1、電廠金屬材料第二章 鐵碳相圖及其合金電廠金屬材料第一節(jié) 鐵碳合金的相結(jié)構(gòu) 純鐵從液態(tài)結(jié)晶后得到體心立方晶格的純鐵從液態(tài)結(jié)晶后得到體心立方晶格的-Fe,-Fe,隨后又有兩次同隨后又有兩次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，即面心立方格的素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，即面心立方格的-Fe-Fe和體心立方格的和體心立方格的-Fe -Fe 。 碳溶入碳溶入-Fe-Fe和和-Fe-Fe鐵中所形成的固溶體為鐵素體和奧氏體。鐵中所形成的固溶體為鐵素體和奧氏體。當(dāng)含量超過(guò)鐵素體和奧氏體的溶解度時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)金屬化合物當(dāng)含量超過(guò)鐵素體和奧氏體的溶解度時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)金屬化合物相相FeFe3 3C C，稱(chēng)做滲碳體。，稱(chēng)做滲碳體。 碳原子溶入碳原子溶入-fe

2、-fe 中所形成的固溶體稱(chēng)做中所形成的固溶體稱(chēng)做高溫鐵素體高溫鐵素體。它在。它在14001400以上的高溫出現(xiàn)，對(duì)工程上應(yīng)用的鐵碳合金的組織和性以上的高溫出現(xiàn)，對(duì)工程上應(yīng)用的鐵碳合金的組織和性能沒(méi)有什么影響，故不作為鐵碳合金的基本相。固態(tài)鐵碳合金能沒(méi)有什么影響，故不作為鐵碳合金的基本相。固態(tài)鐵碳合金的基本組成相是鐵素體，奧氏體和滲碳體。的基本組成相是鐵素體，奧氏體和滲碳體。電廠金屬材料一、鐵素體碳原子溶入碳原子溶入-Fe-Fe中形成的間隙固溶體，稱(chēng)做鐵素體。中形成的間隙固溶體，稱(chēng)做鐵素體。由于體心立方格的由于體心立方格的-Fe-Fe的晶體格間隙半徑只有的晶體格間隙半徑只有0.036nm0.03

3、6nm，而碳原子半徑為，而碳原子半徑為0.077nm0.077nm，所以鐵素，所以鐵素體對(duì)碳的溶解度很小。在體對(duì)碳的溶解度很小。在727727時(shí)最大固溶度為時(shí)最大固溶度為0.02%,0.02%,而在室溫時(shí)固溶度幾而在室溫時(shí)固溶度幾乎降為零。鐵素體的力學(xué)性能與純鐵相近，其數(shù)值如下：乎降為零。鐵素體的力學(xué)性能與純鐵相近，其數(shù)值如下： 抗拉強(qiáng)度Rm 250Mpa，屈服強(qiáng)度RE 140Mpa斷后延伸率A11.3 40%-50%沖擊韌性K 200 J/cm2布氏硬度HBS 80由此可見(jiàn)，鐵素體有優(yōu)良的由此可見(jiàn)，鐵素體有優(yōu)良的塑性和韌性，但強(qiáng)度，硬度塑性和韌性，但強(qiáng)度，硬度較低，在鐵碳合金中是軟韌較低，在

4、鐵碳合金中是軟韌相。鐵素體是相。鐵素體是912912以下的平以下的平衡相，也稱(chēng)做常溫相，在鐵衡相，也稱(chēng)做常溫相，在鐵碳相圖中用符號(hào)碳相圖中用符號(hào)F F表示。表示。電廠金屬材料二、奧氏體 碳原子溶入碳原子溶入-Fe-Fe中形成的間隙固溶體，稱(chēng)做奧氏體中形成的間隙固溶體，稱(chēng)做奧氏體。具有。具有面心立方格的面心立方格的-Fe-Fe的間隙半徑為的間隙半徑為0.052nm0.052nm，比，比-Fe-Fe的間隙的間隙稍大，在稍大，在11481148時(shí)碳原子在其中的最大固溶度為時(shí)碳原子在其中的最大固溶度為2.11%2.11%。隨。隨著溫度的降低，碳在著溫度的降低，碳在-Fe-Fe中的固溶度下降，在中的固溶

5、度下降，在727727時(shí)是時(shí)是0.77%0.77%。 奧氏體是奧氏體是727727以上的平衡相，也稱(chēng)高溫相以上的平衡相，也稱(chēng)高溫相。在高溫下，面。在高溫下，面心立方格晶體的奧氏體具有極好是塑性，所以碳鋼具有良心立方格晶體的奧氏體具有極好是塑性，所以碳鋼具有良好的軋、鍛等熱加工工藝性能。在鐵碳相圖中，奧氏體通好的軋、鍛等熱加工工藝性能。在鐵碳相圖中，奧氏體通常用符號(hào)常用符號(hào)A A表示。表示。電廠金屬材料三、滲碳體滲碳體是鐵與碳原子結(jié)合形成的滲碳體是鐵與碳原子結(jié)合形成的具有金屬性質(zhì)的復(fù)雜間隙化合物。具有金屬性質(zhì)的復(fù)雜間隙化合物。它的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于復(fù)雜八它的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于復(fù)雜八面體結(jié)構(gòu)，分子

6、式為面體結(jié)構(gòu)，分子式為FeFe3 3C C，含碳量，含碳量6.69%6.69%。滲碳體的硬度很高，滲碳體的硬度很高，HV800HV800，但極，但極脆，塑性和韌性幾乎是零，強(qiáng)度脆，塑性和韌性幾乎是零，強(qiáng)度Rm=30MpaRm=30Mpa左右。在鐵碳合金中，左右。在鐵碳合金中，它是硬脆相，是碳鋼的主要強(qiáng)化它是硬脆相，是碳鋼的主要強(qiáng)化相。滲碳體在碳鋼中的含量和形相。滲碳體在碳鋼中的含量和形態(tài)對(duì)鋼的性能有很大影響。它在態(tài)對(duì)鋼的性能有很大影響。它在鐵碳合金中可以呈片狀、粒狀、鐵碳合金中可以呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀和板狀形態(tài)存在。網(wǎng)狀和板狀形態(tài)存在。在高溫時(shí)，鋼和鑄鐵中的滲碳體在高溫時(shí)，鋼和鑄鐵中的滲碳體在一

7、定時(shí)間會(huì)發(fā)生下面的分解反在一定時(shí)間會(huì)發(fā)生下面的分解反應(yīng)，析出石墨態(tài)的碳。應(yīng)，析出石墨態(tài)的碳。Fe3C 3Fe+C（石墨）電廠金屬材料一、相圖圖形介紹 在鐵碳合金系中，含碳量高于在鐵碳合金系中，含碳量高于6.69%6.69%的鐵碳合金性能極脆，沒(méi)的鐵碳合金性能極脆，沒(méi)有使用價(jià)值。因此只研究有使用價(jià)值。因此只研究FeFeFeFe3 3C C，即含碳量小于，即含碳量小于6.69%6.69%這一這一部分，通常稱(chēng)為部分，通常稱(chēng)為FeFeFeFe3 3C C相圖，也稱(chēng)相圖，也稱(chēng)鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖。 在在FeFe3CFeFe3C相圖中，較穩(wěn)定的化合物相圖中，較穩(wěn)定的化合物FeFe3 3C C與與FeF

8、e是組成二元合是組成二元合金的兩個(gè)組元。金的兩個(gè)組元。相圖有三個(gè)部分組成，左上角為包晶相圖。相圖有三個(gè)部分組成，左上角為包晶相圖。包晶相圖與共晶相圖都是具有三相平衡反應(yīng)的基本相圖，但包晶相圖與共晶相圖都是具有三相平衡反應(yīng)的基本相圖，但它是在它是在14001400以上發(fā)生的反應(yīng)，在研究和應(yīng)用中對(duì)鐵碳合金以上發(fā)生的反應(yīng)，在研究和應(yīng)用中對(duì)鐵碳合金的組織和性能都沒(méi)有什么影響，故不予研究。的組織和性能都沒(méi)有什么影響，故不予研究。FeFeFeFe3 3C C相圖相圖可簡(jiǎn)化為圖可簡(jiǎn)化為圖2-22-2的形式。的形式。第二節(jié) 鐵 碳 合 金 相 圖電廠金屬材料L4.3 A2.11 +Fe3C恒溫1148恒溫72

