第四章FeC合金及其应用.ppt

《第四章FeC合金及其应用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章FeC合金及其应用.ppt（101页珍藏版）》请在一课资料网上搜索。

1、将焊锡、锡和铅放置在铁片上，加热铁片的中心部分，观察，比较合金和组成它的纯金属锡、铅的熔化温度。锡铅合金锡铅共晶焊料共晶焊料 简介 1. 铁碳合金基本相和组织 2. 铁碳合金相图分析 3. 铁碳合金成分、组织与性能的关系 第三节 铁碳合金相图第三节 铁碳合金相图铁碳合金碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。含碳量为0.0218% 2.11%的称钢含碳量为 2.11% 6.69%的称铸铁。 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。铁碳合金

2、相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据.1. 铁碳合金基本相和组织铁具有典型的同素异构转变 TmFe =1538二、相一、 组元：Fe、 Fe3C体心立方面心立方体心立方 强度、硬度低，塑性好。2. 铁素体 F (Ferrite) 铁素体 C 在 -Fe 中形成的间隙固溶体，具有体心立方 晶格，用符号 F 表示 铁素体的溶碳能力差 由于体心立方晶格的间隙远小于碳的原子半径；最大溶碳量：727， wC=0.0218%最小溶碳量：室温， wC=0.0008%铁素体铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似

3、。铁素体 硬度、强度较低；塑性较高最大溶碳量：1148， wC=2.11%最小溶碳量：727， wC=0.77%3. 奥氏体 /A (Austenite) 奥氏体的溶碳能力较大 -Fe 晶格间隙与 C 半径比较接近； 奥氏体 C 在 -Fe 中形成的间隙固溶体，具有面心立方结构。奥氏体:l组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。l碳钢室温组织中无奥氏体。奥氏体4.渗碳体 (Cementite)， Fe3C或Cm表示lFe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨) 。Fe 与C 形成的间隙化合物Fe3C 含碳量为 6.69% 。熔点为1227铸铁中的石墨钢中的渗碳体珠光体:（

4、Pearite），P表示（F+ Fe3C）机械混合物。 碳质量分数平均为 Wc=0.77%。显微组织为由铁素体片与渗碳体片交替排列的组织。片状珠光体显微组织 球状珠光体显微组织显微组织为由铁素体片与渗碳体片交替排列的组织。莱氏体（Ledeburite）高温莱氏体 Ld：A+Fe3C 1148727低温莱氏体 Ld：P+Fe3C 727以下莱氏体显微组织二、基本组织 铁素体（Ferrite) 奥氏体（Austenite ） 渗碳体（Cementite）or Fe3C 珠光体（Pearlite） 高温莱氏体 （Ledeburite）or Ld （A+ Fe3C ）机械混合物，727以上 低温莱氏体

5、用Leor Ld表示 （P+ Fe3C ）机械混合物，727下二、铁碳合金相图的分析考试重点！A+Fe3CF+Fe3C铁碳合金相图单相区两相区三相区相区相组成相区相组成相区相组成ACD线以上AESGGPQGDFK液相(L)奥氏体(A)相区铁素体(F)相区渗碳体(FeC3)相区ACECDFGSPSEFKPSK线以下L+AL+Fe3CA+FA+Fe3CF+Fe3CECFPSKL+A+ Fe3CA+F+ Fe3CA+Fe3CF+Fe3C1. 相区二、铁碳合金相图的分析2. 特征点点温度C/%点的意义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点，L=A+Fe3CD12276.69渗碳体的熔点E1148

6、2.11碳在A的最大溶解度F11486.69共晶渗碳体的成分点G9120纯铁同素异构转变点S7270.77共析点A=F+Fe3CP7270.0218碳在铁素体中最大溶解度A+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CF+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CC共晶点，1148， wC=.3% Lc （ A+ Fe3C ） LdS共析点，727， wC=0.77% As （ F+ Fe3C ） PEA体中最大溶C量， wC=2.11% 也是钢、铁的分界点GFe的同素异构转变的温度 ，912 -Fe -Fe工程材料1.主要特性点A+Fe3CF+Fe3C3. 特征线 液相线 固相线 两条水平线：ECF：共晶线 LC

7、 AE+Fe3C 莱氏体, PSK：共析线 AS FP+ Fe3C 珠光体PLd 其它相线GSA 铁素体 固溶体转变线。ES碳在A中的固溶线。PQ碳在铁素体中的固溶线。A+Fe3CF+Fe3CECF共晶线，1148，PSK共析线，727，A1，As P GS冷却时，由奥氏体析出铁素体的开始线； 加热时，铁素体溶入奥氏体的终止线。A3ES是碳在奥氏体中的溶解度曲线。Acm1.主要特性线67.6311.211483.4CFeALCo莱氏体67. 630218. 072777. 0CFeFACo 工程材料Fe-C 合金分类： 工业纯铁 C % 0.0218 %，组织为单相铁素体 钢 0.0218 %

