《金属材料与热处理》单元3　铁碳合金和碳钢 教学课件.pptxVIP

单元三铁碳合金和碳钢;铁碳合金相图;铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具，了解与掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和使用、各种热加工工艺的开发以及工艺废品原因的分析都有很重要的指导意义。

Fe-Fe3C（渗碳体）相图是一个典型的二元合金相图。在Fe-Fe3C相图中包含了二元典型的包晶、共晶、共析反应，同时还有一个稳定化合物，掌握铁碳合金相图的分析方法，对我们学习二元合金相图具有重要的帮助。

在钢铁材料中，应用最广泛的是碳钢。这是因为碳钢冶炼简便，价格低廉，在一般情况下能满足使用要求。因此，本单元重点介绍了工业用碳钢的分类、编号和性能。;;;;2.铁与碳相互作用构成的基本相

Fe-Fe3C是组成Fe-Fe3C相图的两个基本组元。在Fe-Fe3C二元合金系中，由于铁和碳之间相互作用不同，铁和碳既可形成固溶体，也可形成金属化合物。铁素体、奥氏体和渗碳体是铁-碳合金的三个基本相。

（1）铁素体。铁素体是碳在α-Fe中形成的固溶体，常用“F（或α）”表示，是间隙固溶体，α-Fe为溶剂，保持体心立方晶格。由于α-Fe的晶格间隙比碳原子的半径小得多，因此，溶碳能力极差。在727℃时溶碳量最大，仅为0.02%，室温时溶碳量为0.0008%。而且，碳原子一般存在于晶格缺陷处。在显微镜下观察，铁素体如图3-2所示。;（2）奥氏体。奥氏体是碳在γ-Fe中形成的固溶体，常用“A”表示，奥氏体也是间隙固溶体，因其晶格间隙尺寸较大，故碳在γ-Fe中的溶解度较大，在727℃时，溶碳量为0.77%，随着温度的升高溶碳量逐渐增大。在1148℃时溶碳量最大，为2.11%。奥氏

体在显微镜下的形态如图3-3所示。;;2.Fe-Fe3C相图中的特性线

ABCD线：液相线，ABCD线以上区域，铁碳合金处于液态。碳的质量分数Wc≤4.

3%的铁碳合金在AC线开始结晶出奥氏体（A）；碳的质量分数Wc＞4.3%的铁碳合金在

CD线开始结晶出渗碳体，称为一次渗碳，常用Fe3CI表示。

AHJECF：固相线，固相线以下区域，铁碳合金呈固态。

整个相图主要是由包晶、共晶和共析三个恒温转变组成的。

HJB线。包晶转变线，在这条线上发生包晶转变LB?δH?γJ，产物为奥氏体;;;

工业纯铁的结晶过程及其组织转变

以含碳量为0.01%的工业纯铁为例，其结晶过程如下：

1点以上：L。

1～2点：发生匀晶转变结晶出δ固溶体，即L→δ。

2～3点：δ。

3～4点：发生δ固溶体的同素异构转变，即δ→A。

4～5点：A。

5～6点：发生同素异构转变，即A→F。

6～7点：F。

7点以下：碳在铁素体中的溶解量达到饱和，将从铁素体中析出三次渗碳体，即

F→Fe3CIII。

工业纯铁的结晶过程如图3-6所示，其室温组织（F+Fe3CIII）如图3-7所示。

。;;;;;;;2.优质碳素结构钢

优质碳素结构钢的牌号以两位数字表示含碳量的万分数，钢中含锰较高（WMn=0.8%～1.2%）时，则在数字后面加Mn。优质碳素合金结构钢的含硫、磷量均限制严格，在0.04%以下。非金属夹杂物也很少。出厂时，既保证化学成分，又保证力学性能。因此，塑性和韧性都比碳素结构钢要好，主要用作机械零件及弹簧等。当然，含碳量不同，不同钢的用途也不尽相同。为了满足机械零件能够承受动载荷的要求，优质碳素结构钢都要经过热处理，以提高其机械性能。

3.碳素工具钢

碳素工具钢的牌号一般用符号“T”加上碳的质量分数的千倍表示。其中符号“T”是碳字的汉语拼音首字母。一般优质碳素工具钢不加质量等级符号，而高级优质碳素工具钢则在其数字后面再加上“A”字母。碳素工具钢经过热处理（淬火+低温回火）后具有更高的硬度和耐磨性，因此，常用于制造各种量具、刃具、模具等。

;;硫的影响

硫是炼钢时由原材料矿石和燃料带入的，固态下，硫在铁中的溶解度极低，主要以化合物FeS形式存在。FeS的塑性极差，使含硫量高的钢的脆性增大。FeS会与Fe形成共晶，并分布于奥氏体的晶界上，当钢材在1000℃～1200℃压力加工时，由于FeS-Fe共晶（熔点只有989℃）已经熔化，并使晶粒脱开，钢材将变得极脆，这种脆性现象称为热脆。因此，钢中含硫量必须严格控制，普通钢含S量应≤0.055%，优质钢含硫量应≤0.040%，高级优质钢含硫量应≤0.030%。;3.磷的影响

磷是炼钢时由原材料矿石和燃料带入的，磷在铁中具有较大的溶解度，而磷具有很强的固溶强化作用，它使钢的强度、硬度显著提高