铁碳合金相图及其坐标含义(大学课程资料之----铁碳合金状态图)
一、铁素体(F)
铁素体 — 碳(C)溶入α-Fe中所形成的固溶体。 727℃ 0.02%C
力学性能:σb = 250MPa δ= 45~50% HB = 80
二、奥氏体(A)
奥氏体— 碳(C)溶入γ-Fe中所形成的固溶体。 1147℃ 2.06%C 、727℃ 0.77%℃
力学性能:σb = 250 ~ 350MPa δ= 40~45% HB = 160~200
三、渗碳体(Fe3C)
渗碳体— 是金属化合物。碳在铁碳合金存在的另一种形式 6.67%C
力学性能: σb = 30MPa δ= 0 HB = 800
四、珠光体(P = F Fe3C )
珠光体— 是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 727℃ 0.77% C
力学性能: σb = 750MPa δ=25% HB = 180-200
白色F基体中嵌入黑片状Fe 3C
五、莱氏体(Le)
莱氏体— 是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
莱氏体(Le)1147℃ 4.3%C
727℃以上为高温Le (A Fe 3C);727℃以下为低温Le’( P Fe 3C );
力学性能: σb = 30MPa δ= 0 HB = 700
一、什么是状态图
状态图—— 表示合金系的成分、温度、组织、状态之间关系的图表。
二、状态图的作用
是研究合金的成分、温度、组织、状态之间变化规律的工具。
杠杆定律:
以Cu-Ni二元合金相图说明, 计算成分为C的合金在t1℃时,L和α两相的相对质量。
在t1℃时,L和α两相成分分别为CL ,C α。
设:合金总重量为1,液相重为WL ,α相重Wα
①定律适用于二元相图两相区两相相对质量的计算。
②在单相区,其相占100%
举例:
①当二元合金(成分已知)由两相组成时两相的相对质量是多少?
例:45钢(含C=0.45%),铁素体(F)和Fe3C两相各占多少?
②当二元合金两相相对重量已知时,合金成分是多少?
例:金相观察:F:95%; Fe3C:5%;求钢的含碳量?
杠杆定律可以解决此类问题。
C—共晶点,1147℃ 4.3%C 共晶点—发生共晶反应的点。
共晶反应 — 在一定的温度下,由一定成分的液体同时结晶出一定成分的两个固相的反应。
共晶反应的产物——共晶体——机械混合物 L(4.3%C) A(2.06%C ) Fe3C (6.67%C )
G — 纯铁的同素异晶转变点。 912℃
P —C在α-Fe中的最大溶解度点。727℃ 0.02%C
S —共析点。 727℃ 0.77%℃
共析反应—在一定的温度下,由一定成分的固相同时析出不同成分的另外两个固相的反应。
共析反应的产物 — 共析体— 机械混合物
A(0.77%C) F(0.002%C ) Fe3C(6.67%C )
ES线 — C在γ-Fe中的溶解度曲线。析出二次Fe3CⅡ Acm线
GS线 — A—F转变线 A3线
GP线 — F析出终了线。
PQ线 — 碳在α-Fe中的溶解度曲线。析出二次Fe3C Ⅲ
PSK线 — 共析线 727℃ A1线
(1) 单相区:L、F、A、Fe3C
(2) 两相区:L A、L Fe3C、A F、F Fe3C
(3) 三相区:L A Fe3C、A F Fe3C(S、C点)
亚共析钢的结晶过程
共析钢的结晶过程
过共析钢的结晶过程
铁碳合金状态图
六.状态图的作用
1.选择材料
2.确定各种工艺参数
一、钢的分类
1.按化学成分分类
1)碳素钢
(1)低碳钢 C < 0.25%
(2)中碳钢 C = 0.25-0.6%
(3)高碳钢 C > 0.6%
2)合金钢
(1)低合金钢 Me < 5%
(2)中合金钢 Me = 5-10%
(3)高合金钢 Me > 10%
2. 按质量分类
S:使合金产生热裂、热脆缺陷
P:使合金产生冷裂、冷脆缺陷
1)普通钢
2)优质钢
3)高级优质钢
3.按用途分
1)结构钢 (1)工程结构钢 (2)机械制造用钢
2)工具钢(1)碳素工具钢 (2)合金工具钢
3)特殊性能钢:弹簧钢、轴承钢、耐热钢、耐蚀钢等 。
4.按显微组织分
1)亚共析钢 2)共析钢 3)过共析钢
二、钢的编号及应用
1.结构钢
1)(普通)碳素结构钢(Wc0.06-0.38%)
碳素结构钢的钢号用屈服强度(MPa)表示。这类钢主要用于制造一般的机械零件和工程构件。
Q195(0.06-0.12%C)、Q235(0.14-0.22%C)焊接性能好,塑性、韧性好,有一定强度
2)优质碳素结构钢
杂质P、S含量较低,主要用于制造各种较重要的机械零件。钢号用两位数字表示含碳量的万分之几。
45— 表示含碳量是万分之45(0.45%)
08、10、15 — 冲压件、焊接件。
15、20、25 — 渗碳淬火。
40、45、50 — 调质处理。制造齿轮、轴类零件。
60、65、70 — 淬火 中温回火,制造弹簧。
3)合金结构钢
合金元素在钢中的作用
合金钢是指为了改善钢的性能,在碳钢中特意加入某种合金元素的钢种。
