鐵碳合金及碳素鋼3.1鐵碳合金及相圖純鐵及其同位素轉(zhuǎn)變鐵碳合金相圖分析(重點(diǎn)、難點(diǎn)）典型鐵碳合金的應(yīng)用鐵碳合金相圖在工業(yè)中的應(yīng)用工業(yè)純鐵成分：含鐵量99.8%~99.9%，含雜質(zhì)0.10%～0.20%性能及組織：

σb=180～230MPaσ0.2=100～170MPaδ=30%～50%ψ=70%～80%Ak=128～160JHBS=50～80用途

磁性設(shè)備純鐵及其同位素轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵及其同位素轉(zhuǎn)變1394℃912℃δ-Feγ-Fe α-Febccfccbcc符合形核、長(zhǎng)大的結(jié)晶規(guī)律轉(zhuǎn)變過(guò)程恒溫、可逆同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在固態(tài)下晶格類(lèi)型隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體

鐵碳合金基本組織鐵素體（F)碳溶入α-Fe中形成的間隙固溶體

晶格結(jié)構(gòu)：體心立方晶格最大溶解度：0.0218%（727℃）性能：塑性、韌性好；強(qiáng)度、硬度低奧氏體（A)碳溶入γ-Fe中形成的間隙固溶體

高溫相晶格結(jié)構(gòu)：面心立方晶格最大溶解度：2.11%（1148℃）性能：塑性、韌性好；強(qiáng)度、硬度低鐵碳合金基本組織滲碳體（Fe3C)鐵和碳相互作用而形成的一種具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的金屬化合物

晶格結(jié)構(gòu)：復(fù)雜正交碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：6.69%（1148℃）性能：熔點(diǎn)高，硬而脆（耐磨性好）用途：在鋼中起強(qiáng)化作用鐵碳合金基本組織珠光體（P）由鐵素體和滲碳體組成的多相組織

含碳百分?jǐn)?shù)：0.77%性能：介于滲碳體和鐵素體中間，強(qiáng)度和塑性較高，硬度適中鐵碳合金基本組織萊氏體（Ld）含碳量為4.3%的液態(tài)鐵碳合金冷卻到1148℃時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的多相組織硬度高，塑性差鐵碳合金基本組織727℃以下由珠光體和滲碳體組成，稱(chēng)為低溫萊氏體鐵碳合金相圖分析重要點(diǎn)A：純鐵熔點(diǎn)C：共晶點(diǎn)D：Fe3C的熔點(diǎn)E：碳在γ-Fe中的最大溶解度F：生成Fe3C的成分點(diǎn)K：生成Fe3C的成分點(diǎn)S：共析點(diǎn)AS←→(F+Fe3C)重要線ACDAECFECFPSKESGS固相線液相線共析線共晶線碳在奧氏體中的溶解度線

冷卻時(shí)從A中析出F開(kāi)始線鐵碳合金相圖分析DFKFe3CABCENGPSQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeA3Acm2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%工業(yè)純鐵共析鋼亞共析鋼過(guò)共析鋼亞共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵共晶白口鐵鋼鑄鐵ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%鐵碳合金分類(lèi)

鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析共析鋼[wc=0.77%]鐵碳合金相圖分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%1320

鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析共析鋼[wc=0.77%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:100%P（F和Fe3C）組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%亞共析鋼[0.0218%<wc<0.77%]13204亞共析鋼[0.0218%<wc<0.77%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:F+P鐵碳合金相圖分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%1320過(guò)共析鋼[0.077%<wc<2.11%]4過(guò)共析鋼[0.077%<wc<2.11%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ工業(yè)純鐵[wc<0.02%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:F+Fe3CⅢ

鐵碳合金相圖分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%120共晶白口鐵[wc=4.3%]共晶白口鐵[wc=4.3%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:100%鐵碳合金相圖分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%130亞共晶白口鐵[2.11%<wc<4.3%]24亞共晶白口鐵[2.11%<wc<4.3%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ+鐵碳合金相圖分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%13024過(guò)共晶白口鐵[4.3%<wc<6.69%]過(guò)共晶白口鐵[4.3%<wc<6.69%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:+Fe3C鐵碳合金相圖分析ABCDFENGPSKQJHALFδFeFe3C

