工厂仓库中积压了许多碳钢（退火态），由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出一根，经金相分析后，发现不知道钢的化学成分，现找出一根，经金相分析后，发现 其组织为其组织为P+F，其中，其中F占占80%，问此钢的含碳量大约为多少？，问此钢的含碳量大约为多少？3131单相液体的冷却单相液体的冷却共晶反应：共晶反应：LLd（+Fe3C）共晶共晶中的中的相不断析出相不断析出Fe3C，不可见，不可见共析反应：共析反应：Ld（+Fe3C）Ld（P+Fe3C）(5)(5)共晶白口铁平衡结晶过程共晶白口铁平衡结晶过程3232单相液体的冷却单相液体的冷却共晶反应：剩余共晶反应：剩余LLd（+Fe3C）先共晶先共晶相不断析出相不断析出Fe3C，共晶，共晶相相析出析出Fe3C不可见不可见共析反应：共析反应：Ld（+Fe3C）Ld（P+Fe3C）先共晶先共晶相相 P匀晶反应：匀晶反应：L 相相室温组织：室温组织：Ld（P+Fe3C）+P(6)(6)亚共晶白口铁平衡结晶过程亚共晶白口铁平衡结晶过程3333单相液体的冷却单相液体的冷却共晶反应：剩余共晶反应：剩余LLd（+Fe3C）共晶共晶相析出相析出Fe3C不可见不可见共析反应：共析反应：Ld（+Fe3C）Ld（P+Fe3C）匀晶反应：匀晶反应：L Fe3C相相室温组织：室温组织：Ld（P+Fe3C）+Fe3C(7)(7)过共晶白口铁平衡结晶过程过共晶白口铁平衡结晶过程5.3碳钢1.常存杂质元素对碳钢性能的影响锰：炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中，含量通常为0.25%0.8%一般认为锰在钢中是有益元素。硅：作为脱氧剂（硅铁）加入钢液中。作为杂质通常含量0.35%是有益元素。硫：炼钢时由矿石和燃料带到钢中。易与铁形成FeS，易引起 “热脆”，有害元素。磷：炼钢时由原料生铁带入钢中。易引起“冷脆”，破坏焊接 性能有害元素。易与硫形成MnS，间接消除硫的有害作用35（1）按化学成分 碳素钢合金钢低碳钢（wc0.25）中碳钢（wc=0.250.60%）高碳钢（wc0.60）低合金钢（wme5%）中合金钢（wme=5%10%）高合金钢（wme10%）2.碳钢分类36特级优质钢（E）wS 0.015%wP0.025%（2）按质量 （P、S含量）普通钢碳素结构钢低合金结构钢wS 0.055%wP0.045%优质钢D级碳素结构钢优质碳素结构钢合金结构钢碳素工具钢wS 0.040%wP0.040%高级优质钢 （A）高级优质碳素工具钢高级优质合金工具钢高级优质合金结构钢wS 0.030%wP0.035%37（3）按用途特殊用途钢特殊用途钢结构钢结构钢工具钢工具钢碳素结构钢碳素结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢滚动轴承钢滚动轴承钢弹簧钢弹簧钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢383.钢的牌号和用途编号原则：汉语拼音字母化学元素符号数字（1）普通碳素结构钢 Q -A（B、C、D）F（b）屈服强度值屈服强度代号质量等级脱氧方式用途：铆钉、钢筋、型钢，桥梁、建筑等。热处理：热轧空冷组织：SF39建筑构件钢桥梁多边型角钢多边型角钢螺钉螺钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢40（2）优质碳素结构钢（F）Mn含量高时：(Mn)用途：较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。热处理：淬火、回火、表面热处理等。41螺栓螺栓齿轮齿轮曲轴曲轴弹簧42（3）碳素工具钢T数字（数字（A）Mn含量高时：T数字Mn用途：冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。热处理：淬火+低温回火组织：回火M粒状Fe3C+A43锉刀锉刀量规量规钻头钻头44小结：小结：1.名词名词：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体；2.指出下列名词的主要区别：莱氏体与低温莱氏体；指出下列名词的主要区别：莱氏体与低温莱氏体；一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体3.熟练掌握铁碳相图：点、线、面；三个基本转变；熟练掌握铁碳相图：点、线、面；三个基本转变；分析典型合金的平衡结晶过程并写出室温组织；分析典型合金的平衡结晶过程并写出室温组织；4.利用杠杆定律计算相和组织的相对含量；利用杠杆定律计算相和组织的相对含量；5.利用相图分析实际问题；利用相图分析实际问题；6.碳钢的分类和钢号碳钢的分类和钢号45