鐵碳合金相圖分析（課堂PPT）

1、1第七章第七章 鐵鐵 碳碳 合合 金金7.1 概概 述述7.2 純純 鐵鐵7.3 碳與鐵碳合金中的相碳與鐵碳合金中的相7.4 Fe-Fe3C相圖相圖7.5 Fe-C相圖相圖7.6 鐵碳合金成分、組織與性能間的關(guān)系鐵碳合金成分、組織與性能間的關(guān)系7.7 鋼中的雜質(zhì)鋼中的雜質(zhì)2 7.1 概概 述述 鋼鐵是鐵與碳的合金，各種合金鋼也是在鐵與碳的基礎(chǔ)上，為了具有某種特殊的性能而添加一些合金元素。鋼鐵是目前人類社會中最重要的金屬材料。因此，鐵與碳的合金是最重要的合金。T 鐵碳元素在地殼中占41.2，儲量集中，易于開采，而且易于從礦石中還原成金屬；T 鐵碳合金的強韌性配合得好；3T 鐵碳合金可形成兩個同素

2、異構(gòu)體，多種組織，性能變化范圍寬；T 776以下，具有鐵磁性；T 熔點為1538 ，熱激活過程可以在不太高的溫度下進(jìn)行。T 可以有意無意地加入其它元素，得到各種各樣的性能。47.2 純純 鐵鐵1. 鐵元素的化學(xué)特性鐵元素的化學(xué)特性 化學(xué)元素鐵的原子序數(shù)是26，在第四周期，屬于過渡族，原子量是55.85，原子軌道是3d64s2。 鐵的熔點是1538，汽化溫度是2738，密度為7.87g/cm3。2. 純鐵的多形性純鐵的多形性 從高溫到低溫，純鐵由液相依次發(fā)生了三種多形性變化：5液相（L） -Fe -Fe -Fe其中： -Fe為體心立方晶體結(jié)構(gòu)。 -Fe為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，此時發(fā)生第一次同素異形

3、轉(zhuǎn)變； -Fe面心立方的邊長為0.36563nm，最近原子間距為 0.25850nm，原子半徑 0.12925nm，四面體間隙的邊 長為0.02908nm，八面體間隙邊長為 0.05350nm。 -Fe為體心立方晶體結(jié)構(gòu)，此時發(fā)生第二次同素異形 轉(zhuǎn)變； -Fe體心立方的邊長為0.28663nm，最近原子間距為 0.24821nm，原子半徑 0.12410nm，四面體間隙的邊 長為0.03596nm，八面體間隙邊長為 0.01862mm。153813949126純鐵的性能與應(yīng)用純鐵的性能與應(yīng)用 力學(xué)性能：力學(xué)性能：b176274MPa 0.298166MPa 3050，7080 HB5080 a

4、K1.52MNm/m2 應(yīng)應(yīng) 用：用：主要應(yīng)用于電子材料，作為鐵芯。77.3 碳與鐵碳合金中的相碳與鐵碳合金中的相碳的物理化學(xué)特性碳的物理化學(xué)特性 碳的原子序數(shù)是6，原子量是12.01，密度是2.25g/cm3。 碳的原子半徑為0.34nm。碳有兩種存在形式：石墨和金剛石，石墨較為廣泛。 石墨是由碳原子層組成，層內(nèi)原子呈正六邊形。層內(nèi)原子由共價鍵結(jié)合，原子間距為0.142nm。層間原子由弱金屬鍵結(jié)合，間距為0.34nm。 石墨的晶體結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，其中a0.46nm，c0.670nm，每個晶胞含有四個原子。8碳在鐵中的固溶體碳在鐵中的固溶體 碳與鐵通過相互作用可形成鐵素體和奧氏體兩種間隙固溶

5、體以及化合物滲碳體。 鐵素體是碳原子作為間隙式溶質(zhì)溶入到體心立方晶體鐵-Fe的間隙中形成的間隙式固溶體。C在-Fe的溶解度是：G(wt%)2.55exp（9700/RT），碳在體心立方中的溶解度十分有限，727時，C在-Fe中的溶解度是0.022。 鐵素體有與純鐵相同的性能，居里點是770。常用符號：F或 奧氏體是碳原子作為間隙式溶質(zhì)溶入到-Fe中的間隙形成的間隙式固溶體。9 由于面心立方的八面體間隙較大，因此-Fe的溶碳能力較高，1147時碳在-Fe中有最大溶解度，2.14。 奧氏體有較好的塑性，具有順磁性。常用A或表示。 滲碳體是鐵與碳組成的化合物Fe3C。 滲碳體具有復(fù)雜的斜方晶格，其中