9、7相圖的右上部為共晶相圖相圖的右上部為共晶相圖，在，在1148時(shí)，含碳量時(shí)，含碳量4.3%的合金發(fā)生共晶反應(yīng)：的合金發(fā)生共晶反應(yīng)：A0.77 F0.02+Fe3C反應(yīng)生成鐵素體與滲碳體組成的機(jī)械混合物共析體，稱(chēng)作珠光體，以符號(hào)反應(yīng)生成鐵素體與滲碳體組成的機(jī)械混合物共析體，稱(chēng)作珠光體，以符號(hào)P表示。表示。以上反應(yīng)生成奧氏體與滲碳體組成的機(jī)械混合物共晶體，稱(chēng)為萊氏體，以符號(hào)以上反應(yīng)生成奧氏體與滲碳體組成的機(jī)械混合物共晶體，稱(chēng)為萊氏體，以符號(hào)Ld表示。表示。相圖的下部為共析相圖。相圖的下部為共析相圖。共析相圖與共晶相圖相似，所不同的是共晶相圖是從共析相圖與共晶相圖相似，所不同的是共晶相圖是從液相中同

10、時(shí)析出兩個(gè)固相，產(chǎn)物稱(chēng)作共晶體；而共析相圖則是從一個(gè)固相中同時(shí)液相中同時(shí)析出兩個(gè)固相，產(chǎn)物稱(chēng)作共晶體；而共析相圖則是從一個(gè)固相中同時(shí)析出兩個(gè)新的固相，產(chǎn)物稱(chēng)作共析體。在鐵碳合金中，含碳析出兩個(gè)新的固相，產(chǎn)物稱(chēng)作共析體。在鐵碳合金中，含碳0.77%的奧氏體在的奧氏體在727時(shí)發(fā)生共析反應(yīng)：時(shí)發(fā)生共析反應(yīng)：電廠金屬材料珠光體也是鐵碳合金中室溫時(shí)的一個(gè)平衡組織，其力學(xué)性能數(shù)據(jù)如下：珠光體也是鐵碳合金中室溫時(shí)的一個(gè)平衡組織，其力學(xué)性能數(shù)據(jù)如下：布氏硬度 HBS 180斷后延伸率 A11.3 20%25%沖擊韌性 aK 3040J/cm強(qiáng)度極限Rm 750Mpa二、相圖中點(diǎn)、線和相區(qū)的意義鐵碳合金相圖中

11、主要點(diǎn)的溫度、含碳量及涵意見(jiàn)表鐵碳合金相圖中主要點(diǎn)的溫度、含碳量及涵意見(jiàn)表2-1所示。所示。特性點(diǎn)溫度（）含碳量（）特性點(diǎn)含義 A15380純鐵的熔點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)D12276.69滲碳體的熔點(diǎn)B11482.11碳在奧氏體中的最大溶解度G9120-Fe -Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)S7270.77共析點(diǎn)電廠金屬材料電廠金屬材料鐵碳合金下圖中各主要線的意義是：鐵碳合金下圖中各主要線的意義是：AECF為固相線。為固相線。若溫度低于若溫度低于AECF線時(shí)，鐵碳合金凝固為固體。線時(shí)，鐵碳合金凝固為固體。ECF為共晶線。為共晶線。若含碳量在若含碳量在ECF線投影范圍（線投影范圍（2.11%6.69%）

12、內(nèi)，鐵碳合金在）內(nèi)，鐵碳合金在1148時(shí)必然發(fā)生共晶反映，形成萊氏體。時(shí)必然發(fā)生共晶反映，形成萊氏體。ES為碳在奧氏體中溶解度變化線，簡(jiǎn)稱(chēng)為碳在奧氏體中溶解度變化線，簡(jiǎn)稱(chēng)Acm。從這根線可以看出，碳在秋耕氏體中從這根線可以看出，碳在秋耕氏體中的最大溶解度是在的最大溶解度是在1148時(shí)，可溶解碳時(shí)，可溶解碳2.11%，布在，布在727時(shí)，由于碳在奧氏體中的時(shí)，由于碳在奧氏體中的溶解度會(huì)降低，會(huì)從奧氏體中析出滲碳體。從固溶體奧氏體中析出的滲碳體稱(chēng)為二次溶解度會(huì)降低，會(huì)從奧氏體中析出滲碳體。從固溶體奧氏體中析出的滲碳體稱(chēng)為二次滲碳體（滲碳體（Fe3CII）,以區(qū)別從液體中直接結(jié)晶的一次滲碳體以區(qū)別從

13、液體中直接結(jié)晶的一次滲碳體(Fe3CI)。GS為奧氏體在冷卻過(guò)程中析出鐵素體起始溫度線為奧氏體在冷卻過(guò)程中析出鐵素體起始溫度線,簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)A3線線.GP為奧氏體在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的終止溫度線為奧氏體在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的終止溫度線.PSK為共析線為共析線,簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)A1線線.合金含碳量在合金含碳量在PSK線投影范圍（線投影范圍（0.02%6.69%）內(nèi)時(shí)，奧氏體在）內(nèi)時(shí)，奧氏體在727時(shí)必然發(fā)生共析反應(yīng)，形成珠光體。時(shí)必然發(fā)生共析反應(yīng)，形成珠光體。電廠金屬材料PQPQ為碳在鐵素體中溶解度變化線。為碳在鐵素體中溶解度變化線。從該線可看出，碳在鐵素體中最大溶解度是在從該線可看出，碳在鐵素體中

14、最大溶解度是在727727時(shí)，可溶解碳時(shí)，可溶解碳0.0218%0.0218%，在室溫僅能溶解碳，在室溫僅能溶解碳0.008%0.008%。故一般鐵碳合金凡是從。故一般鐵碳合金凡是從727727緩冷至室溫時(shí)，均會(huì)從鐵素體中析出滲碳體，稱(chēng)此滲碳體為三次滲碳體緩冷至室溫時(shí)，均會(huì)從鐵素體中析出滲碳體，稱(chēng)此滲碳體為三次滲碳體（FeFe3 3C CIIIIII）。）。因三次滲碳體數(shù)量極少，對(duì)力學(xué)性能影響不大，常予忽略。所謂一次因三次滲碳體數(shù)量極少，對(duì)力學(xué)性能影響不大，常予忽略。所謂一次二次，三次滲二次，三次滲碳體，僅在其來(lái)源，大小和分布上有所不同；但是其含量，晶體結(jié)構(gòu)和性能均相同。碳體，僅在其來(lái)源，大小

15、和分布上有所不同；但是其含量，晶體結(jié)構(gòu)和性能均相同。當(dāng)然，其本身細(xì)碎些，對(duì)脆性的影響就小一些。當(dāng)然，其本身細(xì)碎些，對(duì)脆性的影響就小一些。簡(jiǎn)化的鐵碳合金下圖共有一個(gè)液相和三個(gè)固相，在相圖中分別占有四個(gè)單相區(qū)，即簡(jiǎn)化的鐵碳合金下圖共有一個(gè)液相和三個(gè)固相，在相圖中分別占有四個(gè)單相區(qū)，即L，A，F(xiàn)及及Fe3C;滲碳體也可作為鐵碳相圖的一個(gè)組元，它的成分是固定不變的，因此在相圖上滲碳體也可作為鐵碳相圖的一個(gè)組元，它的成分是固定不變的，因此在相圖上它的相區(qū)僅是一條豎直線。它的相區(qū)僅是一條豎直線。相圖中有五個(gè)相區(qū)，即相圖中有五個(gè)相區(qū)，即L+AL+A、L+FeL+Fe3 3C C、A+FA+F及及F+FeF+