鐵碳合金平衡組織含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響鐵碳合金相圖分析相組成物相對(duì)量組織組成物相對(duì)量P含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響鐵碳合金相圖分析對(duì)力學(xué)性能的影響Wc(%)Hδ（ψ）akWc(%)＜1.0σWc(%)＞1.0σ

鐵碳相圖的應(yīng)用在選材方面的應(yīng)用在鑄造方面的應(yīng)用在鍛軋方面的應(yīng)用在熱處理方面的應(yīng)用鐵碳合金相圖分析機(jī)械零件和建筑機(jī)構(gòu)主要選低碳鋼和中碳鋼切削工具和測(cè)量工具一般選高碳鋼彈簧一般選高碳鋼可根據(jù)液相線確定不同合金的熔點(diǎn)溫度，從而確定合適的澆注溫度共晶成分的合金熔點(diǎn)最低，鑄造性能好，適合選作鑄造合金鋼材的鍛造、熱軋選在單相奧氏體的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)淬火、退火、正火等熱處理工藝常存雜質(zhì)對(duì)碳素鋼性能影響Si（<0.4%）：有益元素清除鋼中的FeO，降低鋼的脆性與硫化合成MnS，可以減輕硫的有害作用溶于鐵素體形成置換固溶體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度

Mn（0.25%~0.80%）：有益元素固溶強(qiáng)化，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高增加鋼的電阻和導(dǎo)磁性形成低熔點(diǎn)共晶體，產(chǎn)生熱脆性S:有害元素P:有害元素產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象熱軋時(shí)生成帶狀組織增加錳的含量對(duì)高寒地帶和低溫工作下的結(jié)構(gòu)件具有嚴(yán)重危害性冷脆性導(dǎo)致悲慘事故的發(fā)生碳素鋼分類(lèi)含碳量低碳鋼中碳鋼高碳鋼質(zhì)量普通質(zhì)量碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼用途碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼碳素鑄鋼鋼材品種型材板材管材金屬制品普通碳素結(jié)構(gòu)鋼特性及應(yīng)用特性：雜質(zhì)較多，價(jià)格低廉；強(qiáng)度較低，但塑性、韌性、冷變形性能好

應(yīng)用：制成條鋼、異型鋼材、鋼板等，主要用于鐵道、橋梁、各類(lèi)建筑工程，制造承受靜載荷的各種金屬構(gòu)件及不重要不需要熱處理的機(jī)械零件和一般焊接件

牌號(hào)表示Q屈服點(diǎn)數(shù)值質(zhì)量等級(jí)符號(hào)脫氧方法符號(hào)典型鋼號(hào)

Q195、Q215，通常軋制成薄板、鋼筋供應(yīng)市場(chǎng)。也可用于制作鉚釘、螺釘、輕負(fù)荷的沖壓零件和焊接結(jié)構(gòu)件等

Q235、Q255強(qiáng)度稍高，可制作螺栓、螺母、銷(xiāo)釘、吊鉤和不太重要的機(jī)械零件以及建筑結(jié)構(gòu)中的螺紋鋼、型鋼、鋼筋等；質(zhì)量較好的Q235C，D級(jí)可作為重要焊接結(jié)構(gòu)用材Q275鋼可部分代替優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼25、30、35鋼使用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼特性及應(yīng)用特性：有害雜質(zhì)含量極少應(yīng)用：制造機(jī)械零件

牌號(hào)表示用鋼中平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)表示鋼號(hào)案例45鋼表示平均wc=0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；08鋼，表示平均含碳量為0.08％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

65Mn鋼，表示平均wc=0.65%，并含有較多錳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（wMn=0.8%~1.2%）08F表示平均含碳量為0.08％的沸騰鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，在數(shù)字后面加上符號(hào)“A”

特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在數(shù)字后面加上符號(hào)“E”

碳素工具鋼特性及應(yīng)用特性：生產(chǎn)成本低，加工性能優(yōu)良、強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性好，但塑韌性較差應(yīng)用：受熱程度較低，尺寸較小的手工工具及低速、小走刀量的機(jī)用工具，也可用于尺寸較小的模具和量具牌號(hào)表示方法“T”加上數(shù)字表示鑄造碳鋼特性及應(yīng)用特性：鑄造碳鋼（鑄鋼）的含碳量一般為0.15%~0.6%。鑄鋼的鑄造性能比鑄鐵差，但力學(xué)性能比