6、a0.4524nm，b0.5089nm，c0.6743nm。單胞中有12個Fe原子，4個碳原子，F(xiàn)e：C3：1。晶胞中每個碳原子周圍有6個鐵原子，組成一個三角棱柱，碳原子位于三角棱柱的中心。含碳為6.69。 滲碳體具有很高的硬度，HV9501050，而塑性幾乎為零，常溫下具有鐵磁性，居里點是230，熔點計算值為1227。10鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 滲碳體在熱力學(xué)中上是個亞穩(wěn)定的相，石墨才是穩(wěn)定的相。但在實際中，石墨的表面能很大，形核需要很高的能壘，一般條件下，碳大多和鐵結(jié)合成滲碳體，只有在極緩慢冷卻或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，碳才能以石墨的形式存在。 因此，鐵碳相圖有兩類： 液體、

7、固溶體和滲碳體之間亞穩(wěn)平衡，是緊靠鐵端部分，其中C含量的范圍是06.69 液體、固溶體和石墨之間的穩(wěn)定平衡，其中C含量的范圍是0100。 通常，相圖中有虛實兩線，實線表示類，虛線表示類，無虛線部分表示兩者共有，此稱為雙線鐵碳相圖。 117.4 Fe-Fe3C相圖相圖1. Fe-Fe3C相圖相圖123456ABCDEFGHNJPMOSKQ15381394115411489107707387272301493LCm L+Cm CmFeFe3C+ L12符符 號號溫溫 度度/ （C）/%說說 明明A15380純鐵的熔點純鐵的熔點B14930.53包晶轉(zhuǎn)變時液態(tài)合金的成分包晶轉(zhuǎn)變時液態(tài)合金的成分C11

8、474.30共晶點共晶點D12276.69滲碳體的熔點滲碳體的熔點E11472.14碳在碳在-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度F11476.69共晶反應(yīng)生成的滲碳體共晶反應(yīng)生成的滲碳體G9120-Fe向向-Fe轉(zhuǎn)變溫度（轉(zhuǎn)變溫度（A3）H14930.09碳在碳在-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度13J14930.16包晶點包晶點K7276.69共析反應(yīng)生成的滲碳體共析反應(yīng)生成的滲碳體M7700純鐵的磁性轉(zhuǎn)變點純鐵的磁性轉(zhuǎn)變點N13940-Fe向向-Fe的轉(zhuǎn)變溫度（的轉(zhuǎn)變溫度（A4）O7700.5（C）0.5合金的磁性轉(zhuǎn)變溫度合金的磁性轉(zhuǎn)變溫度P7270.022碳在碳在-Fe中的最大溶解度中的最

9、大溶解度S7270.76共析點（共析點（A1）Q6000.0057600時碳在時碳在-Fe中的溶解度中的溶解度14由上可知，F(xiàn)e-Fe3C相圖中有以下組成部分：液相線：ABCD固相線：AHJECF五個單相區(qū)：L，和和Fe3C七個兩相區(qū)：L ，L ，L Fe3C， ， ， Fe3C， Fe3C兩條磁性轉(zhuǎn)變線：MO（鐵素體的）及過230的虛線（滲碳體的）三條水平相變線：HJB包晶轉(zhuǎn)變線 ECF共晶轉(zhuǎn)變線 PSK共析轉(zhuǎn)變線15三個相變?nèi)齻€相變 包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變： 1493時，B點成分的液相和H點成分的鐵素體進(jìn)行包晶反應(yīng)生成J點成分的奧氏體，即LB+H=J 共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變： 1147時，C點成分的液

10、相通過共晶轉(zhuǎn)變生成E點成分的奧氏體和滲碳體，即LC EFe3C。 反應(yīng)得到的共晶體EFe3C稱為萊氏體，用字母Ld表示。萊氏體繼續(xù)冷卻至727時，萊氏體中的奧氏體要發(fā)生相變，相變后的萊氏體用 表示。 共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： 727時，S點成分的奧氏體共析分解成P點成分的鐵素體和滲碳體，即SPFe3C。 所得到的共析體PFe3C稱為珠光體，用P表示。LdLd163. 鐵碳合金的平衡結(jié)晶和組織轉(zhuǎn)變鐵碳合金的平衡結(jié)晶和組織轉(zhuǎn)變1）鐵碳合金的分類）鐵碳合金的分類 工業(yè)純鐵：工業(yè)純鐵：碳含量小于0.022的鐵碳合金稱為工業(yè)純鐵，其特點是在冷卻過程中不發(fā)生共析反應(yīng)。 鋼：鋼：碳含量在0.0222.14之間的