16、Fe3 3C C。相圖中的兩條水平線是三相平衡相圖中的兩條水平線是三相平衡線上有三個(gè)點(diǎn)線上有三個(gè)點(diǎn), ,分別與三個(gè)單相區(qū)以點(diǎn)相連接分別與三個(gè)單相區(qū)以點(diǎn)相連接, ,當(dāng)發(fā)生三相平衡反應(yīng)時(shí)當(dāng)發(fā)生三相平衡反應(yīng)時(shí), ,三個(gè)平衡相的三個(gè)平衡相的成分即這三個(gè)點(diǎn)的成分成分即這三個(gè)點(diǎn)的成分, ,說(shuō)明了溫度和三個(gè)平衡相的成分是固定的說(shuō)明了溫度和三個(gè)平衡相的成分是固定的. .從相圖可以看出，含碳量大于從相圖可以看出，含碳量大于0.008%時(shí)任何成分的鐵碳合金在室溫時(shí)都處在時(shí)任何成分的鐵碳合金在室溫時(shí)都處在F+Fe3C相區(qū)內(nèi)，即合金的相結(jié)構(gòu)都相區(qū)內(nèi)，即合金的相結(jié)構(gòu)都要由這兩相組成。但這兩個(gè)相的相對(duì)量不同，相的形態(tài)和分

17、布不同，即組織不同，合金的性能會(huì)在很大范圍之內(nèi)變要由這兩相組成。但這兩個(gè)相的相對(duì)量不同，相的形態(tài)和分布不同，即組織不同，合金的性能會(huì)在很大范圍之內(nèi)變化?；ｋ姀S金屬材料三、典型合金結(jié)晶過(guò)程及室溫組織工程上使用的工程上使用的鐵碳合金分為鋼和鑄鐵兩大類(lèi)鐵碳合金分為鋼和鑄鐵兩大類(lèi)，它們的區(qū)別在于所含碳量不，它們的區(qū)別在于所含碳量不同。同。含量碳量小于含量碳量小于2.11%2.11%的，稱(chēng)為鑄鐵。的，稱(chēng)為鑄鐵。在分析鐵碳合金的平衡組織時(shí)，在分析鐵碳合金的平衡組織時(shí)，按照組織的不同，習(xí)慣將鋼和鑄鐵分為共按照組織的不同，習(xí)慣將鋼和鑄鐵分為共析鋼，亞共析鋼，過(guò)共析鋼。共晶白口鑄鐵，亞共晶白口鑄鐵和過(guò)共晶白析

18、鋼，亞共析鋼，過(guò)共析鋼。共晶白口鑄鐵，亞共晶白口鑄鐵和過(guò)共晶白口鑄鐵等六種典型合金口鑄鐵等六種典型合金，如圖，如圖23所示。所示。電廠金屬材料（一）共析鋼圖圖2323中合金中合金稱(chēng)為共析鋼，其含碳量為稱(chēng)為共析鋼，其含碳量為0.77%0.77%。當(dāng)溫度在當(dāng)溫度在1 1點(diǎn)以上點(diǎn)以上時(shí)，合金為液相；時(shí)，合金為液相；溫度溫度降至降至1 1點(diǎn)時(shí)點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始從液相中析出奧氏體；，開(kāi)始從液相中析出奧氏體；溫度溫度降至降至1 12 2點(diǎn)之間點(diǎn)之間時(shí)，從液相中繼續(xù)析出奧氏體。它的特點(diǎn)是液相不斷時(shí)，從液相中繼續(xù)析出奧氏體。它的特點(diǎn)是液相不斷減少，固相奧氏體不斷增加。剩下的液相的成分沿減少，固相奧氏體不斷增加。剩下的

19、液相的成分沿AC AC 變化，奧氏體的成變化，奧氏體的成分分 沿沿AEAE線變化。線變化。當(dāng)溫度當(dāng)溫度降至降至2 2點(diǎn)點(diǎn)時(shí)，合金全部線結(jié)晶成奧氏體，溫度降至?xí)r，合金全部線結(jié)晶成奧氏體，溫度降至2 23 3點(diǎn)之間時(shí)，點(diǎn)之間時(shí)，合金為單相奧氏體，奧氏體組織不變。合金為單相奧氏體，奧氏體組織不變。溫度溫度降至降至3 3點(diǎn)點(diǎn)，即共析點(diǎn)，即共析點(diǎn)S S時(shí)，含碳量時(shí)，含碳量0.77%0.77%的奧氏體在的奧氏體在727727溫度下發(fā)生共溫度下發(fā)生共析反應(yīng)。從奧氏體中同時(shí)析出含碳量為析反應(yīng)。從奧氏體中同時(shí)析出含碳量為0.02%0.02%的鐵素體的鐵素體F F和滲碳體和滲碳體FeFe3 3C C的共的共析組織

20、，即珠光體析組織，即珠光體P P。電廠金屬材料珠光體是在珠光體是在727727恒溫下生成的恒溫下生成的，溫度降到室溫時(shí)組織基本不發(fā)生變，溫度降到室溫時(shí)組織基本不發(fā)生變化。只是鐵素體的含量碳量從化。只是鐵素體的含量碳量從0.0250.025降至幾乎為零，碳則以微量三次降至幾乎為零，碳則以微量三次滲碳體的形式沉淀出來(lái)，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)。滲碳體的形式沉淀出來(lái)，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)。恒溫727共析鋼的結(jié)晶過(guò)程如圖共析鋼的結(jié)晶過(guò)程如圖24所示。珠光體的顯微組織如圖所示。珠光體的顯微組織如圖2-5所示，鐵素體與所示，鐵素體與滲碳體呈層片狀相間而生，有類(lèi)似貝殼的光澤，故名珠光體。共析鋼的結(jié)晶過(guò)滲碳體呈層片狀

21、相間而生，有類(lèi)似貝殼的光澤，故名珠光體。共析鋼的結(jié)晶過(guò)程用反應(yīng)式表示為：程用反應(yīng)式表示為：LL+A P電廠金屬材料(二二)亞共析鋼亞共析鋼含碳量低于含碳量低于0.77%0.77%的鋼均稱(chēng)為亞共析鋼。的鋼均稱(chēng)為亞共析鋼。以圖以圖2323中合金中合金為例，亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程，如圖為例，亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程，如圖2626所示。所示。合金從液相冷卻到合金從液相冷卻到1.21.2點(diǎn)以后，結(jié)晶出單相的奧氏體組織；點(diǎn)以后，結(jié)晶出單相的奧氏體組織；溫度繼續(xù)降至溫度繼續(xù)降至2222點(diǎn)之間時(shí)，奧氏體組織不變；點(diǎn)之間時(shí)，奧氏體組織不變；當(dāng)溫度降至當(dāng)溫度降至3 3點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始從奧氏體中析出鐵素體，鐵素體首先在奧氏體的晶界

22、上形點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始從奧氏體中析出鐵素體，鐵素體首先在奧氏體的晶界上形核，隨著溫度降低而長(zhǎng)大；核，隨著溫度降低而長(zhǎng)大；溫度降至溫度降至4 4點(diǎn)時(shí)，根據(jù)杠桿定律先結(jié)晶出的鐵素體相的量為點(diǎn)時(shí)，根據(jù)杠桿定律先結(jié)晶出的鐵素體相的量為4S/4S/（PSPS），其成分沿著），其成分沿著GPGP線變化至線變化至P P點(diǎn)（含碳點(diǎn)（含碳0.02%0.02%），稱(chēng)作初生鐵素體；剩下的奧氏體相的量為），稱(chēng)作初生鐵素體；剩下的奧氏體相的量為P4/P4/（PSPS），其成分沿著），其成分沿著GSGS線變化至線變化至S S點(diǎn)（含碳點(diǎn)（含碳0.77%0.77%）。這時(shí)剩下奧氏體的成分和溫度）。這時(shí)剩下奧氏體的成分和溫度已具備珠光

23、體轉(zhuǎn)變的條件，在已具備珠光體轉(zhuǎn)變的條件，在727727時(shí)發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。這樣，亞共時(shí)發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。這樣，亞共析鋼奧氏體的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)槌跎F素體（圖析鋼奧氏體的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)槌跎F素體（圖2727中白色晶粒），另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹橹邪咨Я＃?，另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織（圖光體組織（圖2727黑色部分）。溫度將繼續(xù)降至室溫時(shí)，顯微組織基本不變（三次黑色部分）。溫度將繼續(xù)降至室溫時(shí)，顯微組織基本不變（三次滲碳體忽略不計(jì)）滲碳體忽略不計(jì)） 為鐵素體為鐵素體+ +珠光體（珠光體（F+PF+P）。）。電廠金屬材料圖27 亞共析鋼的顯微組織電廠金屬材料鐵素體與珠光體的相對(duì)量可用杠桿定律在