8、 C % 2.11 %亚共析钢 0.77 %共析钢 0.77 % 过共析钢 0.77 % 白口铸铁 2.11 % C % 6.69 %， 铸造性能好, 硬而脆亚共晶白口铁 4.3 % 共晶白口铁 4.3 % 过共晶白口铁 4.3 %三、典型合金的平衡结晶过程亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁(1)工业纯铁 ( C % 0.0218 % )结晶过程室温组织F + Fe3C (微量)500工业纯铁的应用由于含碳量较低。铁矿石用碳还原，生铁熔化将杂质氧化很软的金属，有银白色金属光泽。硬度低。应用有限。春秋战国老箭头

9、干将干将莫邪莫邪工业纯铁的应用钢的相图及其应用 亚共析钢的结晶过程 以0.4%C的钢为例F亚共析钢的组织金相图亚共析钢室温下的组织颗粒状的为F+层片状的P。在0.02180.77%C 范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。含0.45%C钢的组织含0.20%C钢的组织含0.60%C钢的组织室温组织: F + P，500各相的相对量：Fe3C % 0.4 / 6.69 = 6 %F % 1 6 % = 94 %各组织组成物的相对量：P % = ( 0.4 0.0218 ) / ( 0.77 0.0218 ) 51 %F % 1 51 % = 49 %0.4%0.77%0.0218%6.69%亚共析钢

10、的成分计算亚共析钢的结晶过程 共析钢 共析钢的结晶过程 0.77%C钢共析钢金相组织图P：片状的F+片状的FeC3的机械混合物36.69 0.77F100% 88.5%6.690.77100% 11.5%6.69Fe C727下下P中两相相对含量中两相相对含量36.69 0.77F100% 88.8%6.69 0.02180.77 0.0218100% 11.2%6.69 0.0218Fe C室温下室温下P中两相相对含量中两相相对含量 共析钢的成分计算0.0218%6.69%0.77% 共析钢的结晶过程 过共析钢 过共析钢的结晶过程 以1.2%C钢为例Fe3C珠光体和二次网状渗碳体过共析钢的组

11、织金相图室温组织:P + Fe3CII 400各相的相对量：Fe3C% 1.2 / 6.69 = 18 %F % 1 18 % = 82 %各组织组成物的相对量：Fe3CII % = ( 1.2 0.77 ) / ( 6.69 0.77 ) 7 %P % 1 7 % = 93 %过共析钢的成分计算1.2%0.77%6.69%过共析钢的结晶过程亚共析钢与过共析钢组织比较钢中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金钢高合金钢C0.25%C=0.25%0.60C0.60合金总含量5%5%1010 钢的选择及应用一、在钢铁选材方面的应用 机械构件需用塑性、韧性好的材料，选用碳含量低的钢材。 普通碳素

12、钢1、普通碳素钢 Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； 质量等级为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。 脱氧方法符号: 沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静钢b；特殊镇静钢TZ。常用的钢牌号为： Q235AF、Q255。3、用途：、用途： Q235用于制造受力不大的机械零用于制造受力不大的机械零件及桥梁建设金属结构件件及桥梁建设金属结构件 Q255用于中等压力的零件。用于中等压力的零件。一、在钢铁选材方面的应用 机械零件需要强度、塑性和韧性都较好地材料，选用碳含量适中的中碳钢。 优质碳素结构钢优质碳素结构钢l l 性能：可

13、焊性、塑性好性能：可焊性、塑性好l l 使用状态下组织：使用状态下组织：F+Pl l 45钢、钢、20Mn、65Mnl l 凸轮、齿轮、连杆、弹簧凸轮、齿轮、连杆、弹簧 常以热轧板、带、棒及型钢使常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的用，用量约占钢材总量的70%。 用于建筑结构，适合焊接、铆用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。接、栓接等。螺纹钢黄河小浪底枢纽工程一、在钢铁选材方面的应用 刀具、模具、量具要用硬度和耐磨性好的材料，选用碳含量高的高碳钢。 碳素工具钢 如 T8其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。 高碳(0.651.35%C)，耐磨性高，韧性低。 常用：常用：T7、T8

14、、T10、T12锉刀锉刀碳素工具钢3、用途、用途 由于碳工钢淬透性差，只用于制造小尺寸的由于碳工钢淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速手工工具和低速刃具。刃具。 T7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。锤子等。木工凿木工凿木工钻木工钻 T10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。 T12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥锉刀手锯条手锯条钻钻头头铸铁相图及其应用Fe-C 合金分类： 白口铸铁 2.11 % C % 6.69 %， 铸造性能好

