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第四章 铁 碳 合 金 铁 碳 合 金 §1 铁碳合金相图 §2 典型铁碳合金的平衡结晶过程 §3 碳钢 §1 铁碳合金相图 一、铁碳合金相图中组元的性质和相的类型 二、铁碳相图分析 1．特性点 2．特性线 三、铁碳合金相图的应用 一、铁碳合金相图中组元的性质和相的类型  1. 组元的性质 2. 铁与碳相互作用构成的基本相 1.组元的性质 ——多晶型性 纯铁的同素异构转变: 室温~912℃ 体心立方（b、c、c） 称 912℃~1394℃ 面心立方（f、c、c） 称 1394℃~熔点 体心立方（b、c、c） 称 2. 铁与碳相互作用构成的基本相 铁素体 铁素体是碳在 中形成的固溶体。 奥氏体 奥氏体是碳在 中形成的固溶体 渗碳体 渗碳体是铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物，分子式Fe3C，是铁碳相图中的另一个组元 。 典型铁碳合金的平衡结晶过程 铁碳合金分类 典型铁碳合金结晶过程分析 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响 相图的实际应用 二、铁碳相图分析 1．特性点 2．特性线 Fe-Fe3C相图 §2 典型铁碳合金结晶过程分析 一、铁碳合金按其含碳量及室温组织分类 二、典型铁碳合金结晶过程分析 三、碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响 四、相图的实际应用 一、铁碳合金按其含碳量及室温组织分类 纯铁 钢 亚共析钢 共析钢 过共析钢 白口铸铁 亚共晶白口铁 共晶白口铁 过共晶白口铁 典型铁碳合金结晶过程图 二、典型铁碳合金结晶过程分析 1.含碳0.01%的工业纯铁 2.含碳0.77%的共析钢（合金②） 3.含碳0.40%的亚共析钢（合金③） 4.含碳1.2%的过共析钢（合金④） 5.含碳4.3%的共晶白口铁(合金⑤） 6.含碳3.0%的亚共晶白口铁(合金⑥） 7.含碳5.0%的过共晶白口铁（合金⑦） 铁碳合金组织特征图 (a) 0.01%C铁素体500× 三、碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响 含碳量对平衡组织的影响 含碳量对铁碳合金机械性能的影响 含碳量对平衡组织的影响 铁碳合金随含碳量增高，其组织发生如下变化： （沿F晶界分布的基片）→共析渗碳体（分布在铁素体内的片层状）→ （沿A晶界呈网状分布）→共晶渗碳体（为莱氏体的基体）→ （分布在莱氏体上的粗大片状）。 含碳量对铁碳合金机械性能的影响 四、相图的实际应用 1．为选材提供成分依据 2．为制定热加工工艺提供依据 1．为选材提供成分依据 若零件要求塑性，韧性好，如建筑结构和容器等，应选用低碳钢（0.10~0.25%C）；若零件要求强度、塑性、韧性都较好，如轴等，应选用中碳钢（0.25~0.60%C）；若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，应选用高碳钢（0.6~1.3%C）。 白口铁具有很高的硬度和脆性，应用很少，但因其具有很高的抗磨损能力，可应用于少数需要耐磨而不受冲击的零件，如：拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等。 2.为制定热加工工艺提供依据 对铸造：确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏. 对于锻造：确定锻造温度。 对焊接：根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性。 对热处理：相图更为重要，这在下面一章中详细介绍。 §3 碳 钢 一、钢中常存杂质元素对钢的性能的影响 二、钢锭的组织与缺陷 三、碳钢的分类、编号和用途 一、钢中常存杂质元素对钢的性能的影响 1．Mn 2．Si 3．S 4．P 5．O 6．N 7．H 二、钢锭的组织与缺陷 1．镇静钢 是钢液在浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分脱氧，注入模子后，钢液不发生碳—氧反应而处于镇静状态，故称镇静钢。 2．沸腾钢 是在冶炼后期将钢液用少量锰铁轻度脱氧，钢液氧含量较高，注入锭模后发生碳—氧反应，析出大量的CO气体，引起钢液沸腾，故称为沸腾钢。 3．镇静钢与沸腾钢的优缺点及应用 各有优缺点： ①沸腾钢成本低，成材率高； ②沸腾钢表面质量好，冲压性能好，焊接性能好； ③镇静钢的钢材质量好。机械性能好。 因此，凡要求冲压性能好，含碳量较低的普通结构件都选用沸腾钢，如建筑用钢、汽车外壳用深冲钢板等。凡是重要的结构件如锅炉、化工容器用钢和机械上需经热处理的受力零件用钢都选用镇静钢。 三、碳钢的分类、编号和用途 碳钢的分类 碳钢的牌号和用途 碳钢的分类 按含碳量分类 低碳钢 中碳钢 高碳钢 按质量分类 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 按用途分类 碳素结构钢 碳素工具钢 碳钢牌号和用途 普通碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