《碳钢和铸铁》PPT课件.ppt

1.7 碳钢,碳钢指在冶炼过程中不人为加入合金元素的钢种合金钢指在冶炼过程中人为加入合金元素的钢种,一、化学成分对碳钢性能的影响,1、C的影响,一、化学成分对碳钢性能的影响,SiMnS P,来源于矿石和脱氧剂，是有益元素,来源于矿石和焦碳（燃料），是有害元素,2、其他杂质的影响除了Fe和C两个基本组元外，在冶炼过程中总不可避免带入其它少量元素，这些元素统称为杂质，它们对钢性能有一定影响。,硅的影响,锰的影响,锰也可固溶于铁素体中，使钢的强度、硬度升高（固溶强化）。而且当锰的含量不十分高时，对钢的塑性、韧性也有改善作用。另外锰易与钢中的硫生成MnS塑性夹杂物，可降低硫的有害作用。作为杂质元素存在时，Si、Mn量一般控制在规定值之下(wSi0.5%，wMn0.8%)，此时它们是有益元素。,硅可固溶于铁素体中，使钢的强度、硬度升高（固溶强化）。但硅含量过高时降低钢的塑性、韧性。,硫的影响,硫与铁能生成FeS，FeS常与Fe一起形成低熔点（约989）的共晶体，分布在奥氏体晶界上；当钢进行热加工时（如在9001200锻造或轧制、焊接等），共晶体将熔化，使钢的强度、尤其是韧性大大下降而产生脆性开裂，这种现象称为热脆性。增加钢中的含锰量，使S与Mn优先生成高熔点（约1620）的MnS，从而避免热脆。,磷的影响,磷主要溶于铁素体中，过多的磷也会生成极脆的Fe3P化合物，偏析于晶界上。它虽然有明显的提高钢的强度、硬度的作用，但会剧烈地降低钢的塑性、韧性、尤其是低温韧性，并使冷脆转化温度升高；这种现象称为冷脆性。,二、碳钢的分类,按钢的含碳量分类：低碳钢：Wc0.6%广泛用于工具制造按钢的质量分类：普通碳素钢：Ws0.055%Wp0.045%优质碳素钢：Wp Ws0.040%高级优质碳素钢：Ws0.030%Wp0.035%按钢的用途分类：碳素结构钢：制造各种工程构件和机器零件碳素工具钢：制造各种刀具、量具、模具,三、碳钢的编号和用途,普通碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢,1.普通碳素结构钢牌号：“Q+数字+字母+字母”用途：一般在钢厂供应状态下（即热轧状态）直接使用，出厂时保证机械性能工程结构（薄钢板，钢筋，钢管，各种型材）；要求不高的机器零件（螺钉，螺栓，手柄，小轴）；特点：塑韧性优良。,举例,普通碳素结构钢:Q 235 A F,普通碳素结构钢,Q215-AF Q235-B,2 优质碳素结构钢,牌号：采用两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍用途：出厂时保证成分，用来制造较重要的机器零件，一般都经过热处理以提高力学性能。0825：强度低，但塑性、韧性好，并具有良好的焊接性能。常做冲压件、焊接件、渗碳件。用来制造螺钉、螺母、垫圈等3050：调质后有良好的综合机械性能。用作轴、连杆、丝杠、键。5585：热处理后有良好的弹性。用作弹簧、轧辊、钢丝绳。,优质碳素结构钢：,*45-Wc=0.45%,*较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn-Wc=45%00;WMn=0.7%1.0%,优质碳素结构钢 08,10,1575,80,85,3.碳素工具钢,都是高碳钢（0.7%1.35%）。都是优质钢。牌号：“T+数字+字母”。T7，T7A用途：各种刀具、刃具、量具。T7,T8：中等硬度，高韧性工具。冲头、凿子、锻造工具、錾子、锤子。T9T11：高硬度、中等韧性工具。钻头、车刀、丝锥、钢锯条、小冲模。T12T13：高硬度、耐磨性而韧性要求不高的工具。精车刀、量具、锉刀、刮刀。,碳素工具钢：,T 12 A,碳素工具钢：T7，T7AT13,T13A,碳素工具钢,铸造碳钢：,ZG 200-400,1.8 铸铁,1.8.1 铸铁的分类及特性,1.8.2 石墨化概念及其影响因素,1.8.3 常用灰口铸铁,各自的生产工艺,各自的性能特点,牌号及主要用途,1.8.1 概述,铸铁是碳含量大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属材料之一。它可用于制造各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。,1.8.1 铸铁的分类及特点,按照碳的存在形式（总的分类），铸铁可分为：白口铸铁；碳全部以渗碳体形式存在的（组织中有Ld），很少使用灰口铸铁；碳大部分以石墨（G）形式存在的（组织中无Ld），大量使用麻口铸铁；碳部分以渗碳体、部分以石墨存在的（组织中有Ld），废品,灰口铸铁按照石墨的形态,可分为:灰铸铁石墨呈片状灰口铸铁；可锻铸铁石墨呈团絮状的灰口铸铁；球黑铸铁石墨呈球状的灰口铸铁；蠕黑铸铁石墨呈蠕虫状的灰口铸铁。