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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=

σ_b=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:”A_cm” A到此线开始析出Fe₃C_Ⅱ

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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