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1、第三章 铁碳合金 31 合金及其组织 32 铁碳合金的基本组织与性能 33 铁碳合金相图 34 碳素钢 35 观察铁碳合金的平衡组织 （实验） 黑色金属以铁及以铁碳为主的合金（钢铁）。 有色金属其他金属及其合金。 31 合金及其组织 一、合金的基本概念 二、合金的组织 一、合金的基本概念 合金以一种金属为基础，加入其他金属或非金属 ，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。即合金是由两 种或两种以上的元素所组成的金属材料。 组元组成合金最简单的、最基本的、能够独立存 在的元物质，简称元。 相合金中成分、结构及性能相同的组成部分。 组织合金中不同相之间相互组合配置的状态。换 言之，数量、大小和分布方
2、式不同的相构成了合金不同的 组织。 二、合金的组织 1固溶体 间隙固溶体 置换固溶体 2金属化合物 3混合物 单相组织 多相组织 1固溶体 一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀 固相。 间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格中而形成 的固溶体。 置换固溶体溶质原子置换了溶剂晶格结点上某 些原子而形成的固溶体。 间隙固溶体置换固溶体 2金属化合物 在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除可 形成固溶体外，还将出现新的相，其晶体结构不同于任一 组元，而是组元之间相互作用形成一种具有金属特性的物 质。 两种或两种以上的相按一定的质量百分数组成的物质。 3混合物 固溶强化无论是间隙固溶体还是置
3、换固溶体，在其 形成过程中，都会使溶剂晶格发生畸变，从而使合金对变形 的抗力增加。也即通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属材 料强度、硬度提高的现象。 间隙固溶体置换固溶体 32 铁碳合金的基本组织与性能 一、铁素体（F） 二、奥氏体（A） 三、渗碳体（Fe3C或Cm） 四、珠光体（P） 五、莱氏体（Ld） 一、铁素体（F） 碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。 铁素体的晶胞示意图 铁素体的显微组织 二、奥氏体（A） 碳溶于Fe中形成的间隙固溶体，用符号A 表示。 奥氏体的晶胞示意图 奥氏体的显微组织 三、渗碳体（Fe3C或Cm） 渗碳体是含碳量为 6.69的铁与碳的金属 化合物，
4、其化学式为 Fe3C。 渗碳体的晶胞示意图 四、珠光体（P） 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。 光学显微镜观察组织 电子显微镜观察组织 五、莱氏体（Ld） 莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld表示。 低温莱氏体的显微组织 低温莱氏体室温 下的莱氏体，由珠光体和 渗碳体组成，用符号Ld表 示。 33 铁碳合金相图 一、铁碳合金相图的组成 二、FeFe3C相图中特性点、线的含义及 各区域 内的组织 三、铁碳合金的分类 四、典型铁碳合金结晶过程分析 五、铁碳合金的成分、组织与性能的关系 六、FeFe3C相图的应用 一、铁碳合金相图的组成 铁碳合金相图表示在缓慢冷却（或缓慢加 热）
5、的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织 随温度变化的图形。 Fe C相图的组成 在铁碳合金中，铁和碳 可以形成一系列的化合物， 如Fe3C 、Fe2C 、FeC 等。 简化后的FeFe3C相图 二、FeFe3C相图中特性点、线的含义及各 区域内的组织 1主要特性点 2主要特性线 主要特性点 主要特性线 三、铁碳合金的分类 纯铁含碳量小于0.0218%的铁碳合金。 钢含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁 碳合金。 铸铁含碳量大于2.11%的铁碳合金。 四、典型铁碳合金结晶过程分析 1共析钢 共析钢在室温时的组织是珠光体，合金的 组织按下列顺序变化： 2亚共析钢 亚共析钢的室温组织由珠光
6、体和铁素体 组成合金的组织按下列顺序变化： 3过共析钢 室温下为珠光体 和网状二次渗碳 体组织。钢中含 碳量越多，二次 渗碳体也越多。 4白口铸铁 l亚共晶白口铸铁 l共晶白口铸铁 l过共晶白口铸铁 随含碳量的不同，其组织顺序： FF+PPP+ Fe3 CP+ Fe3 C+ + Fe3 C 含碳量越高，钢的强度、硬度越高，而塑性、韧性 越低，这在钢经过热处理后表现尤为明显。 五、铁碳合金的成份、组织与性能的关系 六、FeFe3C相图的应用 1作为选材的依据 2在铸造生产中的应用 3在锻造工艺上的应用 4在热处理工艺上的应用 34 碳素钢 一、钢中常存元素及其对性能的影响 二、碳素钢的分类 三、
7、碳素钢牌号及用途 碳素钢简称碳钢，是最基本的铁碳合金。 它是指在冶炼时没有特意加入合金元素，且含碳量 大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。 一、钢中常存元素及其对性能的影响 锰有益元素，有很好的脱氧能力，还可与硫形成 MnS，从而消除了硫的有害作用。 硅有益元素，脱氧能力比锰强，还能提高钢的强度 及质量，硅作为杂质一般应不超过0.4%。 硫有害元素，常以FeS形式存在，易使钢材变脆（ 热脆性）。 磷有害元素，它使钢在低温时变脆（冷脆性）。 氢有害元素，能造成氢脆、白点等缺陷。 二、碳素钢的分类 1按钢的含碳量分 低碳钢：C0.25 中碳钢： 0.25C 0.60 高碳钢：C 0.60
8、 2按钢的质量分 普通钢：S 0.050，P 0.045 优质钢：S 0.035，P 0.035 高级优质钢：S 0.025，P 0.025 3按钢的用途分 结构钢：含碳量一般均小于0.70% 工具钢：含碳量一般均大于0.70% 4按冶炼时脱氧程度的不同分 沸腾钢：脱氧程度不完全的钢 镇静钢：脱氧程度完全的钢 特殊镇静钢：比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢 三、碳素钢牌号及用途 化学元素符号汉语拼音字母阿拉伯数字 1（普通）碳素结构钢 2优质碳素结构钢 3碳素工具钢 4铸造碳钢 1（普通）碳素结构钢 1）前缀符号：Q（钢屈服强度“屈”，汉语拼音字首）+屈服强度值（单位 MPa）。 2）质量等级符号
9、：A、B、C、D级，从A到D依次提高。 3）（必要时）脱氧方法符号：F沸腾钢、Z镇静钢、TZ特殊镇静 钢，Z与TZ符号在钢号组成表示方法中予以省略。 4）（必要时）在牌号尾加产品用途、特性和工艺方法表示符号。如压力 容器用钢R、锅炉用钢G、桥梁用钢Q 等。 2优质碳素结构钢 牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢 的平均含碳量的万分数。 l 45表示平均含碳量为0.45的优质碳素结构钢 l 08表示平均含碳量为0.08的优质碳素结构钢 l若为高级优质钢、特级优质钢时，分别在牌号尾加A 、E表示 3碳素工具钢 牌号以汉字“碳”的汉语拼音字母字头“T”及后面的阿 拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳量的千分数。 例如：T8表示平 均含碳量为0.80的 优质碳素工具钢。若 为高级优质碳素工具 钢，则在牌号后面标 以字母A。 4铸造碳钢 牌号由“铸钢”两汉字的汉语拼音字母字头“ZG”后面加 两组数字组成：第一组数字代表屈服强度，第二组数字代 表抗拉强度值。 例如：ZG270500表示屈服强度不小于270MPa，抗 拉强度不小于500MPa的铸造碳钢。 35 观察铁碳合金的平衡组织（实验） 金相显微镜照明系统 金相显微镜光学系统 观察铁碳合金的平衡组织
