学习单元2铁碳合金及常用金属材料.ppt
学习单元2 铁碳合金及常用金属材料,第一节 铁碳合金的基本相,铁碳合金是以铁和碳为基本组元组成的合金，是钢和铸铁的统称。,铁碳合金在固态下的基本相分为固溶体与金属化合物两类。属于固溶体的基本相有铁素体和奥氏体，属于金属化合物的基本相有渗碳体。,一、铁素体(F)碳溶入-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，用“F”表示。其强度和硬度较低，塑性、韧性良好。,二、奥氏体(A)碳溶入-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体，用“A”表示。奥氏体具有良好的塑性和低的变形抗力。,三、渗碳体(Fe3 C)铁与碳组成的金属化合物称为渗碳体，用“Fe3C”表示。,1、渗碳体硬而脆，硬度很高、塑性几乎为零，是铁碳合金的重要强化相；,2、渗碳体属于一种亚稳定化合物。在一定条件下会全部或部分地分解为铁和石墨(称石墨化)，,第二节 Fe Fe3C相图,FeFe3C 相图是表示在缓慢冷却(加热)条件下(即平衡状态)不同成分的钢和铸铁在不同温度下所具有的组织或状态的一种图形，如下图所示。,D,F,K,C,E,A,G,S,P,Q,Fe,L+Fe3C,A,F,F+A,L,L+A,Fe3C,温度/,A+Fe3C+Ld,P+Fe3C+Ld,简化的铁碳相图,(三)FeFe3C相图中铁碳合金的分类,根据铁碳合金的碳的质量分数及组织的不同，即相图中P点和E点，可将铁碳合金分为三大类：工业纯铁、碳钢和白口铸铁。,1、工业纯铁 成分为P点左面(c 0.0218)的铁碳合金，其室温组织为铁素体。,2、碳钢 成分为相图中的P点与E点之间(wc=0.02182.11)的铁碳合金。根据相图中S点，碳钢又可分为以下三类：,(1)共析钢。成分为S点(wc=0.77)的合金，室温组织为珠光体。,(2)亚共析钢。成分为S点左面(wc=0.02180.77)的合金，室温组织为珠光体+铁素体。,(3)过共析钢。成分为S点右面(wc=0.772.11)的合金，室温组织为珠光体+二次渗碳体。,3、白口铁 成分为E点右面(c=2.116.69)的铁碳合金，其特点是液态结晶时都发生共晶转变，因而与钢相比有较好的铸造性能。但高温组织中性能硬脆的渗碳体量很多，故不能进行压力加工。根据相图上的C点（共晶点），白口铸铁又可分为以下三类：,(1)共晶白口铸铁。成分为C点(c=4.3)的合金，室温组织为低温莱氏体。,(2)亚共晶白口铸铁。成分为C点左面(c=2.114.3)的合金，室温组织为低温莱氏体+珠光体+二次渗碳体。,(3)过共晶白口铸铁。成分为C点右面(c=4.36.69)的合金，室温组织为低温莱氏体+一次渗碳体。,第三节 碳 素 钢,碳素钢(简称碳钢)是c 2.11而且以碳为主要合金元素的铁碳合金。除Fe和C以外，还有其它元素：锰、硅、硫、磷等。,二、碳钢的分类,(一)按钢中碳的质量分数分类,(1)低碳钢。c 0.25。(2)中碳钢。0.25 c 0.60。(3)高碳钢。c 0.6。,(二)按钢的冶金质量分类,根据钢中有害杂质硫、磷含量多少可分为：(1)普通质量钢。s0.050，p0.045。(2)优质钢。s 0.030，p0.035。(3)高级优质钢。s0.020，p0.030。(4)特级质量钢。s 0.015，p0.025。,(三)按用途分类,(1)碳素结构钢。主要用于制造各种工程构件(桥梁、建筑构件等)和机器零件(齿轮、轴等)。这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。(2)碳素工具钢。主要用于制造各种刃具、量具、模具等。这类钢一般属于高碳钢。,三、碳钢的牌号与应用,(一)碳素结构钢 碳的质量分数一般在0.06 0.38范围内，钢中有害杂质相对较多，但价格便宜，大多用于要求不高的机械零件和一般工程构件。,其牌号（表示方法）由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值、质量等级符号(A、B、C、D)和脱氧方法符号(F、b、Z、TZ)组成。,例如：Q235一AF表示碳素结构钢中屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。