24、鐵素體與珠光體的相對(duì)量可用杠桿定律在GPSGPS相區(qū)（相區(qū)（P+FP+F）的）的PSPS線上計(jì)算出，稱(chēng)作組線上計(jì)算出，稱(chēng)作組織相對(duì)量。織相對(duì)量。合金（合金（2 2）中，珠光體量為：）中，珠光體量為：Qp=P4/PSQp=P4/PS100%100%鐵素體量為：鐵素體量為：Q QF F=1=1Q Qp p 或或 Q QF F=4S=4SPSPS100%100%隨著亞共析鋼含碳量的增加，組織中的珠光體量增加，從隨著亞共析鋼含碳量的增加，組織中的珠光體量增加，從0%增加到增加到100%；當(dāng)含碳；當(dāng)含碳量增加到量增加到0.77%時(shí)，珠光體為時(shí)，珠光體為100%，即共析鋼組織。，即共析鋼組織。珠光體中的鐵

25、素體，稱(chēng)作共析鐵素體，滲碳體稱(chēng)作共析滲碳體珠光體中的鐵素體，稱(chēng)作共析鐵素體，滲碳體稱(chēng)作共析滲碳體。室溫時(shí)，鐵碳合金。室溫時(shí)，鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)只有鐵素體和滲碳體?？梢岳酶軛U定律在的相結(jié)構(gòu)只有鐵素體和滲碳體?？梢岳酶軛U定律在F+Fe3C的兩相區(qū)中計(jì)算出亞共的兩相區(qū)中計(jì)算出亞共析鋼鐵素體與滲碳體的相對(duì)量，稱(chēng)作相的相對(duì)量：析鋼鐵素體與滲碳體的相對(duì)量，稱(chēng)作相的相對(duì)量：Q QF F= =（6.696.69）/ /（6.696.690.020.02）100%100%Q QFe3CFe3C=1=1Q QF F 式中式中亞共析鋼的含碳量。亞共析鋼的含碳量。計(jì)算出的計(jì)算出的QF為初生鐵素體與共析鐵素體之和。為

26、初生鐵素體與共析鐵素體之和。亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程可用反應(yīng)式表示：亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程可用反應(yīng)式表示：L L+A A FA F+P電廠金屬材料含碳量在含碳量在0.770.772.11%2.11%的鋼的鋼, ,均統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)共析鋼均統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)共析鋼. .以圖以圖2-32-3中合金中合金3 3為例為例, ,過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程如圖過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程如圖2-82-8所示所示. .合金從液相冷卻至合金從液相冷卻至1 1、2 2點(diǎn)以后，結(jié)晶出單相奧氏體組織；點(diǎn)以后，結(jié)晶出單相奧氏體組織；溫度繼續(xù)冷卻至溫度繼續(xù)冷卻至2 23 3之間時(shí)，奧氏體組織不變；溫度降至之間時(shí)，奧氏體組織不變；溫度降至3 3點(diǎn)時(shí)，碳在奧氏體中達(dá)到

27、點(diǎn)時(shí)，碳在奧氏體中達(dá)到飽和，開(kāi)始析出飽和，開(kāi)始析出FeFe3 3C C，稱(chēng)作二次滲碳體，寫(xiě)作，稱(chēng)作二次滲碳體，寫(xiě)作FeFe3 3C CIIII。FeFe3 3C CIIII沿著奧氏體晶界析出，呈沿著奧氏體晶界析出，呈網(wǎng)狀分布網(wǎng)狀分布( (圖圖2 29)9)，隨著溫度降低，碳在奧氏體中溶解度下降，不斷析出。，隨著溫度降低，碳在奧氏體中溶解度下降，不斷析出。溫度降至溫度降至4 4點(diǎn)（點(diǎn)（727727）時(shí)，析出的二次滲碳體可用杠桿定律在）時(shí)，析出的二次滲碳體可用杠桿定律在A AFeFe3 3C C兩相區(qū)兩相區(qū)SKSK線上計(jì)線上計(jì)算出來(lái)。算出來(lái)。（三）過(guò)共析鋼電廠金屬材料式中式中 過(guò)共析鋼的含碳量過(guò)共

28、析鋼的含碳量剩余的奧氏體量為剩余的奧氏體量為1QFe3CII，其成分已沿著，其成分已沿著SE線變化至線變化至S點(diǎn)，已具備珠點(diǎn)，已具備珠光體轉(zhuǎn)變的條件，在光體轉(zhuǎn)變的條件，在727時(shí)發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。珠光體的組時(shí)發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。珠光體的組織相對(duì)量為：織相對(duì)量為：Qp1QFe3CII 或或 Qp利用杠桿定律可以在利用杠桿定律可以在F+Fe3C兩相區(qū)中計(jì)算出鐵素體與滲碳體相的相對(duì)量：兩相區(qū)中計(jì)算出鐵素體與滲碳體相的相對(duì)量：QFe3C1QF%10077. 0-69. 677. 0-%100SKS4%10077.0-69.6-69.6QFe3CII=Lg L+A Ag Fe3CII

29、A Fe3CII +As Fe3CII+P 恒溫727這樣計(jì)算出的這樣計(jì)算出的QFe3C為二次滲碳體與共析滲碳體之和。過(guò)共析鋼的結(jié)晶為二次滲碳體與共析滲碳體之和。過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程可用反應(yīng)式表示為：過(guò)程可用反應(yīng)式表示為：電廠金屬材料過(guò)共析鋼的顯微組織如圖過(guò)共析鋼的顯微組織如圖29所示，圖中白色的沿著晶界分布的組織即為二次滲所示，圖中白色的沿著晶界分布的組織即為二次滲碳體；深色部分的組織為珠光體。碳體；深色部分的組織為珠光體。過(guò)共析鋼的顯微組織如圖過(guò)共析鋼的顯微組織如圖29所示所示電廠金屬材料圖圖2 23 3中合金中合金稱(chēng)為共晶白口鐵，含碳量為稱(chēng)為共晶白口鐵，含碳量為4.34.3，其結(jié)晶過(guò)程如圖

30、，其結(jié)晶過(guò)程如圖2 21010所示。所示。含碳量含碳量4.34.3的合金自液相冷卻至的合金自液相冷卻至1 1點(diǎn)，即降至共晶溫度（點(diǎn)，即降至共晶溫度（11481148）時(shí)，發(fā)生共晶反時(shí)，發(fā)生共晶反應(yīng)，從液相中同時(shí)析出含碳量為應(yīng)，從液相中同時(shí)析出含碳量為2.112.11的奧氏體和含碳量為的奧氏體和含碳量為6.696.69的滲碳體的共晶的滲碳體的共晶體，這種機(jī)械混合物稱(chēng)為萊氏體用符號(hào)體，這種機(jī)械混合物稱(chēng)為萊氏體用符號(hào)L Ld d表示。萊氏體組織為球狀或短桿狀的奧氏表示。萊氏體組織為球狀或短桿狀的奧氏體均勻分布在滲碳體基體上。體均勻分布在滲碳體基體上。溫度從溫度從1 1點(diǎn)繼續(xù)下降時(shí)，共晶體中的奧氏體碳

31、的溶解度下降，不斷析出二次滲碳體，點(diǎn)繼續(xù)下降時(shí)，共晶體中的奧氏體碳的溶解度下降，不斷析出二次滲碳體，奧氏體的成分是沿著奧氏體的成分是沿著ESES線變化的。線變化的。溫度降至溫度降至727727時(shí)，奧氏體中的含碳量已降至?xí)r，奧氏體中的含碳量已降至0.770.77，此時(shí)，奧氏體具備了共析轉(zhuǎn)變，此時(shí)，奧氏體具備了共析轉(zhuǎn)變的條件，轉(zhuǎn)變?yōu)槎螡B碳體加鐵素體的珠光體組織。這樣，共晶白口鐵的萊氏體組的條件，轉(zhuǎn)變?yōu)槎螡B碳體加鐵素體的珠光體組織。這樣，共晶白口鐵的萊氏體組織形態(tài)不變，只是其中球狀和短桿狀的奧氏體轉(zhuǎn)變成了二次滲碳體和珠光體，而且織形態(tài)不變，只是其中球狀和短桿狀的奧氏體轉(zhuǎn)變成了二次滲碳體和珠光體，