,F或F+P或P,所以：灰口铸铁可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨！,由于灰口铸铁可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨，所以灰口铸铁的性能特点要从石墨性质及其存在去分析：G：密度：2.27g/cm3，硬度：35HBS，强度：20MPa，塑性0，韧性0,二、灰口铸铁的性能特点,晶体形态：,二、灰口铸铁的性能特点,优良的铸造性能 收缩小 G有补缩作用；流动性好成分接近共晶点优良的切削加工性 不缠刀G易断屑：刀具磨损小G是一种固态润滑剂良好的减摩性 G是一种固态润滑剂；G处可储存液态润滑剂良好的减震性 G吸收震动波较低的缺口敏感性 G本身是一种缺陷；G有一定的止裂作用 较低力学性能，但抗压性能不低于钢 G有切割作用；G有缩减作用 锻压性能和焊接性能很差 塑性、韧性低；含碳量太高,1.8.2 铸铁的石墨化,1.石墨化的概念 定义：铸铁中碳原子以石墨形态析出的过程称为石墨化。石墨析出途径：LG；AG；Fe3C3Fe+G2.影响石墨化的因素,铁碳合金中，渗碳体并不是一种稳定的相，而石墨是一种稳定的相。在铁碳合金结晶的过程中，因为渗碳体的含碳量较石墨的含碳量更接近合金成分的含碳量，故易形成渗碳体晶核。但在极其缓慢冷却条件下，或在合金中含有促进石墨化的元素时，在铁碳合金的结晶过程中，便会直接自液体或奥氏体中析出石墨相。因此，对铁碳合金的结晶过程来说，实际存在两种相图，即亚稳定状态的Fe-Fe3C相图和稳定的Fe-G相图,铁碳合金按照Fe-G相图进行结晶，则铸铁的石墨化过程可分为如下三个阶段：第一阶段：即在1153时通过共晶反应而形成石墨；第二阶段：自奥氏体中不断析出二次石墨；第三阶段：通过共析反应而形成石墨。一般，铸铁在高温冷却过程中，由于具有较高的原子扩散能力，故其第一和第二阶段的石墨化是较容易进行的，而在较低温度下的第三阶段的石墨化，则常因铸铁的成分及冷却速度等条件的不同，石墨化被部分或全部抑制，从而得到三种不同的组织，即：F+G，F+P+G，P+G,影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。,影响石墨化的因素,（1）内因-化学成分,C形成石墨化的元素。Si强烈促进石墨化的元素 硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，从而促进了石墨化；在铸铁中，1%Si对石墨化的作用相当于1/3%C，所以有：碳当量CE=C%+1/3Si%在灰口铸铁中含有大量的硅，这就是铸铁以灰口 组织出现的根本原因！Mn具有双重作用：本身是阻碍石墨化的元素，但它 可以减弱S的有害性S严重阻碍石墨化的元素；P促进石墨化的元素，但含量很低，所以影响不大。,（2）外因-冷却速度,铸铁的冷却速度越小，或在高温下长 时间保温，均有利于石墨化。在生产过程中：铸件壁厚 铸型导热性,冷却速度,G%,影响石墨化的综合因素,铸件壁厚/mm,碳硅当量,10,20,30,40,50,60,70,4.0,6.0,5.0,7.0,F+G,P+G,P+F+G,Ld,Ld+G,1.8.3 常用灰口铸铁,本节内容学习方法：通过横向比较和归纳来掌握各种灰口铸铁的性能、工艺、牌号和应用。,一、灰铸铁1.组织：钢基体+片状石墨2.工艺：直接浇注（或经孕育处理）3.成分：C：3.0%3.8%Si：1.5%3.0%4.性能特点：铸造性能最好 力学性能最差（有效承载面 积只有30-50%），5.热处理：由于这种铸铁中G的破坏作用很大，一般不进行以提高强度为目的的热处理，主要进行消除内应力退火，有时进行表 面淬火,6.孕育处理铸铁石墨细晶强化 为了细化灰铸铁的组织，提高铸铁的机械 性能，并使其均匀一致。通常在浇注前往铁 水中加和少量强烈促进石墨化的物质，即孕育 剂）进行处理，这一处理过程称为孕育处理。经过孕育处理的灰铸铁称孕育铸铁7.牌号及应用,灰铸铁的应用,二、球墨铸铁1.组织：钢基体+球状石墨2.工艺：球化处理3.成分：3.6%3.9%C，2.2%3.1%Si4.性能特点：力学性能最好（有效承载面积可达70-90%），铸造性能较差5.热处理：与钢相同，可进行各种热处理。退火、正火、调质、等温淬火等6.牌号及应用,三、可锻铸铁1.组织：钢基体+团絮状石墨2.工艺：先浇注成白口铸铁件，再进行石墨化 退火3.成分：2.42.8%C，1.41.8%Si 4.性能特点：力学性能好，铸造性能差5.热处理：一般不热处理6.牌号及应用,920-980,720,650,Fe3C A+G团,P F+G团,P+G团,F+G团,t,四、蠕墨铸铁 1.组织：钢基体+蠕虫状石墨2.工艺：蠕化处理3.成分：碳=3.0%4.0%硅=2.0%3.0%4.性能特点：力学性能较好（耐热性突出），铸造性能稍差5.热处理：与灰铸铁类似6.牌号及应用,