11、鐵碳合金稱為鋼，其特點是結(jié)晶過程不發(fā)生共晶反應(yīng)。根據(jù)室溫組織的不同，鋼又分為： 共析鋼：碳含量為0.76 亞共析鋼：碳含量在0.0220.76之間 過共析鋼：碳含量在0.762.14之間 鑄鐵：鑄鐵：碳含量在2.146.69之間的鐵碳合金稱為鑄鐵，又稱白口鐵。17 白口鐵的特點是結(jié)晶過程發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，因而有較好的鑄造性能。但滲碳體量很多，質(zhì)脆，不能鍛造。根據(jù)室溫組織的不同，白口鐵又分為： 共晶白口鐵：碳含量為4.30 亞共晶白口鐵：碳含量在2.114.30之間 過共晶白口鐵：碳含量在4.306.69之間2）各類鐵碳合金的組織轉(zhuǎn)變）各類鐵碳合金的組織轉(zhuǎn)變v 工業(yè)純鐵 a1a2a3a4a5a6a7

12、高溫液相開始冷卻：在a1點溫度開始從液相中結(jié)晶出鐵素體 結(jié)晶完畢后在a2點溫度開始形成單相 冷卻至a3點溫度時開始從相的晶界上中析出相，直至a4點溫度 冷卻至a5點溫度時，在 相晶界上18 析出鐵素體，至a6點溫度時相全部轉(zhuǎn)變?yōu)橄?在a7點溫度時， 鐵素體中的碳達(dá)到飽和，繼續(xù)冷卻將從鐵素體中析出Fe3C，分布在鐵素體的晶界上。室溫下的平衡組織： 鐵素體 Fe3C v 共析鋼高溫鋼液開始冷卻：b1溫度時從液相中結(jié)晶析出相，直至b2點溫度時完畢 單相一直保存至b3點溫度 在b3點溫度發(fā)生共析反應(yīng)，得到珠光體利用杠桿定律，可計算珠光體中鐵素體和滲碳體的相對量：b1b2b3PS19 在珠光體團中，珠光

13、體中鐵素體和滲碳體是有一定位向關(guān)系的： 珠光體是由交替排列的片層鐵素體和滲碳體構(gòu)成的。333(001)/(521)1001312.60101132.6Fe CFFe CFe C與差與差3SK6.690.76%100%100%88.9%PK6.690.022PS0.760.022100%100%11.1%PK6.690.022Fe C20v 亞共析鋼當(dāng)合金自液相冷卻時：在c1點溫度開始結(jié)晶析出鐵素體 在c2點溫度時，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)換，即液相成分變到B點，相成分變到H點，轉(zhuǎn)變生成J點成分的相。此時相消失，但仍留有過剩的L相 剩余液相在繼續(xù)冷卻過程中，結(jié)晶生成相，至c3點溫度結(jié)束，得到單相的相，直至c4

14、點 在c4點溫度時，開始在晶界位置處有相析出，繼續(xù)降低溫度， 相不斷增多 在c5點溫度，相成分變到S點，共析反應(yīng)生成成分為P點的 相，形成珠光體。c1c2c4c3c5HBJPS21 通常將共析反應(yīng)前從奧氏體中析出的鐵素體稱為先共析鐵素體。 利用杠桿定律，設(shè)碳含量是0.3的亞共析鋼，則共析反應(yīng)后組織中的先共析鐵素體和珠光體的相對量為：此時，合金中與Fe3C兩相的相對量為：c5S0.760.3%100%100%62.2%PS0.760.022Pc50.30.022P100%100%37.8%PS0.760.022c5K0.3%100%100%95.8%PK6.690.022Pc50.30.022P