32、而且二次滲碳體又與一次滲碳體融為一體，不大容易分辨。二次滲碳體又與一次滲碳體融為一體，不大容易分辨。這種由一次滲碳體、二次滲這種由一次滲碳體、二次滲碳鐵和珠光體組成的組織稱(chēng)為變態(tài)萊氏體，也有稱(chēng)為低溫萊氏體，用符號(hào)碳鐵和珠光體組成的組織稱(chēng)為變態(tài)萊氏體，也有稱(chēng)為低溫萊氏體，用符號(hào)LLd d表示表示，其顯微組織如圖其顯微組織如圖2 21111所示。所示。共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程可用反應(yīng)式表示為：共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程可用反應(yīng)式表示為：L AFe3CI （AFe3CII）Fe3CI 恒溫1148 恒溫727（四）共晶白口鐵PFe3CIIFe3CI電廠金屬材料電廠金屬材料（五）亞共晶白口鐵 含碳量高于含碳量高

33、于2.11%，低于，低于4.3%的鐵均稱(chēng)為亞共晶白口鐵。的鐵均稱(chēng)為亞共晶白口鐵。以圖以圖2-3合金合金5為例，為例，亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程如圖亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程如圖2-12所示。所示。在共晶反應(yīng)之前，即在共晶反應(yīng)之前，即12之間，從液相中已先結(jié)晶出一部分初生奧氏體之間，從液相中已先結(jié)晶出一部分初生奧氏體A，其，其形態(tài)如樹(shù)枝狀（圖形態(tài)如樹(shù)枝狀（圖212）。）。冷卻到冷卻到2點(diǎn)時(shí)，剩下液相的溫度和成分已具備共晶反應(yīng)的條件，遂轉(zhuǎn)化為萊氏點(diǎn)時(shí)，剩下液相的溫度和成分已具備共晶反應(yīng)的條件，遂轉(zhuǎn)化為萊氏體體Ld。A與與Ld的相對(duì)量可利用杠桿定律從的相對(duì)量可利用杠桿定律從L+A相區(qū)相區(qū)EC線上計(jì)算出。初生

34、線上計(jì)算出。初生A+Ld的組織形態(tài)冷卻至室溫時(shí)變化不大，只是溫度在的組織形態(tài)冷卻至室溫時(shí)變化不大，只是溫度在1148 以下時(shí)，以下時(shí)，A初及共晶初及共晶奧氏體中都要析出奧氏體中都要析出Fe3CII；冷卻至冷卻至727 時(shí)（即時(shí)（即3點(diǎn)時(shí)），又具備了共析反應(yīng)的條件，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。室點(diǎn)時(shí)），又具備了共析反應(yīng)的條件，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。室溫的顯微組織為二次滲碳體、樹(shù)枝珠光體及變態(tài)萊氏體，如圖溫的顯微組織為二次滲碳體、樹(shù)枝珠光體及變態(tài)萊氏體，如圖213所示。合所示。合金的結(jié)晶過(guò)程可用反應(yīng)式表式為：金的結(jié)晶過(guò)程可用反應(yīng)式表式為：LAL ALd ALdFe3CII） 恒溫727恒溫1148PLd +Fe3CII

35、電廠金屬材料電廠金屬材料（六）過(guò)共晶白口鐵 含碳量為含碳量為4.3%6.69%的鐵，均統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)共晶白口鐵。的鐵，均統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)共晶白口鐵。以圖以圖23中合金中合金6為為例，過(guò)共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程如圖例，過(guò)共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程如圖2-14所示。所示。從從1點(diǎn)開(kāi)始自液相中結(jié)晶出呈板條狀的一次滲碳體點(diǎn)開(kāi)始自液相中結(jié)晶出呈板條狀的一次滲碳體Fe3CI，剩下的液相在，剩下的液相在2點(diǎn)點(diǎn)1148轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏Ld。所生成的。所生成的Fe3CI +Ld的組織冷卻至室溫時(shí)，形態(tài)變化的組織冷卻至室溫時(shí)，形態(tài)變化不大。但是在隨后的降溫過(guò)程中，從奧氏體中要析出二次滲碳體不大。但是在隨后的降溫過(guò)程中，從奧氏體中要析

36、出二次滲碳體Fe3CII,冷卻冷卻至至727（即（即3點(diǎn)）時(shí)又轉(zhuǎn)變成珠光體點(diǎn)）時(shí)又轉(zhuǎn)變成珠光體.過(guò)共晶白口鐵室溫時(shí)的顯微組織為板條狀的一次滲碳體及變態(tài)萊氏體過(guò)共晶白口鐵室溫時(shí)的顯微組織為板條狀的一次滲碳體及變態(tài)萊氏體,如圖如圖215所示。所示。 L LFe3C LdFe3CI LdFe3CI恒溫727恒溫1148電廠金屬材料電廠金屬材料四、含碳量對(duì)鐵碳合金組織和力學(xué)性能的影響含碳量小于含碳量小于0.02%0.02%的鐵碳合金稱(chēng)為工業(yè)純鐵的鐵碳合金稱(chēng)為工業(yè)純鐵, ,它的力學(xué)性能與鐵素體基本相同它的力學(xué)性能與鐵素體基本相同, ,有良好的塑性和韌性有良好的塑性和韌性, ,較低的強(qiáng)度與硬度較低的強(qiáng)度與

37、硬度. . 在鐵碳合金中含碳量變化對(duì)組織和性能影響很大在鐵碳合金中含碳量變化對(duì)組織和性能影響很大.從從Fe-Fe3C相圖中可看出，相圖中可看出，當(dāng)含碳量不同時(shí)，組織將變化。圖當(dāng)含碳量不同時(shí)，組織將變化。圖2-16為含碳量對(duì)碳鋼組織影響的示意圖。為含碳量對(duì)碳鋼組織影響的示意圖。當(dāng)含碳量為當(dāng)含碳量為0.77%時(shí)，為鐵素體時(shí)，為鐵素體+珠光體；而在過(guò)共析鋼中，組織則為珠光珠光體；而在過(guò)共析鋼中，組織則為珠光體體+滲碳體。從示意圖中可以很清楚的得出含碳量變化后這些組織的變化情滲碳體。從示意圖中可以很清楚的得出含碳量變化后這些組織的變化情況。況。電廠金屬材料 含碳量變化后對(duì)力學(xué)性能的影響可見(jiàn)圖含碳量變化

38、后對(duì)力學(xué)性能的影響可見(jiàn)圖2-17所示。從圖中可看出，當(dāng)含碳量增加后，所示。從圖中可看出，當(dāng)含碳量增加后，碳鋼的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性則下降。碳鋼的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性則下降。這是由于含碳量增加后，碳鋼中的滲碳體在不斷的增加。但是，含碳量超過(guò)了這是由于含碳量增加后，碳鋼中的滲碳體在不斷的增加。但是，含碳量超過(guò)了0.9%后，由于游離狀態(tài)的二次滲后，由于游離狀態(tài)的二次滲碳體自晶界析出，這些硬而脆的網(wǎng)狀滲碳體包圍住珠光體的晶粒，降低了晶界之間的結(jié)合力，使鋼的脆性增加，碳體自晶界析出，這些硬而脆的網(wǎng)狀滲碳體包圍住珠光體的晶粒，降低了晶界之間的結(jié)合力，使鋼的脆性增加，反而使碳鋼強(qiáng)度逐漸下降。

