版1ec30-02w00
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液态：Fe、C 无限互溶 。 固态：固溶体 金属化合物
t ℃
1538 δ-Fe+C ——铁素体F
1394 γ-Fe+C——奥氏体A
912 α-Fe+C——铁素体F
s
一铁素体
碳溶于α-Fe形成的固溶体——铁素体F
体心立方，显微镜下为均匀明亮的多边形晶粒。
性能：韧性很好（因含C少），强、硬不高。δ=45~50%，HBS=
σb=250Mpa 含碳： 727℃，0.02%
二 奥氏体
碳溶于γ-Fe中形成的固溶体—“A”
面心立方,显微镜下多边形晶粒,晶界较F平直.
性能:塑性好,压力加工所需要组织.含碳最高;1147℃,2.11% HBS=170~220
三渗碳体
金属化合物 Fe3C 复杂晶格,含碳:6.69%. 性能:硬高HB(sw)>800,,脆,作强化相.
在一定条件下会分解成铁和石墨,这对铸造很有意义.
四 珠光体P
F+Fe3C—机械混合物,含碳0.77%
组织:两种物质相间组成,性能:介于两者之间.强度较高: 硬度HBS=250
五 莱氏体
>727℃ A+Fe3C—Ld 高温莱氏体 <727℃ P+Fe3C—Ld’低温莱氏体
性能: 与Fe3C 相似 HBS>700 塑性极差.
§2铁碳合金状态图
是表明平衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金的成分,温度与组织之间关系,是研究钢铁的成分,自治和性能之间关系的基础,也是制定热加工工艺的基础.
含C>6.69在工业上午实际意义,而含C6.69%时,Fe与C形成Fe3C, 故可看成一个组元,即铁碳合金状态图实际为Fe-Fe3C的状态图.
一铁碳合金状态图中点线面的意义
1 各特性点的含义
1)A: 纯铁熔点 含C: 0% 1538℃
2)C: 共晶点 4.3% 1148
3)D: Fe3C熔点 6.69 1600
4)E: C在A中最大溶解度 2.11 1148
5)F: Fe3C成分点 6.69 1148
6)G: α-Fe与γ-Fe转变点 0% 912
7)K: Fe3C成分点 6.69 727
8)P: C在α-Fe中最大溶解度 0.02 727
9)S: 共析点 0.77 727
10) Q: C在α-Fe中溶解度 0.0008 室温
2 主要线的意义
1) ACD:液相线,液体冷却到此线开始结晶.
2) AECF:固相线 此线下合金为固态
3) ECF:生铁固相线,共晶线,液体—Ld
4) AE: 钢的固相线,液态到此线—A
5) GS:”A3” A到此线开始析出F
6) ES:”Acm” A到此线开始析出Fe3CⅡ
7) PSK:”A1”共析线.A同时析出P(F+Fe3C)
3 主要区域
1) ACE: 两相区L+A 2) DCF:两相区L+Fe3C1
3) AESG: 单相区A 4) GPS: A+F 两相区
二 钢铁分类
1 工业纯铁: 含C<0.0218% 组织:F
2 钢:含碳: 0.0218~2.11
共析钢 含C=0.77% P
亚共析钢 含C<0.77% P+F
过共析钢 含C>0.77% P+Fe3C11
3 铁 含C:2.11%~6.69%
共晶生铁 4.3% C Ld’
亚共晶生铁 < 4.3% C P+Ld’+ Fe3C11
过共晶生铁 > 4.3% C Ld’+ Fe3C1
三 典型合金结晶过程分析
1共析钢
L—L+A—A--P
2亚共析钢
L—A+L—A—A+F—F+P
3 过共析钢
L—L+A—A—A+ Fe3C11-- Fe3C1+P
4 共晶铁
L—Ld—Ld’
5 亚共晶铁
L—1点— L+A—A+Ld—P+Ld’
6 过共晶铁
L—1点—L+Fe3C1— 2点—Ld+ Fe3C1—3点--- Fe3C1+Ld’
四 铁碳合金状态图的应用
1 铸造
确定浇铸温度 选材: 共晶点附近铸造性能好
2 锻造 锻造温度区间 A
3焊接 焊接缺陷用热处理改善.根据状态图制定热处理工艺
§3钢的分类和应用
按化学成分:碳钢: <2.11%C 少量Si Mn S P等杂质
合金钢:加入一种或几种合金元素
一 碳钢
1 含碳量对碳钢性能的影响
<0.9%C C↑强,硬↑ 塑,韧↓ FeC 强化相
>0.9%C C↑ 硬↑, 强, 塑,韧↓ FeC分布晶界,脆性↑
2 钢中常见杂质对性能的影响
Si: 溶于F ,强化F, 强,硬↑ 塑,韧↓. 含量<0.03~0.4% 有益作用不明显
Mn: 1)溶于F,Fe3C.引起固溶强化. 2)与FeS反应—MnS 比重轻,进入熔渣,如量少,有益作用不明显.