15、100%100%4.2%PK6.690.0226.6922 亞共析鋼的室溫平衡組織是先共析鐵素體和珠光體。 亞共析鋼中的先共析鐵素體可能呈現(xiàn)不同的形態(tài)：先共析鐵素體在奧氏體晶界上形核后，可形成沿原奧氏體晶界的網(wǎng)狀先共析鐵素體；也可沿奧氏體晶內(nèi)某特定晶面生長成相互平行的片狀，即魏氏組織。 v 過共析鋼d1d2d3PSd4當(dāng)合金從液相開始冷卻：在d1點溫度開始結(jié)晶出相，直至d2點溫度時結(jié)束，得到單相 在d3點溫度時，奧氏體中的碳得到飽和，繼續(xù)冷卻時，奧氏體中析出二次滲碳體Fe3C ，呈網(wǎng)狀沿奧氏體晶界析出 在d4點溫度時，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，s點成分的奧氏體共析分解，形成珠光體。23 共析反應(yīng)后，過共析

16、鋼的室溫組織是Fe3C和珠光體。 設(shè)有一碳含量為1.0的過共析鋼，則應(yīng)用杠桿定律，可知二者在組織中的相對量為： 過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物隨鋼中含碳量的增多而增多，網(wǎng)狀碳化物對鋼的性能有極惡劣的影響，特別是造成鋼的塑性和沖擊韌性的大幅降低，因此在實際生產(chǎn)中一定要避免或消除這種網(wǎng)狀碳化物。3d4S1.00.76100%100%4.0%SK6.690.76d4K6.69 1.0P100%100%96.0%SK6.690.76Fe C24ECS當(dāng)合金自液相冷卻時：達(dá)到共晶溫度，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成萊氏體，即奧氏體和滲碳體的兩相混合物 繼續(xù)冷卻，萊氏體中的滲碳體不變，其中的奧氏體成分沿ES線變化，從奧氏體中析

17、出Fe3C，附著在共晶體的滲碳體上，難以觀察 冷卻到共析溫度時，奧氏體成分變到S點，萊氏體中的奧氏體發(fā)生共析分解形成珠光體（這種經(jīng)共析反應(yīng)的萊氏體稱為低溫萊氏體） 珠光體在低溫時繼續(xù)析出三次滲碳體。v 共晶白口鐵25共晶反應(yīng)后萊氏體中兩相的相對量是：v 亞共晶白口鐵3CF6.694.30100%100%52.5%EF6.692.14EC4.302.14100%100%47.5%EF6.692.14Fe CECSf1f2f3當(dāng)合金自液相冷卻時：在f1點溫度時開始結(jié)晶出奧氏體，之后液相成分沿BC線變化，相成分沿JE線變化 冷卻到f2時，液相成分變化到C點， 相成分變化到E點，此時液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，

18、形成萊氏體 繼續(xù)冷卻，奧氏體成分沿ES線變化，達(dá)到f3點時，S點成分的奧氏體（包 26 括先共晶的奧氏體和萊氏體中的奧氏體）發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，珠光體轉(zhuǎn)變后的萊氏體稱為低溫萊氏體 繼續(xù)冷卻，從珠光體和低溫萊氏體中的鐵素體中都有三次滲碳體析出。v 過共晶白口鐵ECSg1g2g3當(dāng)合金自液相冷卻時：在g1點溫度，從液相中開始結(jié)晶出滲碳體（這種從液相中直接析出的滲碳體為一次滲碳體） 冷卻到g2點溫度時，剩余液相成分變到C點，發(fā)生共晶反應(yīng)，得到萊氏體 繼續(xù)冷卻，奧氏體成分沿ES線變化，達(dá)到g3點時，S點成分的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變， 27 形成珠光體，共析轉(zhuǎn)變后的萊氏體稱為低溫萊氏體 繼續(xù)冷卻，從珠

19、光體和低溫萊氏體中的鐵素體中析出三次滲碳體?？偨Y(jié)：從Fe-Fe3C相圖可知，鐵碳合金室溫下的相組成物都是鐵素體和滲碳體，并且隨含碳量的增加，滲碳量不斷增多。而相比之下，室溫組織組成物卻有、Fe3C、P、 Fe3C、Fe3C 和 。Ld287.5 Fe-C相圖相圖1. Fe-C相圖相圖AGNQG 123456BCDEFHJPMOSK15381394115411489107707387272301493LG GDCEFSKP0251015202529與Fe-Fe3C相圖的不同之處：1）液相線：ABC 固相線：AHJ2）在）在Fe-Fe3C相圖中所有析出滲碳體的線、點，在Fe-C相圖中除位置除有所改