39、當(dāng)碳鋼的含碳量大于反而使碳鋼強(qiáng)度逐漸下降。當(dāng)碳鋼的含碳量大于1.4%后，在工程上已應(yīng)用很少。后，在工程上已應(yīng)用很少。電廠金屬材料五、鐵碳合金在工程上的應(yīng)用 鐵碳合金相圖在選擇和使用材料、金屬加工、熱處理以及選配合鋼、合金鑄鐵等方面有重要作鐵碳合金相圖在選擇和使用材料、金屬加工、熱處理以及選配合鋼、合金鑄鐵等方面有重要作用。用。 鐵碳合金相圖能很好地反映鋼鐵材料的成分與組織之間的關(guān)系，可根據(jù)工程上的需要選材。鐵碳合金相圖能很好地反映鋼鐵材料的成分與組織之間的關(guān)系，可根據(jù)工程上的需要選材?；痣姀S的鍋爐支架、廠房結(jié)構(gòu)、冷卻塔、起重機(jī)構(gòu)架、輸電鐵塔、鍋爐水冷壁管、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、燃火電廠的鍋爐支架、廠房結(jié)

40、構(gòu)、冷卻塔、起重機(jī)構(gòu)架、輸電鐵塔、鍋爐水冷壁管、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、燃料輸送設(shè)備和管道、粗細(xì)粉分離器等需要韌性、塑性好的含碳小與料輸送設(shè)備和管道、粗細(xì)粉分離器等需要韌性、塑性好的含碳小與0.25%的碳鋼；重要的地腳螺栓、的碳鋼；重要的地腳螺栓、軸、齒輪等需要強(qiáng)度、韌性都較好的含碳軸、齒輪等需要強(qiáng)度、韌性都較好的含碳0.3%0.5%的鋼；各類(lèi)彈簧、板簧需要含碳的鋼；各類(lèi)彈簧、板簧需要含碳0.5%0.75%的的鋼；而工具、模具、軸承類(lèi)則需要含碳鋼；而工具、模具、軸承類(lèi)則需要含碳0.8%1.3%的鋼。的鋼。白口鑄鐵的硬度高，脆性大，難于加工，只能用作拔絲模、磨煤機(jī)磨球等。如果在白白口鑄鐵的硬度高，脆性大，難

41、于加工，只能用作拔絲模、磨煤機(jī)磨球等。如果在白口鑄鐵中加入足夠的鉻、鎳等合金元素，制成合金白口鐵，則是很好的耐磨材料，口鑄鐵中加入足夠的鉻、鎳等合金元素，制成合金白口鐵，則是很好的耐磨材料，在磨在磨煤機(jī)、碎煤機(jī)、灰渣泵、管道內(nèi)襯、噴燃器中有很廣泛的應(yīng)用。煤機(jī)、碎煤機(jī)、灰渣泵、管道內(nèi)襯、噴燃器中有很廣泛的應(yīng)用。鐵碳合金相圖是選擇熱加工工藝的重要依據(jù)，在鑄鐵、軋鍛、焊接和熱處理方面應(yīng)用很鐵碳合金相圖是選擇熱加工工藝的重要依據(jù)，在鑄鐵、軋鍛、焊接和熱處理方面應(yīng)用很廣。廣。電廠金屬材料鐵碳合金相圖（與鑄鐵工藝的關(guān)系如圖鐵碳合金相圖（與鑄鐵工藝的關(guān)系如圖218所示），所示），從圖中看出，鑄鐵從圖中看出，

42、鑄鐵的澆注溫度低。越是接近共晶點(diǎn)的澆注溫度低。越是接近共晶點(diǎn)C的鐵碳合金結(jié)晶是，液相線溫度低，合的鐵碳合金結(jié)晶是，液相線溫度低，合金的流動(dòng)性好；固液線距離近，偏析傾向小，所以鑄鐵的鑄造性能大大金的流動(dòng)性好；固液線距離近，偏析傾向小，所以鑄鐵的鑄造性能大大優(yōu)于鑄鋼。優(yōu)于鑄鋼。鐵碳合金相圖中有很廣闊的奧氏體區(qū)，面心立方晶格的高溫奧氏體有優(yōu)鐵碳合金相圖中有很廣闊的奧氏體區(qū)，面心立方晶格的高溫奧氏體有優(yōu)良的塑性和較好的強(qiáng)度，塑性變形抗力很低，是熱鍛、熱軋極好的組織，良的塑性和較好的強(qiáng)度，塑性變形抗力很低，是熱鍛、熱軋極好的組織，軋、鍛溫度一般選在圖中影線部分。鍛造的原則是始鍛（軋）的溫度不軋、鍛溫度一

43、般選在圖中影線部分。鍛造的原則是始鍛（軋）的溫度不宜過(guò)高，終鍛溫度不宜過(guò)低，以防止鍛（軋）造裂紋出現(xiàn)。宜過(guò)高，終鍛溫度不宜過(guò)低，以防止鍛（軋）造裂紋出現(xiàn)。不同成分的鐵鑄合金冷卻后組織不同，在焊接時(shí)要選擇不同的焊接工藝。如不同成分的鐵鑄合金冷卻后組織不同，在焊接時(shí)要選擇不同的焊接工藝。如鍋爐中有大量不同材質(zhì)的管道，其中含碳兩越低的鋼焊接性越好，含碳量增鍋爐中有大量不同材質(zhì)的管道，其中含碳兩越低的鋼焊接性越好，含碳量增加時(shí)，隨著焊件壁厚的增加，需要預(yù)熱和焊后回火處理。加時(shí)，隨著焊件壁厚的增加，需要預(yù)熱和焊后回火處理。鐵碳合金相圖還是鋼的熱處理重要工具和依據(jù)。鐵碳合金相圖還是鋼的熱處理重要工具和依據(jù)

44、。電廠金屬材料電廠金屬材料第三節(jié) 碳鋼目前使用的金屬材料中，碳鋼占有重要地位。工程上使用的碳鋼一般是指目前使用的金屬材料中，碳鋼占有重要地位。工程上使用的碳鋼一般是指含碳量不超過(guò)含碳量不超過(guò)1.，且含有錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)的鐵碳合金。，且含有錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)的鐵碳合金。一、常存雜質(zhì)對(duì)碳鋼性能的影響碳、錳、硅、硫、磷是碳鋼中的常存元素，統(tǒng)稱(chēng)五大元素，在煉鋼是要對(duì)碳、錳、硅、硫、磷是碳鋼中的常存元素，統(tǒng)稱(chēng)五大元素，在煉鋼是要對(duì)含量進(jìn)行分析和控制。碳在鋼中的影響已如前述。錳、硅、硫、磷則稱(chēng)為含量進(jìn)行分析和控制。碳在鋼中的影響已如前述。錳、硅、硫、磷則稱(chēng)為常存雜質(zhì)，它們的含量對(duì)碳鋼的性能也有較大的

45、影響。常存雜質(zhì)，它們的含量對(duì)碳鋼的性能也有較大的影響。（1）錳的影響，錳的影響， 錳作為煉鋼時(shí)的脫氧劑而殘存在鋼中。它以置換固溶體錳作為煉鋼時(shí)的脫氧劑而殘存在鋼中。它以置換固溶體的形式溶入鐵素體，可以提高鋼的強(qiáng)度。特別是它能與鋼中的硫，化合形的形式溶入鐵素體，可以提高鋼的強(qiáng)度。特別是它能與鋼中的硫，化合形成高熔點(diǎn)的成高熔點(diǎn)的MnS化合物，可消除硫的脆熱性，因此，錳是有益元素。在化合物，可消除硫的脆熱性，因此，錳是有益元素。在碳鋼中錳的含量一般不超過(guò)碳鋼中錳的含量一般不超過(guò)1.2%以下。以下。(2)硅的影響，硅的影響， 硅與錳相似，也是煉鋼脫氧是殘存在鋼中的。硅溶入鐵素體可以起硅與錳相似，也是煉