,(二)优质碳素结构钢,这类钢因有害杂质较少，其强度、塑性、韧性均比碳素结构钢好。主要用于制造较重要的机械零件。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，数字表示钢中平均碳质量分数，以万分之几来表示。如45等，表示其平均碳的质量分数为 0.45。,(三)碳素工具钢,碳素工具钢因含碳量比较高(c=0.651.35)，硫、磷杂质含量较少，经淬火、低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。主要用于制造各种低速切削刀具、量具和模具。,碳素工具钢的牌号由代号“T”(“碳”字汉语拼音首字母)后加数字组成。,数字表示钢中平均碳质量分数，以千分之几表示。如T8钢，表示平均碳的质量分数为0.8的碳素工具钢。若是高级优质碳素工具钢，则在牌号末尾加字母“A”，如T12A，表示平均碳的质量分数为1.2的高级优质碳素工具钢。,(四)铸造碳钢（铸钢）,铸造碳钢的牌号是用铸钢两字的汉语拼音的首字母“ZG后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度值，第二组数字代表抗拉强度值。例如ZG270500表示屈服强度为270MPa、抗拉强度为500MPa的铸造碳钢。,(五）合 金 钢,合金钢为了改善钢的组织和性能，在碳钢的基础上，有目的地加入一些元素而制成的钢。加入的元素称为合金元素。与碳钢相比，合金钢的性能显著提高，应用日益广泛，但价格高于碳钢。,一、合金钢的分类(一)按用途分类 1、合金结构钢用于制造各种机械零件和工程结构的钢。2、合金工具钢用于制造各种工具的钢。3、特殊性能钢具有某种特殊物理或化学性能的钢。主要包括不锈钢等。,2.按合金元素含量多少分类低合金钢(合金元素总量低于5%)中合金钢(合金元素总量低于510%)高合金钢(合金元素总量高于10%),二、合金钢的编号(一)合金结构钢 合金钢的编号采用“数字+化学元素+数字”，第一个数字表示碳含量的万分之及几。化学元素后面的数字表示合金含量的百分数。当其平均含量1.5%时指标出元素符号，不表明含量。当含量1.5%、2.5%、3.5%等时，在元素后相应标出2、3、4等。,例如60Si2Mn钢，表示平均c=0.6，平均si 1.5，平均Mn 1.5的合金结构钢。如为高级优质钢，则在钢号后面加符号“A”。,（二)合金工具钢 合金工具钢牌号的表示方法与合金结构钢相似，区别仅在于碳含量的表示方法不同。当平均c1时，牌号前面用一位数字表示平均碳的质量分数，以千分之几表示，当平均c1，牌号中不标碳含量。如9SiCr钢，表示平均c=0.9，合金元素Si、Cr的平均质量分数都小于1.5的合金工具钢。,(三)特殊性能钢 特殊性能钢的牌号表示方法与合金工具钢的基本相同，只是当其平均含碳量 c0.03时，在牌号前冠以“00”。当c0.08时，在牌号前冠以“0”。如0Crl9Ni9钢表示平均c0.08，cr19，Ni9的不锈钢。,（六）铸铁,铸铁指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。铸铁含碳和含硅量较高(c=2.54，Si=13)，杂质元素硫、磷较多。,铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性、耐磨性及减振性，它是制造各种铸件最常用的材料。铸铁可分为：(1)白口铸铁。碳除少量溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白白铸铁。这类铸铁硬而脆，很少直接用来制造各种零件。,(2)灰铸铁。碳主要以片状石墨形态存在于铸铁中，断口呈灰色。(3)球墨铸铁。碳主要以球状石墨的形态存在于铸铁中。这类铸铁的力学性能不仅较高，它在生产中常用作受力大且重要的铸件。(4)蠕墨铸铁。碳主要以介于片状与球状之间形似蠕虫状的石墨存在于铸铁中。(5)可锻铸铁。碳主要以团絮状石墨的形态存在于铸铁中，其力学性能接近于球墨铸铁。,（七）有色金属,工业上常用的金属材料中，通常称铁及其合金(钢铁)为黑色金属，其它的非铁金属及其合金则称为有色金属。铝及铝合金（工业纯铝、铝合金）铜及铜合金（工业纯铜、铜合金）,小结：铁碳合金的基本组织及性能，铁碳相图的分析，铁碳合金及常用金属材料的分类及应用。,
