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1、1234.44.4 含碳量对铁碳合金组组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组组织和性能的影响4含碳量与含碳量与Fe-Fe3C合金相组成物相对量、组织组成物相对量的关系合金相组成物相对量、组织组成物相对量的关系 5 含碳量对碳钢机械性能的影响含碳量对碳钢机械性能的影响n 在在C%1%后，随含碳量后，随含碳量的增加，钢的硬度增加，但的增加，钢的硬度增加，但强度、塑性、韧性降低强度、塑性、韧性降低n 这是因为这是因为Fe3C成连续网成连续网状分布，进一步破坏了铁素状分布，进一步破坏了铁素体基体之间的连接作用所造体基体之间的连接作用所造成
2、。成。6n 碳碳(C)、硅、硅(Si)、锰、锰(Mn)、磷、磷(P)、硫、硫(S)通常被称为通常被称为钢铁材料的五大元素钢铁材料的五大元素。n C，Si，Mn对钢铁材料是有益的，称为对钢铁材料是有益的，称为合金元素合金元素；n P和和S则是有害元素，称为则是有害元素，称为杂质元素杂质元素。 n N、H、O等元素的影响。等元素的影响。4.54.5 钢中的杂质元素及钢锭组织钢中的杂质元素及钢锭组织钢中的杂质元素及钢锭组织钢中的杂质元素及钢锭组织（1 1）合金元素与杂质元素）合金元素与杂质元素7n锰在钢中的存在也属于有益元素，它与氧有较强的亲合力，锰在钢中的存在也属于有益元素，它与氧有较强的亲合力，
3、具有较好的脱氧能力，在炼钢时作为脱氧剂加入。具有较好的脱氧能力，在炼钢时作为脱氧剂加入。n另外锰与硫的亲合力很强，在钢液中与硫形成另外锰与硫的亲合力很强，在钢液中与硫形成MnS，起到去，起到去硫作用，大大的消除了硫的有害影响。硫作用，大大的消除了硫的有害影响。n钢中的含锰量一般为钢中的含锰量一般为0.250.80%，它一部分溶入铁素体起到，它一部分溶入铁素体起到固溶强化作用，提高铁素体的强度，锰还可溶入渗碳体形成合固溶强化作用，提高铁素体的强度，锰还可溶入渗碳体形成合金渗碳体（金渗碳体（Fe，Mn）3C，使钢具有较高的强度；，使钢具有较高的强度；n另一部分锰与硫形成另一部分锰与硫形成MnS，与
4、氧形成，与氧形成MnO，这些非金属夹杂，这些非金属夹杂物大部分进入炉渣。物大部分进入炉渣。（1）锰的影响）锰的影响8n硅在钢中的存在属于有益元素，由于它与氧有很大的亲合力，具有很好地脱氧能力。在硅在钢中的存在属于有益元素，由于它与氧有很大的亲合力，具有很好地脱氧能力。在炼钢时作为脱氧剂加入，炼钢时作为脱氧剂加入，Si+2FeO=2Fe+SiO2，硅与氧化铁反应生成二氧化硅（，硅与氧化铁反应生成二氧化硅（SiO2）非金）非金属夹杂物，一般大部分进入炉渣，消除了属夹杂物，一般大部分进入炉渣，消除了FeO的有害作用。但如果它以夹杂物形式存在于的有害作用。但如果它以夹杂物形式存在于钢中，将影响钢的性能
5、。钢中，将影响钢的性能。n碳钢中的含硅量一般碳钢中的含硅量一般Si%0.4%，它大部分溶入铁素体，起固溶强化作用，提高铁素体的，它大部分溶入铁素体，起固溶强化作用，提高铁素体的强度，而使钢具有较高的强度。强度，而使钢具有较高的强度。（2）硅的影响）硅的影响9（3）硫的影响）硫的影响10n硫在钢中是有害的杂质。硫在钢中是有害的杂质。n液态时液态时Fe、S能够互溶，固态时能够互溶，固态时Fe几乎不溶解硫，而与硫形成熔点为几乎不溶解硫，而与硫形成熔点为1190的化合物的化合物FeS。形成的共晶体（。形成的共晶体（-Fe+FeS）以离异共晶形式分布在）以离异共晶形式分布在 -Fe晶界处。晶界处。n若将
6、含有硫化铁共晶体的钢加热到轧制、锻造温度时，共晶体熔化，进行轧制或锻造时，若将含有硫化铁共晶体的钢加热到轧制、锻造温度时，共晶体熔化，进行轧制或锻造时，钢将沿晶界开裂，这种现象称为钢的钢将沿晶界开裂，这种现象称为钢的“热脆热脆”或或“红脆红脆”。11（4）磷的影响）磷的影响12n磷在钢中的存在一般属于有害元素。磷在钢中的存在一般属于有害元素。n在在1049时，磷在时，磷在Fe中的最大溶解度可达中的最大溶解度可达2.55%，在室温时溶解度仍在，在室温时溶解度仍在1%左右，因左右，因此磷具有较高的固溶强化作用，使钢的强度、硬度显著提高，但也使钢的塑性，韧性此磷具有较高的固溶强化作用，使钢的强度、硬
