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1、工程材料 机械制造基础 - 第五章 铁碳合金相图 第五章 铁碳合金相图 ( Iron Carbon Phase Diagram ) Fe C 相图的基础知识。 形成 Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结 构与性能。 Fe - Fe3C 相图的建立与分析。 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的 影响。 Fe - Fe3C 相图的应用。 铁碳合金的生产及分类。 第一节 Fe - C相图的基础知识 1.铁与碳可以形成 Fe3C、 Fe2C、 FeC 等一系列化合物。 2.稳定的化合物可以作为一个独的组 元。 3.Fe C 二元相图。
2、 Fe C 二元相图 Fe3C Fe2C FeC 温 度 Fe C (6.69%C) Mg Si 合金相图 第二节 形成 Fe - Fe3C 相图组元 和基本组织的结构与性能 一 .组元 * 铁 ( ferrite ) * 渗碳体 ( Cementite ) 二 .基本组织 1.铁素体 ( F ) ( Ferrite ) 碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体。 显微组织和力学性能几乎与纯铁相同 。 力学性能特点： 强度、硬度较低，塑性、韧性较好。 b 180-280MPa; =30% -50%; =70% -80%;
3、 a k =160-200J/cm2; HBS=50-80 铁素体组织金相图 2.奥氏体 ( A ) --- Austenite 碳溶于 -Fe中形成 的间隙固溶 体。（高温相） 较低硬度（ 170-220HBS） ; 良好的塑性 =40% -50%; 低的变形抗力 b 394MPa; 易于锻压成型 奥氏体组织金相图 3. 渗碳体 ( Fe3C ) --- Cementite （ 6.69%C) 铁与碳 形成的金属 化合物。 强度低， b 30MPa 硬度却很高，约 800HBW 极脆，塑性、韧性几乎为零 渗碳
4、体组织金相图 4.珠光体 ( P ) --- Pearite 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 5.莱氏体 ( Ld ) --- Ledeburite 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。 第 三 节 Fe - Fe3C 相图的建立与分析 一 .Fe - Fe3C 相图的建立 包晶反应相图 共晶反应相图 共析反应相图 Fe - Fe3C 相图 Fe T Fe3C Fe - Fe3C 相图 A C D E F G S P Q 1148 727 L A L+A L+ Fe3C 4.3%C 2.11%C 0.0218%C 6.69%C Fe Fe3C
5、 T ( A+Fe3C ) Ld Ld+Fe3C A+Ld+Fe3C F A+F A+ Fe3C ( F+ Fe3C ) P P+F 0.77%C P+Fe3C Ld Ld+Fe3C P+Ld+Fe3C K 共晶相图 共析相图 匀晶相图 ( P+Fe3C ) Fe - Fe3C 相图 A C D E F G S P Q 1148 727 L A L+A 4.3%C 2.11%C 0.0218%C 6.69%C Fe Fe3C T Ld Ld+Fe3C A+Ld+Fe3C F A+F P 0.77%C Ld K ( P+Fe3C ) P+Ld+F
6、e3C Ld+Fe3C P+F P+Fe3C ( F+ Fe3C ) A+ Fe3C L+ Fe3C ( A+Fe3C ) Fe - Fe3C 相图 二 . Fe - Fe3C 相图的分析 五个重要的成份点 : P、 S、 E、 C、 K。 四条重要的线 : EF、 ES、 GS、 FK。 三个重要转变 : 包晶转变反应式、共晶 转变反应式、共析转变反应式。 二个重要温度 : 1148 、 727 。 1.包晶转变反应式 : LB + H AJ 1495 3.共析转变反应式 : AS
7、 ( FP + Fe3C ) P 727 2.共晶转变反应式 : LC ( AE + Fe3C ) Le 1148 三 .典型铁碳合金的结晶过程分析 工业纯铁 ( ingot iron ) 共析钢 ( eutectoid steel ) 亚共析钢 ( hypoeutectoid steel ) 过共析钢 ( hypereutectoid steel ) 共晶白口铁 ( eutectoid white iron ) 亚共晶白口铁 ( hypoeutectoid white iron ) 过共晶白口铁 ( hypereutectoi
8、d white iron ) 1.工业纯铁 ( Wc 0.6% 2.按钢的质量分类 : * 碳素钢 : Wp = (0.035% 0.045%) Ws = (0.035% 0.050%) * 优质碳素钢 : Wp = 0.035% Ws = (0.030% 0.035%) * 高级优质碳素钢 : Wp 0.030% Ws = ( 0.020% 0.025% ) 3.按钢的用途分类 : 碳素结构钢 ( carbon structural steel ) 用于制造各种机械零件、工程构 件。一般为低、中碳钢。
9、 碳素工具钢 ( carbon tool steel ) 用于制造各种工具。一般为高碳钢。 二 )碳素钢的编号及用途 1.碳素结构钢 : Q 235 A F 沸腾钢 A等级质量 s 235 MPa 屈服强度 用途 钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件 热处理 ： 热轧空冷 组织 ： S F 建筑构件 钢桥梁 2.优质碳素结构钢 * 45 --- Wc = 45%00 * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn --- Wc = 45%00 ; WMn = 0.7% 1.0% 用途： 较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等
10、 热处理 ：渗碳、 淬火、回火等。 汽车曲轴 3.碳素工具钢（ 淬火后 HRC62） T 12 A 高级优质 Wc = 12%0 碳素工具钢 用途 冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。 螺纹量规 热处理 ：淬火 + 低温回火 组织 ： 回火 M 粒状 Fe3C + A 4.铸造碳钢 性能 强度和塑性、韧性高于铸 铁 ，但铸造流动性能差，收缩率大。 ZG 200 - 400 b 400MPa s 200MPa 铸钢 热处理 :退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织 及铸造应力。 组织 P F 用途 形状复杂，需一定强度、塑韧性的零 件，如轧辊、机座、外壳。 轧辊 外壳
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