合金元素在钢中可以与铁和碳形成固溶体(合金奥氏体、合金铁素体、合金马氏体)和碳化物(合金渗碳体、特殊化合物)。
合金元素改善钢的热处理工艺性能
1、细化奥氏体晶粒
2、提高淬透性
3、提高回火抗力
合金元素提高钢的使用性能
1、合金元素使钢强化(固溶强化、第二相强化、细晶强化)
2、合金元素使钢获得特殊性能
(1)形成稳定的单相组织
(2)形成致密氧化膜
(3)形成金属间化合物
3)合金结构钢
其钢号的表示方法为:两位数字 元素符号 数字。如:40Cr2Mo4V、60Si2Mn
① 低合金高强度结构钢
在低碳钢的基础上加入不超过5%合金元素,以Mn为主要合金因素。广泛用于建筑、石油、化工、铁道、桥梁、造船等工业部门。
牌号有Q295、Q345、Q460
② 机械结构用合金钢
用于制造各种机械零件的合金结构钢。又可分为:
合金渗碳钢:20Cr、20CrMnTi
主要生产:齿轮、内燃机凸轮轴
受力情况:受摩擦力、交变接触应力、冲击
性能要求:高的硬度和耐磨性、高的接触疲劳强度,心部要求有良好的韧性
热处理:渗碳热处理
合金调质钢:40Cr、40MnB
主要生产:机床主轴、汽车后桥半轴、曲轴等
受力情况:弯曲、扭转或交变载荷与冲击载荷复合作用
性能要求:高的强度、又要有较高的塑性和韧性
热处理: 淬火 高温回火
合金弹簧钢
主要生产:弹簧和其他弹性零件等
受力情况:传递力和缓和机械的振动与冲击
性能要求:高的弹性极限和屈服强度,较高的疲劳强度和足够的塑性和韧性
热处理:淬火 中温回火
③ 滚动轴承钢
滚动轴承的内、外套圈和滚珠、滚柱的专用钢种。如 GCr15等,含碳在0.95% - 1.1%,1.4-1.65%Cr。
受力情况:交变接触压应力及很大的摩擦力,还会受到大气、润滑油的侵蚀
性能要求:高的接触疲劳强度、高的弹性极限和高而均匀的硬度和适当的韧性
热处理:球化退火 淬火 低温回火
2.工具钢
工具钢是用于制造刃具、模具、量具的钢种。
工具的工作条件
(一)刃具
工作时强烈的摩擦,造成强烈的磨损,切削时刃部温度很高,刃口局部会受到很大的切削力,导致时刃崩缺;断续切削还会给刃具带来极大的冲击与振动,使刃具发生折断
(二)模具
由于金属坯料的剧烈变形,模具的型腔及刃口部分会受到强烈的摩擦和挤压,从而导致型腔壁的磨损、刃口钝化;模具工作时,还会受到冲击与热得作用,尤其是热作模具,在巨大的冲击载荷与周期性高温—急冷(因模具表面喷洒润滑剂)复合作用下,型腔表面会出现塌陷、沟槽、热疲劳裂纹,甚至断裂。
(三)量具
控制加工精度的测量工具。如卡尺、量规等。
在工作中,量具必须以极低的粗糙度与被测工件相接触以保障被测尺寸的精确。由于量具与被测工件长期反复接触,会导致工作面磨损、碰撞,甚至变形,使其失去原有的尺寸精度而不能继续使用。
各类工具虽然工作条件不一样,但大多数在工作中既要承受很大的局部压力和磨损,又要承受冲击、振动与热作用。
所以工具钢既要有高的硬度和耐磨性,又要有足够的韧性。
工具钢的含碳量在0.95—2.3%之间。
常加入的元素有Si、Mn、Cr、Mo、W、V等
1)碳素工具 含碳量为0.65-1.35% ,可制造低速切削的刀具和普通模具、量具。如T8、T12A等。
2)合金工具钢 其牌号表示方法是:一位数字(或无数字,含碳量>1%) 元素符号 数字。如:9SiCr、W18Cr4V等。
合金工具钢又可分为合金刃具钢、合金模具钢、和合金量具钢。
① 合金刃具钢 制造各种刀具的钢材。含碳量为0.75-1.50%,9SiCr、W18Cr4V等。
② 合金模具钢 用于制造各种模具的钢材。如:Cr12MoV、5CrNiMo等。
③ 合金量具钢 生产中常用的量具,钢板尺、游标卡尺等。CrWMn、GCr15
3.特殊性能钢
1)不锈、耐蚀钢
性能要求:
主要是耐蚀性,高的强度,良好的加工性能(冷成形、焊接、热处理)
加入合金元素的目的:
提高基体的电极电位;Cr
使钢在室温呈单相组织;Cr、Ni
在钢的表面形成致密的氧化膜;Cr、Si、Al
形成稳定的碳化物和金属间化合物Ni、Nb、Ti
2)耐热钢
性能要求:高的热稳定性(高温抗氧化能力);高的热强性(高的蠕变抗力和持久强度)。
加入合金元素的目的:
Ø固溶强化和形成单相组织并提高再结晶温度
Cr、Ni、W、Mo
形成弥散分布且稳定的碳化物 V、Ti、Nb
形成致密的氧化膜;Cr、Si、Al
① 不锈、耐蚀钢 具有较强抵抗腐蚀能力的钢。碳量低,加合金元素Cr、Ni。如1Cr18Ni9、0Ci19Ni9等。
② 耐热钢 良好的抗氧化性和热强性钢,如1Cr13、CR17等。
2)特殊物理性能钢
具有特殊磁、电、弹性、膨胀等物理性能的钢。
,免责声明:本文仅代表文章作者的个人观点,与本站无关。其原创性、真实性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容文字的真实性、完整性和原创性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并自行核实相关内容。文章投诉邮箱:anhduc.ph@yahoo.com