20、變外，都是析出石墨： 線析出初次石墨 線析出二次石墨 線通過共晶轉(zhuǎn)變形成的共晶體是奧氏體與片狀石墨組成的團狀組織，即一個共晶領(lǐng)域是一個奧氏體石墨共晶團。 D ECF C D E S E C F30 用掃描電鏡可以觀察到石墨的空間形態(tài)，由此可以證明，在一個共晶領(lǐng)域內(nèi)石墨是相互連接成多枝狀的。光學(xué)顯微鏡下觀察到的條狀石墨乃是這些多枝狀石墨片的截面。 線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，得到的共析組織是鐵素體與石墨組成。 石墨呈點狀分布在鐵素體基體上，但在含碳量大于2.08的合金中，二次石墨和共析石墨一般都依附在共晶石墨上生長。 P S K312. 各類鐵碳合金中的石墨形態(tài)各類鐵碳合金中的石墨形態(tài) 接近共晶成分的鐵碳

21、合金： A型型 石墨無方向性均勻分布 B型型 石墨呈片狀與點狀聚集成的菊花狀分布 亞共晶成分的鐵碳合金： 亞共晶合金如果碳含量偏低，則在共晶轉(zhuǎn)變之前有較多的先共晶奧氏體呈樹枝狀析出，此時奧氏體石墨共晶只能在枝晶間生長。此時石墨呈D型型分布。A 型型B 型型32D 型型石墨在枝晶間呈點片狀分布過共晶成分的鐵碳合金： 過共析成分的鐵碳合金凝固后組織中含有初次石墨 C型：型：初次石墨呈粗大的片狀 F型：型：初次石墨呈星狀分布C 型型F 型型33 如果在亞共晶、過共晶或共晶合金澆注前，向液體中加入少量的鎂或稀土元素，并加入硅進(jìn)行變質(zhì)處理，則合金凝固后的石墨呈球狀。 碳含量大于2.08并按穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)生共

22、晶轉(zhuǎn)變的合金，由于其斷口呈灰色，叫做灰口鑄鐵，當(dāng)石墨呈球狀時，稱為球墨鑄鐵。347.6 含碳量低于含碳量低于2.11并按亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的合金并按亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的合金 含碳量低于2.11的鐵碳合金是純鐵和鋼。而鋼按碳含量的多少又分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。其室溫組織分別為： 純 鐵鐵素體和沿晶界分布的三次滲碳體，三次滲 碳體的含量隨碳含量的增加而增加。 亞共析鋼鐵素體和珠光體，珠光體的含量隨碳含量的 增加而直線增加。 鐵碳合金的成分、組織鐵碳合金的成分、組織 和性能之間的關(guān)系和性能之間的關(guān)系35 過共析鋼珠光體和二次滲碳體。隨著碳含量的增加，二 次滲碳體的含量增多。二次滲碳體沿奧氏體晶 界析出，

23、當(dāng)數(shù)量足夠多時，便會形成連續(xù)的網(wǎng) 絡(luò)。 純鐵和各類鋼室溫下的相組成都是鐵素體和滲碳體。隨著碳含量的增加，滲碳體量逐漸增多。 根據(jù)合金的性能大體上是組成相性能的平均值這一規(guī)律，鐵碳合金的各項性能與碳含量之間大致具有直線關(guān)系。如圖所示為碳含量對緩冷鋼力學(xué)性能與某些物理性能的影響： 00.02180.77 2.114.350%100%FCmCmLdC%P室溫組織組成相對室溫組織組成相對 量圖表量圖表36 由圖可知，抗拉強度b在碳含量接近1.0是出現(xiàn)峰值，這是因為由于脆性的二次滲碳體在碳含量高于1.0時會形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，使鋼的脆性大增，因而會使脆性的二次滲碳體處出現(xiàn)早期的裂紋并發(fā)展成斷裂，使抗拉強度隨

24、之降低。 在拉伸實驗中，拉伸曲線具有明顯的上、下屈服點。（如圖曲線a）同時還觀察到應(yīng)變時效現(xiàn)象。 應(yīng)變時效：應(yīng)變時效：如果在超過下屈服點以后卸載并立即重新加載進(jìn)行試驗，試樣將發(fā)生彈性變形直到第一次的卸載點為止，0.02180.77 2.114.3050%100%FCmC%0.02180.77 2.114.3性性能能CmFHB b bC%相組成相對量圖表相組成相對量圖表組織與性能圖表組織與性能圖表37 在其后發(fā)生塑性變形時，不出現(xiàn)屈服點（如圖曲線b）。如果在卸載后放置一段時間或在200左右短時間加熱后再試驗，則屈服點將重新出現(xiàn)，并伴有屈服應(yīng)力提高（如圖曲線c） 。上屈服點上屈服點下屈服點下屈服點

