铁碳合金 铁碳合金的相结构与性能 一、纯铁的同素异晶转变 δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 体心 面心 体心 同素异晶转变——固态下，一种元素的晶体结构 随温度发生变化的现象。 特点： ? 是形核与长大的过程（重结晶） ? 将导致体积变化（产生内应力） ? 通过热处理改变其组织、结构→ 性能 二、铁碳合金的基本相 基本相 定义 力学性能 溶碳量  铁素体 F 碳在α-Fe中的间隙固溶体 强度,硬度低，塑性,韧性好 最大0.0218%  奥氏体 A 碳在γ-Fe中的间隙固溶体 硬度低，塑性好 最大2.11%  渗碳体 Fe3C Fe与C的金属化合物 硬而脆800HBW,δ↑=αk=0 9.69%   铁碳合金相图 一、相图分析 两组元：Fe、 Fe3C 上半部分图形（二元共晶相图） 共晶转变： 1148℃ 727℃ L4.3 → A2.11+ Fe3C → P + Fe3C莱氏体Ld Ld′ 2、下半部分图形（共析相图） 两个基本相：F、Fe3C 共析转变： 727℃ A0.77 → F0.0218 + Fe3C 珠光体P 二、典型合金结晶过程 分类： 工业纯铁（<0.0218%C） 钢（0.0218-2.11%C）——亚共析钢、共析钢（0.77%C）、过共析钢 白口铸铁（2.11-6.69%C）——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L → L+A → A → P(F+Fe3C) L → L+A → A → A+F → P+F L → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→ P+ Fe3CⅡ 共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) → Ld(A+Fe3C+ Fe3CⅡ) → Ld′(P+Fe3C+ Fe3CⅡ)  亚共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + A → Ld+A+ Fe3CⅡ → Ld′+P+ Fe3CⅡ  过共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C  三、铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系 1、含碳量对铁碳合金平衡组织的影响 2、含碳量对铁碳合金力学性能的影响 四、铁碳合金相图的应用 1、选材方面的应用 2、在铸造、锻造和焊接方面的应用 3、在热处理方面的应用 碳钢（非合金钢） 碳钢是指ωc≤2.11%，并含有少量锰、硅、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。铁碳合金具有良好的力学性能和工艺性能，且价格低廉，故广泛应用。 一、杂质元素对碳钢性能的影响 锰 Mn + FeO → MnO + Fe （脱氧） Mn+ S → MnS 炉渣 （去硫） Mn溶入铁素体 → 固溶强化 Mn溶入Fe3C → 形成合金渗碳体（Fe, Mn）3C Mn <0.8%，对性能影响不大 2、硅 Si + FeO → SiO2 + Fe （脱氧） Si溶入铁素体 → 固溶强化 Si<0.4%，对性能影响不大 3、硫 钢中S+Fe → FeS。FeS与Fe形成低熔点的共晶体（985℃）分布在晶界上，当钢在热加工（1000~1200℃）时，共晶体熔化，导致开裂——热脆 消除热脆：Mn+ S → MnS（熔点高1620℃并有一定塑性） 硫是一种有害元素 4、磷 钢中磷全部溶于铁素体，产生强烈固溶强化，低温时更加严重——冷脆 磷是一种有害元素 杂质元素 来源 作用  Si 炼钢时残留 溶入F→ 固溶强化——有益  Mn 炼钢时残留 溶入F→ 固溶强化——有益  S 矿石中 热脆性——有害  P 矿石中 冷脆性——有害   二、碳钢的分类 按含碳量分：低碳钢、中碳钢、高碳钢（0.25%和0.6%） 按质量分类：普通碳钢、优质碳钢、特殊碳钢（S、P含量） 按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢 三、碳钢的牌号、性能和应用 1、碳素结构钢 GB700-88 Q195, Q215, Q235, Q255, Q275(五大类，20个钢种) GB700-79 A1, A2, A3, A4, A5 Q235-AF表示：σs≥235Mpa，质量等级为A，沸腾钢。 应用： Q195, Q215——塑性高，用于冲压件、铆钉、型钢等； Q235——强度较高，用于轴、拉杆、连杆等； Q255, Q275——强度更高，用于轧辊、主轴、吊钩等。 2、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢：优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E） 牌号：08F ——冲压件； 45——齿轮、连杆、轴类； 65 Mn——弹簧、弹簧垫圈、轧辊等。 3、碳素工具钢 牌号：T8、T8A——木工工具； T10、T10A——手锯锯条、钻头、丝锥、冷冲模； T12、T12A——锉刀、绞刀、量具。 4、铸钢 表示方法：用力学性能表示ZG200-400（σs≥200Mpa，σb≥400Mpa） 用化学成分表示ZG30（0.3%C） 用于制作形状复杂且强度和韧性要求较高的零件，如轧钢机架、缸体、制动轮、曲轴等。