46、鋼脫氧是殘存在鋼中的。硅溶入鐵素體可以起固溶強(qiáng)化的作用，但含量增多是鋼變脆，一般控制在固溶強(qiáng)化的作用，但含量增多是鋼變脆，一般控制在0.4%以下。以下。電廠金屬材料（3 3）硫的影響）硫的影響 硫是從礦石和燃料中帶來(lái)的，雖經(jīng)煉鋼，煉鐵，還未能完硫是從礦石和燃料中帶來(lái)的，雖經(jīng)煉鋼，煉鐵，還未能完全消除而殘存鋼中。硫不溶于鐵，但容易以全消除而殘存鋼中。硫不溶于鐵，但容易以FESFES的形式與的形式與FEFE形成低熔點(diǎn)共形成低熔點(diǎn)共晶體并存在與晶界上這種共晶體在晶體并存在與晶界上這種共晶體在958958時(shí)熔化，使得在時(shí)熔化，使得在1100110012001200是是軋、鍛的鋼材發(fā)生晶間開(kāi)裂并報(bào)廢，稱(chēng)

47、為熱脆性，因此硫是有害元素，在軋、鍛的鋼材發(fā)生晶間開(kāi)裂并報(bào)廢，稱(chēng)為熱脆性，因此硫是有害元素，在鋼中的含量要控制在鋼中的含量要控制在0.055%0.055%以下。當(dāng)鋼中有錳存在是，錳與硫產(chǎn)生高熔以下。當(dāng)鋼中有錳存在是，錳與硫產(chǎn)生高熔點(diǎn)的點(diǎn)的MnSMnS（熔點(diǎn)（熔點(diǎn)16201620），可以消除硫的熱脆性。），可以消除硫的熱脆性。（4 4）磷的影響）磷的影響 磷也是礦石經(jīng)冶煉殘存在鋼中的有害雜質(zhì)，它可以溶入鐵磷也是礦石經(jīng)冶煉殘存在鋼中的有害雜質(zhì)，它可以溶入鐵素體中使鋼的韌性下降，并使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，這種現(xiàn)象稱(chēng)作素體中使鋼的韌性下降，并使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，這種現(xiàn)象稱(chēng)作冷脆性冷脆性。磷在鋼中的含量被限

48、制在磷在鋼中的含量被限制在0.045%0.045%以?xún)?nèi)。以?xún)?nèi)。除了以上四種常存雜質(zhì)外，還有氫、氧、氮等殘存與鋼中，這些氣體易與除了以上四種常存雜質(zhì)外，還有氫、氧、氮等殘存與鋼中，這些氣體易與形成白點(diǎn)、氣孔和非金屬夾雜物。特別是氧化夾雜，如形成白點(diǎn)、氣孔和非金屬夾雜物。特別是氧化夾雜，如SiO2、MnO等。等。這些缺陷的存在，均要使鋼材質(zhì)量下降。這些缺陷的存在，均要使鋼材質(zhì)量下降。對(duì)于重要的電力設(shè)備零件，如汽輪機(jī)輪轂、葉片等，要求非金屬夾雜物限定在一定范圍內(nèi)。對(duì)于重要的電力設(shè)備零件，如汽輪機(jī)輪轂、葉片等，要求非金屬夾雜物限定在一定范圍內(nèi)。電廠金屬材料二、二、碳鋼的分類(lèi)、編號(hào)和用途（1）碳鋼的分類(lèi)

49、）碳鋼的分類(lèi) 碳鋼的分類(lèi)方法很多，通常按照鋼的含碳量、質(zhì)量和用途碳鋼的分類(lèi)方法很多，通常按照鋼的含碳量、質(zhì)量和用途分類(lèi)。分類(lèi)。按含碳量分為：按含碳量分為：a 低碳鋼：含碳量低碳鋼：含碳量0.25；b 中碳鋼：含碳量在中碳鋼：含碳量在0.250.6之間之間c 高碳鋼：含碳量高碳鋼：含碳量0.6。按鋼的質(zhì)量分為：按鋼的質(zhì)量分為： 普通碳素鋼：鋼中含普通碳素鋼：鋼中含S0.055，P0.045； 優(yōu)質(zhì)碳素鋼：鋼中含優(yōu)質(zhì)碳素鋼：鋼中含S0.04，P0.040； 高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：鋼中含高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：鋼中含S0.030，P0.035。電廠金屬材料按鋼的用途分為：按鋼的用途分為： 碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造工程

50、構(gòu)件碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造工程構(gòu)件(鐵塔、鍋爐支架、廠房鋼結(jié)構(gòu)、起鐵塔、鍋爐支架、廠房鋼結(jié)構(gòu)、起重設(shè)備和工程機(jī)械結(jié)構(gòu)、水冷壁管、風(fēng)管、榆粉管道、及機(jī)械零件重設(shè)備和工程機(jī)械結(jié)構(gòu)、水冷壁管、風(fēng)管、榆粉管道、及機(jī)械零件f抽、齒輪、螺栓、螺母等抽、齒輪、螺栓、螺母等)。一般為低、中碳鋼。一般為低、中碳鋼。碳素工具鋼：用于制造各種工具、刀具、刃具、模具、軸承等。一般碳素工具鋼：用于制造各種工具、刀具、刃具、模具、軸承等。一般屬于高碳鋼。屬于高碳鋼。（2）碳鋼的編號(hào)及用途）碳鋼的編號(hào)及用途 世界上許多工業(yè)國(guó)家都有自己的編號(hào)方法。我世界上許多工業(yè)國(guó)家都有自己的編號(hào)方法。我國(guó)碳鋼的編號(hào)方法按國(guó)碳鋼的編號(hào)方法按G

51、B70079分為三種。分為三種。 1）碳素結(jié)構(gòu)鋼）碳素結(jié)構(gòu)鋼 這類(lèi)鋼的牌號(hào)是按照力學(xué)性能中的屈服強(qiáng)度分成五類(lèi)來(lái)編號(hào)的這類(lèi)鋼的牌號(hào)是按照力學(xué)性能中的屈服強(qiáng)度分成五類(lèi)來(lái)編號(hào)的,數(shù)字也數(shù)字也大說(shuō)明屈服強(qiáng)度大說(shuō)明屈服強(qiáng)度Rel值越高值越高,碳鋼中的含碳量也越高碳鋼中的含碳量也越高;塑性也就要越低塑性也就要越低. 碳素結(jié)構(gòu)鋼用于制造螺栓、螺母、鋼板、圓鋼以及各類(lèi)型鋼，廣泛應(yīng)碳素結(jié)構(gòu)鋼用于制造螺栓、螺母、鋼板、圓鋼以及各類(lèi)型鋼，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造及建筑等行業(yè)中。用于機(jī)械制造及建筑等行業(yè)中。電廠金屬材料2 2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 （a a） 正常含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：含錳量正常含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素

52、結(jié)構(gòu)鋼：含錳量0.80.8。編號(hào)方法簡(jiǎn)單，用兩位數(shù)字表示編號(hào)方法簡(jiǎn)單，用兩位數(shù)字表示, ,數(shù)字表示含碳量的萬(wàn)分之幾。數(shù)字表示含碳量的萬(wàn)分之幾。例如例如20號(hào)鋼、號(hào)鋼、45號(hào)鋼即表示含碳量為號(hào)鋼即表示含碳量為0.20、0.45的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋼號(hào)從的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋼號(hào)從05、08、10、15、20直直到到85。如如20Mn(20錳錳)或或65Mn（65錳）。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分和力學(xué)性能見(jiàn)表錳）。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分和力學(xué)性能見(jiàn)表23。如作焊絲用的寫(xiě)作如作焊絲用的寫(xiě)作H08，又如鍋爐用的，又如鍋爐用的20號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可寫(xiě)作號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可寫(xiě)作20g（或（或20鍋），鍋），2

53、0g可用作鍋爐鋼板、壓可用作鍋爐鋼板、壓力容器和鍋爐水冷壁及小型汽包等。力容器和鍋爐水冷壁及小型汽包等。（b） 較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：含錳量在較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：含錳量在0。712洲之間。洲之間。編號(hào)方法是在編號(hào)方法是在正常含錳量?jī)?yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)的后面加寫(xiě)正常含錳量?jī)?yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)的后面加寫(xiě)Mn(或猛或猛)表示，表示，在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，對(duì)于專(zhuān)門(mén)用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼編號(hào)，是在鋼號(hào)前面或后面加一在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，對(duì)于專(zhuān)門(mén)用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼編號(hào)，是在鋼號(hào)前面或后面加一個(gè)表示用途的漢字或漢字的拼音符號(hào)。個(gè)表示用途的漢字或漢字的拼音符號(hào)。電廠金屬材料 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用。低碳優(yōu)