15、, 硬而脆亚共晶白口铁 4.3 % 共晶白口铁 4.3 % 过共晶白口铁 4.3 %三、典型合金的平衡结晶过程一 、亚共晶白口铁的结晶过程PFe3CLd亚共晶白口铁组织金相图亚共晶白口铁的结晶过程共晶白口铁的结晶过程 共晶白口铁组织金相图共晶白口铁室温组织为Ld (P+ Fe3C)。共晶白口铁的结晶过程过共晶白口铁的结晶过程FK312Fe3CFe3C+Fe3CP过共晶白口铁组织金相图,其室温组织为Fe3C+Ld 铸铁的应用何为铸铁？何为铸铁？ 铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，如货车轮、球磨机的磨球等。内燃机汽缸

16、铸铁曲轴碳的存在形式碳化物状态 游离状态石墨（G） Fe3C3Fe+C（石墨）（石墨）铸铁中石墨形态石墨呈片状石墨呈片状石墨呈团絮状石墨呈团絮状石墨呈球状石墨呈球状石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状石墨的存在赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如铸造性能、减振性和减摩性。石墨存在对铸铁的力学性能影响？ 元素对石墨化影响 C 是形成石墨的基础，增大铸铁中C的浓度，有利于形成石墨 Si 是强烈促进石墨化的元素，Si含量越高，石墨化进行得越充分 S 是强烈阻碍石墨化的元素，S还会降低铸铁的力学性能和流动性。因此，铸铁 中含S越少越好 Mn 本身阻止石墨化，但Mn与S化合形成MnS，减弱了S对石墨化的不利影 响，故

17、铸铁中允许有适量的Mn。 影响石墨化的因素铸铁分类种类种类碳存在形碳存在形式式断口颜色断口颜色性能性能应用应用白口铸铁Fe3C银白色硬而脆很少用于制造零件麻口铸铁Fe3C和G黑白相间的麻点硬而脆很少应用灰口铸铁G暗灰色较好的力学性能广泛应用3、铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号实例牌号实例 灰灰 铸铸 铁铁 片片状状FHT + 一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值。数字表示最低抗拉强度值。HT100F+PHT150PHT200 可可 锻锻 铸铸 铁铁 团团絮絮状状FKTH(KTB )( KTZ)+ 两组数字两组数字黑心

18、、白心、珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低抗拉强度值第二组数字表示最低伸长率值，% KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-06铸铁的分类与牌号表示方法（续）铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号实例牌号实例 球球 墨墨 铸铸 铁铁 球球状状FQT + 两组数字两组数字 QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕蠕 墨墨铸铸 铁铁 蠕蠕虫虫状状FRuT + 一组数字一组数字RuT260F+PRuT300PRuT420 一、灰铸铁一、灰铸铁 灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁灰铸铁是指石墨呈片状分

19、布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的总产量的80%以上。以上。（一）灰铸铁石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌 常对灰铸铁进行孕育处理常对灰铸铁进行孕育处理(孕育铸铁孕育铸铁)，以细化片状石墨。以细化片状石墨。 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 孕育处理前孕育处理后3、用途、用途 制造承受压力和震动的零件制造承受压力和震动的零件,如机如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。缸体。大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)变速箱体可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 由白口铸铁经石墨化退火获得的。由白口铸铁经石墨化退火获得的。 性

20、能：强度为碳钢性能：强度为碳钢00%，接近于铸钢。接近于铸钢。 名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻（二）可锻铸铁3、用途、用途 用于制造形状复杂且强度韧用于制造形状复杂且强度韧性要求高的薄壁小型件，如性要求高的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门管接头、低压阀门等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件 石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到. 1、组织：、组织：基体（基体（F、F+P、P）+ 球状球状G 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。 球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为

21、镁、稀土和稀土镁。硅铁硅铁硅钙稀土镁稀土镁l为使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。 l常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。（三）球墨铸铁 球墨铸铁的热处理特点是：球墨铸铁的热处理特点是： 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高; 淬透性比碳钢高淬透性比碳钢高; 奥氏体中碳含量可控。奥氏体中碳含量可控。制品(轧辊与辊环)贝氏体基球墨铸铁3、用途、用途 承受震动、载承受震动、载荷大的零件，荷大的零件，如如曲轴、传动曲轴、传动齿轮齿轮等。等。核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴（四）蠕墨铸铁蠕墨铸铁中的石墨铁素体基体 蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸

22、铁，其力学性蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。等。 玻璃模具制动鼓 FeC相图的总结组织组成物与相组成物标注区别主要在A+ Fe3C和F+Fe3C两个相区. A+ Fe3

23、C相区中有四个组织组成物区，F+Fe3C相区中有七个组织组成物区。 组织组成物在铁碳合金相图上的标注A + Fe3CF + Fe3C标注了组织组成物的相图 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 含碳量对室温平衡组织的影响含碳量对室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为： 钢铁素体亚共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢白 口 铸 铁二次渗碳体工业纯铁珠光体莱氏体一次渗碳体Fe3C钢 铁分 类组织组成物相对量%相组成物相对量%含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000 含碳量对力学性能的影响