25、abc應(yīng)應(yīng) 變變應(yīng)應(yīng) 力力38含碳量在含碳量在2.116.69并按亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的并按亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的 合金合金1）組織特性 這類合金的組織中至少含有總量為31.5的滲碳體，并以含有萊氏體為其特征。 亞共晶鑄鐵：隨著碳含量的增加，萊氏體含量由0增至 100。 過共晶鑄鐵：隨著碳含量的增加，萊氏體含量由100減 至0，但初次滲碳體的含量卻由0增至 100。2）性能特性 滲碳體很脆，萊氏體又是以滲碳體為基體的共晶體，因此這類合金都具有很大的脆性，但同時，硬度和耐磨性都很高，在某些條件下可用于表面要求很高硬度和耐磨性的零件。39按穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的合金按穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的合金1）組織特性 按穩(wěn)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)變后，所有

26、合金在室溫下均由鐵素體和石墨組成。2）性能特性 這類合金的強度和塑性都很差，這是因為： 鐵素體本來是個強度很低而塑性很高的相，而石墨本來幾乎沒有機械強度。由這樣兩種相組成混合物時，石墨的存在一方面減少了鐵素體承受機械載荷的有效斷面積，另一方面又由于石墨呈片狀，具有的尖端效應(yīng)造成應(yīng)力集中，幾乎使合金的塑性喪失殆盡。40實際生產(chǎn)中的合金轉(zhuǎn)變實際生產(chǎn)中的合金轉(zhuǎn)變 實際上，含碳量小于2.11的合金在一般情況下都是按照亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的。 含碳量高于2.08的合金，在實際生產(chǎn)中是把成分控制在共晶或亞共晶范圍內(nèi)，在高溫區(qū)，按穩(wěn)定系統(tǒng)凝固與轉(zhuǎn)變，得到共晶與二次石墨；在低溫區(qū)，按亞穩(wěn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變得到珠光體。 L2.0

27、8A4.3 Ld0.68A0.0218FFeG共晶共晶G二次二次G共析共析G三次三次第一階段第一階段第二階段第二階段第三階段第三階段41如圖，鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得的組織名名 稱稱程程 度度第一階段第一階段 第二階段第二階段第三階段第三階段顯微組織顯微組織灰口灰口鑄鐵鑄鐵充分進(jìn)行充分進(jìn)行充分進(jìn)行FG充分進(jìn)行充分進(jìn)行部分進(jìn)行FPG充分進(jìn)行充分進(jìn)行不進(jìn)行PG麻口麻口鑄鐵鑄鐵部分進(jìn)行部分進(jìn)行不進(jìn)行PG白口白口鐵鐵不進(jìn)行不進(jìn)行不進(jìn)行 PFe3CLdLd425. 石墨化的一些規(guī)律石墨化的一些規(guī)律 1）合金元素 促進(jìn)石墨化的合金元素：C、Si、Al、Ni、Co 阻礙石墨化的合金元素：Cr、W、Mo、Y

28、、Mn、S2）高溫下長時間保溫，可促進(jìn)石墨化。3）可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵的吸振性、鑄造性、切削加工性較好。變質(zhì)處理的球墨鑄鐵，其力學(xué)性能近于鋼的水平。437.7 鋼中的雜質(zhì)鋼中的雜質(zhì)鋼中雜質(zhì)的來源鋼中雜質(zhì)的來源 由于原料和冶煉工藝的限制，實際使用的鋼中都含有0.4Si、0.8Mn、0.07S、0.09P以及微量的氣體元素O、H、N等。 其中，Si和Mn是在鋼的冶煉過程中必須加入的脫氧劑，而S、P、O、N、H等則是從原料或大氣中帶來而在冶煉使不能去凈的雜質(zhì)。2. 雜質(zhì)元素對鋼組織性能的影響雜質(zhì)元素對鋼組織性能的影響vSi和和Mn 在鋼脫氧時，Si和Mn可把FeO還原成鐵，并形成SiO2和44 MnO