54、質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用。低碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可用作橋梁起重及工程機(jī)可用作橋梁起重及工程機(jī)械，鋼結(jié)構(gòu)件，還可滲碳后使用，制作機(jī)械零件；械，鋼結(jié)構(gòu)件，還可滲碳后使用，制作機(jī)械零件；中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可經(jīng)可經(jīng)調(diào)質(zhì)后制作軸、齒輪、溫度不超過(guò)調(diào)質(zhì)后制作軸、齒輪、溫度不超過(guò)450的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器和汽缸緊因的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器和汽缸緊因件；件；中、高碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中、高碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可用作各類(lèi)彈簧、板黃和鋼絲繩等。可用作各類(lèi)彈簧、板黃和鋼絲繩等。優(yōu)質(zhì)碳素優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼一般經(jīng)熱處理后使用，或在正火狀態(tài)下供應(yīng)。若含一般經(jīng)熱處理后使用，或在正火狀態(tài)下供應(yīng)。若含S、P量更低的

55、叫量更低的叫高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，就在鋼號(hào)后面加寫(xiě)高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，就在鋼號(hào)后面加寫(xiě)A字字(或高字或高字)，如，如20 A(或或20高高)。 20 A廣泛應(yīng)用于鍋爐的水冷壁管。廣泛應(yīng)用于鍋爐的水冷壁管。 3）碳素工具鋼：）碳素工具鋼： 碳素工具鋼的含碳量一般在碳素工具鋼的含碳量一般在65一一1. 3之間。編號(hào)方法是用字母之間。編號(hào)方法是用字母T(或碳或碳)加數(shù)加數(shù)字表示，數(shù)字表示含碳量的千分之幾。例如字表示，數(shù)字表示含碳量的千分之幾。例如T8、T12（碳（碳8、碳、碳12）表示含碳量）表示含碳量為為0.8、1.2的碳素工具鋼。鋼號(hào)為的碳素工具鋼。鋼號(hào)為T(mén)7、T8T13(碳碳7、碳、碳8碳碳13

56、)。碳素。碳素工具鋼含工具鋼含S、P量均較少，屬于優(yōu)質(zhì)鋼。量均較少，屬于優(yōu)質(zhì)鋼。若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號(hào)后加寫(xiě)若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號(hào)后加寫(xiě)A字字(或高字或高字)，如，如T8A、T12A(碳碳8高、碳高、碳12高高)。電廠金屬材料第四節(jié) 鑄鐵鑄鐵是含碳量為鑄鐵是含碳量為211一一669的鐵碳合金，工業(yè)上常用鑄鐵的含碳量在的鐵碳合金，工業(yè)上常用鑄鐵的含碳量在25一一40之間。錳、硅、硫、磷的含量比碳鋼多。之間。錳、硅、硫、磷的含量比碳鋼多。一、概述在工業(yè)上應(yīng)用的鑄鐵中，碳一般是以石墨狀態(tài)存在，這使得鑄鐵有許多優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)上應(yīng)用的鑄鐵中，碳一般是以石墨狀態(tài)存在，這使得鑄鐵有許多優(yōu)點(diǎn)

57、。（1）有優(yōu)良的鑄造性能有優(yōu)良的鑄造性能：澆注的溫度低、流動(dòng)性好、偏析傾向小、收縮率小等。不：澆注的溫度低、流動(dòng)性好、偏析傾向小、收縮率小等。不僅適合澆鑄大型鑄件，也適合澆鑄薄小件。僅適合澆鑄大型鑄件，也適合澆鑄薄小件。（2）由于石墨的存在，便于吸收機(jī)械振動(dòng)能，使之變?yōu)闊崮?。因此）由于石墨的存在，便于吸收機(jī)械振動(dòng)能，使之變?yōu)闊崮?。因此鑄鐵具有優(yōu)良的鑄鐵具有優(yōu)良的減震性減震性，特別適合制作各種機(jī)床床身、設(shè)備底座等。，特別適合制作各種機(jī)床床身、設(shè)備底座等。（3）石墨本身有潤(rùn)滑作用，故鑄鐵有干式減磨性石墨本身有潤(rùn)滑作用，故鑄鐵有干式減磨性。當(dāng)有潤(rùn)滑劑存在時(shí)，由于石墨空。當(dāng)有潤(rùn)滑劑存在時(shí)，由于石墨空洞

58、有儲(chǔ)油的能力，使鑄鐵的減磨性增加。洞有儲(chǔ)油的能力，使鑄鐵的減磨性增加。（4）由于石墨割裂了基體的連續(xù)性，鑄鐵在切削時(shí)易于斷屑，所以）由于石墨割裂了基體的連續(xù)性，鑄鐵在切削時(shí)易于斷屑，所以鑄鐵有很好的切鑄鐵有很好的切削加工工藝性能。削加工工藝性能。 鑄鐵的強(qiáng)度、塑性、韌性部很差，屬于脆性材料這是鑄鐵的根本缺點(diǎn)鑄鐵的強(qiáng)度、塑性、韌性部很差，屬于脆性材料這是鑄鐵的根本缺點(diǎn)。它的導(dǎo)熱它的導(dǎo)熱性差焊接性差，鑄鐵不適合制作各類(lèi)結(jié)構(gòu)件和重要零件。性差焊接性差，鑄鐵不適合制作各類(lèi)結(jié)構(gòu)件和重要零件。電廠金屬材料二、鑄鐵的石墨化FeFe3C相圖中，相圖中，F(xiàn)e3C作為一個(gè)組元是較穩(wěn)定的相但在鐵碳合金中，它仍是個(gè)亞

59、作為一個(gè)組元是較穩(wěn)定的相但在鐵碳合金中，它仍是個(gè)亞穩(wěn)相，石墨才是穩(wěn)定的相。石墨具有簡(jiǎn)單六方晶體結(jié)構(gòu)，如圖穩(wěn)相，石墨才是穩(wěn)定的相。石墨具有簡(jiǎn)單六方晶體結(jié)構(gòu)，如圖219所示，密排面所示，密排面之間間隔大。結(jié)合力弱，易于剝離，它的強(qiáng)度和塑性幾乎是零。因此，石墨在鑄鐵之間間隔大。結(jié)合力弱，易于剝離，它的強(qiáng)度和塑性幾乎是零。因此，石墨在鑄鐵中存在時(shí)可看成是許多空洞。中存在時(shí)可看成是許多空洞。 液態(tài)的鐵水可以結(jié)晶成滲碳體，也可以直接結(jié)晶成石墨，圖液態(tài)的鐵水可以結(jié)晶成滲碳體，也可以直接結(jié)晶成石墨，圖220為為Fe石墨相圖，石墨相圖，圖中虛線是石墨析出線。含碳量為圖中虛線是石墨析出線。含碳量為426的鐵水在的

60、鐵水在1154時(shí)可同時(shí)析出奧氏體和時(shí)可同時(shí)析出奧氏體和石墨；在石墨；在1154738之間時(shí)可由奧氏體中析出二次石墨，之間時(shí)可由奧氏體中析出二次石墨， 或或Fe3C發(fā)生分解產(chǎn)生石發(fā)生分解產(chǎn)生石墨；在共析反應(yīng)階段，含碳墨；在共析反應(yīng)階段，含碳068的奧氏體在的奧氏體在738時(shí)可同時(shí)析出鐵素體與石墨。時(shí)可同時(shí)析出鐵素體與石墨。電廠金屬材料電廠金屬材料影響石墨化的因素主要是化學(xué)成分和冷卻速度。影響石墨化的因素主要是化學(xué)成分和冷卻速度。碳和硅是促進(jìn)石墨化的主碳和硅是促進(jìn)石墨化的主要元素，碳和硅的含量越高，鑄鐵的石墨化越充分；其次是冷卻速度，鑄要元素，碳和硅的含量越高，鑄鐵的石墨化越充分；其次是冷卻速度，