7、度显著提高，但也使钢的塑性，韧性剧烈降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧升高，这种现象称为剧烈降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧升高，这种现象称为冷脆冷脆。 13（5）氮的影响）氮的影响Fe-NFe-N相图相图14n氮在钢中的存在一般认为是有害元素。氮在钢中的存在一般认为是有害元素。nN在在中的最大溶解度在中的最大溶解度在650为为2.8%N，在，在中的最大溶解中的最大溶解度在度在590约为约为0.1%N,而在室温时的溶解度很小低于而在室温时的溶解度很小低于0.001%N，因此将钢由高温快速冷却后，可得到溶氮过饱和，因此将钢由高温快速冷却后，可得到溶氮过饱和的铁素体。这种溶氮过饱和的铁素体是不稳
8、定的，在室温长的铁素体。这种溶氮过饱和的铁素体是不稳定的，在室温长时间放置时时间放置时N将以将以Fe4N的形式析出，使钢的强度、硬度升高，的形式析出，使钢的强度、硬度升高，塑性、韧性降低，这种现象称为塑性、韧性降低，这种现象称为时效硬化时效硬化。n为了减轻氮的有害作用，就必须减少钢中的含氮量或加入为了减轻氮的有害作用，就必须减少钢中的含氮量或加入Al、V、Nb、Ti等元素，使它们优先形成稳定的氮化物，以等元素，使它们优先形成稳定的氮化物，以减小氮所造成的时效敏感性。减小氮所造成的时效敏感性。15（6）氢的影响）氢的影响n氢在钢中的存在也是有害元素，它是由潮湿的炼钢原料和氢在钢中的存在也是有害元
9、素，它是由潮湿的炼钢原料和炉气而进入钢中的。炉气而进入钢中的。n氢在钢中的溶解度甚微，但严重的影响钢的性能，氢溶入氢在钢中的溶解度甚微，但严重的影响钢的性能，氢溶入铁中形成间隙固溶体，使钢的塑性大大降低，脆性大大升高，铁中形成间隙固溶体，使钢的塑性大大降低，脆性大大升高，这种现象称为这种现象称为氢脆氢脆。n含有较多氢的钢，在加热热轧时溶入，冷却时溶解度降低，含有较多氢的钢，在加热热轧时溶入，冷却时溶解度降低，析出的氢结合成氢分子，使钢的塑性大大降低，脆性大大升析出的氢结合成氢分子，使钢的塑性大大降低，脆性大大升高，加上热轧时产生的内应力，当它们的综合作用力大于钢高，加上热轧时产生的内应力，当它
10、们的综合作用力大于钢的时，在钢中就会产生许多微细裂纹如头发丝一样，也称发的时，在钢中就会产生许多微细裂纹如头发丝一样，也称发裂，这种组织缺陷称为裂，这种组织缺陷称为白点白点。16（7）氧的影响）氧的影响n氧在钢中的存在也是有害元素，由于炼钢是一个氧化过程，氧在钢中的存在也是有害元素，由于炼钢是一个氧化过程，氧在钢液中起到去除杂质的积极作用，但在随后的脱氧过程氧在钢液中起到去除杂质的积极作用，但在随后的脱氧过程中不能完全将它除净，氧在钢中的溶解度很小，在中不能完全将它除净，氧在钢中的溶解度很小，在700时时为为0.008%，在，在500时在铁素体中的溶解度时在铁素体中的溶解度1 1，则，则，则，
11、则k k0 0愈大），则凝固时偏析愈大，产生的枝晶愈大），则凝固时偏析愈大，产生的枝晶愈大），则凝固时偏析愈大，产生的枝晶愈大），则凝固时偏析愈大，产生的枝晶脖颈很细，更易脱离成为中心等轴晶区的籽晶。脖颈很细，更易脱离成为中心等轴晶区的籽晶。脖颈很细，更易脱离成为中心等轴晶区的籽晶。脖颈很细，更易脱离成为中心等轴晶区的籽晶。 46Al-CuAl-Cu合金铸件中的枝晶偏析合金铸件中的枝晶偏析合金铸件中的枝晶偏析合金铸件中的枝晶偏析4748本节要点概念：细晶区、等轴晶、柱状晶、偏析、宏观偏析、微概念：细晶区、等轴晶、柱状晶、偏析、宏观偏析、微观偏析、正偏析、反偏析、比重偏析、显微偏析、胞状观偏析、正偏析、反偏析、比重偏析、显微偏析、胞状偏析、枝晶偏析、晶界偏析、缩孔、疏松偏析、枝晶偏析、晶界偏析、缩孔、疏松合金元素与杂质元素碳钢组织和性能的影响合金元素与杂质元素碳钢组织和性能的影响铸件的缺陷的类型铸件的缺陷的类型49作 业画出画出Fe-C相图相图写出相图中点线面所表示的含义，并给出相应的成分、写出相图中点线面所表示的含义，并给出相应的成分、温度温度写出工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶写出工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁的凝固过程铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁的凝固过程
