第四章 铁碳合金
第一节 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 铁素体 F 奥氏体 A 渗碳体 Fe3C
定义 碳在α-Fe中的间隙固溶体 碳在γ-Fe中的间隙固溶体 Fe与C的金属化合物 力学性能 强度,硬度低，塑性,韧性好 硬度低，塑性好 硬而脆800HBW,δ↑=αk=0 溶碳量 最大0.0218% 最大2.11% 9.69% 第二节 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：
三条重要的特性曲线
① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线.
② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线.
③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727oC时达到最大值0.0218%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300oC以下溶碳量小于0.001%.因此当铁素体从727oC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ.
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
4、 共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) → Ld(A+Fe3C+ Fe3CⅡ) → Ld′(P+Fe3C+ Fe3CⅡ)
5、 亚共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + A → Ld+A+ Fe3CⅡ → Ld′+P+ Fe3CⅡ
6、 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
第三节 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
1、 锰
Mn + FeO → MnO + Fe （脱氧）
Mn+ S → MnS （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
炉渣加工（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 Si Mn S P 来源 炼钢时残留 炼钢时残留 矿石中 矿石中 作用 溶入F→ 固溶强化——有益 溶入F→ 固溶强化——有益 热脆性——有害 冷脆性——有害 二、碳钢的分类
按含碳量分：低碳钢(0.0218～0.25)、中碳钢（0.25～0.6）、高碳钢（0.6～2.06%） 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。
. 状态图中的特性点
Fe- Fe3C相图中各点的温度、浓度及其含义
Fe-Fe3C 相图中各特性点的符号及意义 特性点 A B C D E F G H J K N P S Q
温度(oC) 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727 727 600 含碳量(%) 0 0.53 4.30 6.69 2.11 6.69 0 0.09 0.17 6.69 0 0.0218 0.77 0.008 特性点的含义 纯铁的熔点 包晶转变的液相成分 共晶点 渗碳体熔点 碳在奥氏体中最大溶解度 共晶渗碳体成分点 α-Fe← →γ-Fe同素异构转变点(A3) 碳在δ-Fe中的最大溶解度 包晶成分点 共析渗碳体成分点 γ-Fe← →δ-Fe同素异够转变点(A4) 碳在铁素体中最大溶解度 共析点 碳在铁素体中溶解度
铁碳合金相图分析
