无机化学第五章铁碳合金相图.ppt

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1、工程材料机械制造基础-,第五章 铁碳合金相图,机械工程系 唐明华,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。,Fe C 二元相图,(6.69%C),Mg Si 合金相图,第二节 形成Fe-Fe3C

2、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。,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。,奥氏体组织金相图,3.渗碳体(Fe3C)-Cementite 铁与碳形成的金属化合物。,渗碳体组织金相图,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

3、应相图,共晶反应相图,共析反应相图,Fe-Fe3C 相图,Fe-Fe3C 相图,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,L+Fe3C,6.69%C,(A+Fe3C),Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,A+Fe3C,(F+Fe3C),P,P+F,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,6.69%C,Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,P,Ld,K,(P+Fe3C),P+L

4、d+Fe3C,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。,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 iro

5、n)亚共晶白口铁(hypoeutectoid white iron)过共晶白口铁(hypereutectoid white iron),1.工业纯铁(Wc 0.0218%),工业纯铁组织金相图,2.共析钢(Wc=0.77%),共析钢组织金相图,3.亚共析钢(Wc=0.45%),亚共析钢组织金相图,4.过共析钢(Wc=1.2%),过共析钢组织金相图,5.共晶白口铁(Wc=4.3%),共晶白口铁组织金相图,6.亚共晶白口铁(Wc=3.0%),亚共晶白口铁组织金相图,7.过共晶白口铁(Wc=5.0%),过共晶白口铁组织金相图,组织组成物:,F;Fe3C,F;P,相组成物:,P=1 WF=57%,Fe

6、3C=1-WF=6%,0.02,0.45,0.77,6.69,第四节 碳的质量分数对铁碳 合金组织、性能的影响,碳的质量分数对平衡组织的影响。碳的质量分数对力学性能的影响。碳的质量分数对工艺性能的影响。,一.碳的质量分数对平衡组织的影响,二.碳的质 量分数对 力学性能 的影响,三.碳的质量分数对 工艺性能的影响,对铸造性能的影响。对锻造性能的影响。对焊接性能的影响。对切削加工性能的影响。,第五节 Fe-Fe3C 相图的应用,一.选择材料方面的应用,1.分析零件的工作条件,根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。,2.根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律,确定选定材料

7、的工作范 围。,二.制定热加工工艺方面的应用,第六节 铁碳合金的生产及分类,钢铁的冶炼。钢锭的组织、质量及缺陷。碳素钢的分类、编号及用途。,一.钢铁的冶炼,高炉炼铁,铸铁锭,生产铸铁件,炼钢生铁,转炉平炉电炉,生产钢件,转炉炼钢,平炉炼钢,电弧炉炼钢,1.炼铁的冶金反应特点:,还原反应,2.炼钢的冶金反应特点:,氧化反应,二.钢锭的组织、质量及缺陷,一)杂质元素对钢的质量和性能的影响,Mn 脱氧、去硫,提高钢的强度 和硬度。,Si 有很强的固溶强化作用,能脱 氧。,1.有益元素,2.有害元素:,P 有很强的固溶强化作用,低温 韧性差(冷脆)。,S 能引起钢在热加工时或高温工 作下开裂(热裂)。

8、,3.气体元素:,N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时 效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效 倾向。O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。H：原子态的过饱和氢时将降低韧性,引起氢 脆。当氢在缺陷处以 分子态析出时，会产 生很高内压，形成微 裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。,二)钢锭的组织及其宏观缺陷,1.镇静钢(killed steel),钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧,Wo=0.01%左右,成分较均匀、组织较致密。主要用于机械性能要求较高的零件。,2.沸腾钢(boiling steel),钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧,Wo=0.03%0.07%,成分偏析较严重、组织不致密。

9、机械性能不均匀,冲击韧性差,常用于要求不高的零件。,3.半镇静钢(balanced steel),半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进行脱氧。其质量也介于二者之间,可代替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。,三.碳素钢的分类、编号及用途,碳素钢的分类碳素钢的编号及用途,一)碳素钢的分类,1.按碳的质量分数分类:*低碳钢:Wc 0.25%*中碳钢:0.25%Wc 0.6%*高碳钢: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

10、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。,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,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%,3.碳素工具钢,T 12 A,4.铸造碳钢,ZG 200-400,本章的作业,P 65 3.4.5.P 66 8.9.10,欢迎进入第六章学习内容,