29、。Mn還可與鋼液中的S形成MnS。這些反應(yīng)產(chǎn)物大部分進(jìn)入爐渣，小部分殘留在鋼中成為 非金屬夾雜物。 Si和Mn，凝固后溶于奧氏體或鐵素體中，Mn還可溶于滲碳體，形成合金滲碳體（Fe，Mn）3C。 溶于鐵素體中的Si和Mn可提高鐵素體的強度，因而也提高鋼的強度。當(dāng)它們的含量大約不超過1時，不降低鋼的塑性和韌性。所以，認(rèn)為認(rèn)為Si和和Mn是鋼中的有益元素。是鋼中的有益元素。 值得注意的是：冷鐓件和冷沖壓件的鋼材，因Si對鐵素體的強化作用，使鋼的彈性極限升高，以至在加工過程中造成模具的磨損過大，動力消耗過大，因此冷鐓件和冷沖壓件常常采用含Si很低，不脫氧的沸騰鋼。45v S S可溶于液態(tài)鐵中，但在固

30、態(tài)鐵中的溶解度極小，并可與鐵形成FeS。FeS又可與鐵形成熔點為989的（FeFeS）的共晶體，這種共晶體將在鋼液凝固后期凝固，并存在于奧氏體枝晶間。由于S含量一般不超過0.1%,故（FeFeS）共晶體的量也很少，幾乎都是離異共晶。 如果鋼中存在（FeFeS）共晶體，在加熱到11501200之間時，它們就會成為液體 ，一經(jīng)鍛打，鋼就會沿晶界開裂。這種現(xiàn)象叫做熱脆或紅脆熱脆或紅脆。即使不經(jīng)壓力加工，網(wǎng)狀FeS的存在對鋼的力學(xué)性能也是損害極大的。如果鋼液脫氧不良，含較多FeO，還會形成熔點更低的（FeFeOFeS)三相共晶體，其危害更大。46 鋼中的Mn可以減弱S對鋼的有害作用。由于Mn和S化學(xué)親

31、和力大于Fe和S的化學(xué)親和力，所以在含Mn的鋼中，S和Mn形成MnS，從而避免了FeS的形成。MnS的熔點在1600，高于熱加工溫度，并在高溫下具有一定的塑性，故不會使鋼發(fā)生熱脆。但MnS畢竟是一種非金屬夾雜物，起著割斷鋼的基體連續(xù)性的作用，會降低鋼的疲勞強度、塑性和韌性。 此外，S含量過高，會使鋼鑄件在鑄造應(yīng)力的作用下發(fā)生熱裂，對焊接件而言易于在焊縫處發(fā)生熱裂，同時還易于在焊接過程中生成SO2氣體，使焊縫產(chǎn)生氣孔和疏松。 所以，S是一種有害元素是一種有害元素。普通質(zhì)量鋼中其含量0.055；優(yōu)質(zhì)鋼中其含量在0.040以下；高級優(yōu)質(zhì)鋼則0.030；要求更高時，甚至限制其含量0.020。47 但S

32、在個別情況下表現(xiàn)出對鋼性能的有利作用。如在易削鋼中同時提高M(jìn)n和S的含量，使鋼中含有較多的MnS。MnS可降低鋼的塑性，使切削易于斷裂。MnS還在切削過程中起到一定的潤滑作用，減小刀具與工件之間的摩擦，延長刀具的壽命。v P P在Fe中有最大溶解度，1049可達(dá)2.55。雖然隨著溫度的降低，溶解度將不斷下降，但在室溫仍達(dá)1左右，遠(yuǎn)大于鋼中的一般P含量。因此在一般情況下，鋼中的P全部存在于固溶體中。 由于Fe-P相圖中液相線和固相線距離很大，因此P在Fe中具有很強的偏析傾向。48 在鐵基合金中，P對鐵素體較之其它元素具有更強的固溶強化能力，但在P含量較高時，它會劇烈地降低鋼的塑性和韌性。 P在低溫下會變脆，這種現(xiàn)象叫做冷脆冷脆，開始變脆的溫度叫做韌脆轉(zhuǎn)化溫度，它與鋼的成分和組織狀態(tài)有關(guān)。P會降低鋼的沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉(zhuǎn)化溫度。 因此，在含量較高時，在含量較高時，P是一種有害元素是一種有害元素。一般情況下，普