S: FeS—(FeS+Fe)共晶体,熔点985℃,分布晶界,引起脆性”热脆”
P: 溶于F,是强度,硬度↑,但室温塑性,韧性↓↓ “冷脆”
3 碳钢的分类
1 ) 按含碳量分
低碳钢 <0.25%C 中碳钢: 0.25~0.6%C, 高碳钢>0.6%C
2) 按质量分(含S,P多少分)
普通钢 S<=0.055%,P<=0.045%
优质钢 S,P<=0.04%
高级优质钢 S<=0.03% P<=0.035%
3)按用途分 碳素结构钢, 碳素工具钢 >0.6%C
4 碳钢的编号和用途
1)普通碳素结构钢:
Q235 数字表示屈服强度 单位Mpa
2)优质碳素结构钢
正常含锰量的优质碳素结构钢: 0.25~0.8%Mn
较高含锰量 0.15~0.6%C 0.7~1.0%Mn , >0.6%C 0.9~1.2%Mn
08 10 15 20 25 强↓ 塑↑ 冲压件 焊件
30 35 40 45 50 55 60 强↑硬↑ 弹簧,轴,齿轮 耐磨件
65 70 75 80 85 耐磨件
数字表示含C 万分8之几
3)碳素工具钢
T7T8 T13 数字表示含C千分之几
高级优质钢加 A 含Mn高,加Mn T8MnA
二 合金钢
常加合金元素: Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼) 稀土元素(Xt)等
1 合金结构钢
“数 +元素符号+数”表示
数—含碳万分之几, 符号—合金元素,
符号后面数表示含合金%, <1.5%不标, =1.5% 标2
若为高级优质钢,后加A
如: 60Si2Mn 0.6%C, 2%Si <1.5%Mn
18Cr2Ni4WA 0.18%C, 2%Cr, 4%Ni, <1.5%W 高级优质
应用: 工程结构件, 机械零件
主要包括:低合金钢,合金渗碳钢,合金调质钢,合金弹簧钢,滚动轴承钢等
2 合金工具钢:
数+元素符号+数
与结构钢同
数—一位数, 含C千分之几,含C>=1.0%不标
如: 9SiCr (板牙, 丝锥)
0.9%C <1.5%Si <1.5%Cr
CrWMn (长铰刀,丝锥,拉刀, 精密丝杠)
*高速钢 含C<1.0也不标 W18Cr4V 0.7~0.8%C,18%W,4%Cr,<1.5%V
应用:刃具,模具,量具等
3 特殊性能钢
不锈钢: 1Cr13 1Cr18Ni9Ti 等
耐热钢: 1Cr13 2Cr13 >400℃ 工作
耐磨钢: 高锰钢水韧处理,冲击下工作,表面产生加工硬化.并有马试体在滑移面形成,表面硬度达HB450~550,表面耐磨,心部为A.
水韧处理: 钢加热到临界点以上(1000~1100℃)保温,碳化物全容于A,水冷,因冷速快,无法析出碳化物,成单一A组织.
§5 常用非金属材料
一 高分子材料
天然: 羊毛 橡胶
人工合成: 塑料 人工橡胶 粘结剂等
有机玻璃 尼龙 丙纶 氯纶---商品名
工程塑料: 环氧树脂
聚甲醛: 塑料手表中零件
聚酰亚胺: 绝缘
二 陶瓷
耐磨 耐蚀 脆 刀片 砂轮
三 复合材料
磨削软片: 聚酰亚胺+金刚石
§4 金属零件选材的一般原则
产品的质量和生产成本如何,与材料选择的是否恰当有直接关系,机械零件进行选材时,主要考虑零件的工作条件,材料的工艺性能和产品的成本.
基本原则如下:
1 满足零件工作条件:
受力状态—机械性能,基本 σ δ αk 等
工作温度环境介质—使用环境 ,高温—耐热,抗腐蚀—不锈钢 高硬度—工具钢
2 材料的工艺性能
零件的生产方法不同,直接影响其质量和生产成本.
如:灰口铁,铸造性能 切削加工性很好,可锻性差.
3 经济性
价值=功能/成本
如: 耐腐蚀容器: 1)普通碳素钢:5000元 用一年
2)奥氏体不锈钢: 40000元 用10年
3)铁素体不锈钢: 15000元 用6年
1):2):3) =1:1.25:2
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