钢的基本相
钢是一种由铁和碳组成的合金，具有优异的力学性能和广泛的应用领域。钢的基本相是指在不同温度和压力下，钢所处的晶体结构。钢的基本相对于钢的性能和用途具有重要影响。
在常温下，钢的基本相为铁素体和铁碳体。铁素体是一种属于立方晶系的晶体结构，具有较高的延展性和韧性。铁素体的结构稳定，能够在较高温度下保持形状完整。铁素体在低碳钢中占主导地位，使得钢具有良好的可塑性和焊接性。铁碳体是一种由铁和碳组成的化合物，具有较高的硬度和强度。铁碳体的结构复杂，含有不同比例的碳，会导致钢的硬度和强度有所变化。铁碳体在高碳钢中占主导地位，使得钢具有较高的硬度和耐磨性。
随着温度的升高，钢的基本相会发生相变。在临界温度以下，钢会处于固态相，晶体结构稳定；而在临界温度以上，钢会处于非固态相，晶体结构不稳定。例如，当钢的温度升高到临界温度以上时，铁素体会发生相变，转变为奥氏体。奥氏体是一种具有较高硬度和强度的晶体结构，使得钢具有较好的耐磨性和抗拉强度。当钢的温度进一步升高时，奥氏体会继续发生相变，转变为高温相，如马氏体或贝氏体。这些高温相具有特殊的晶体结构，能够在高温下保持钢的强度和硬度。
钢的基本相的变化会对钢的性能和用途产生重要影响。例如，通过
控制钢的基本相，可以调节钢的硬度、强度和韧性，使其适应不同的工程需求。同时，钢的基本相也会影响钢的加工性能和耐腐蚀性能。通过合理选择钢的基本相，可以提高钢的加工效率和延长钢的使用寿命。
钢的基本相是钢的重要特性之一，对钢的性能和用途具有重要影响。了解钢的基本相及其特性，有助于我们更好地理解钢的性能和应用，为钢的选择和应用提供参考依据。
钢铁结构材料中的第二相 Second Phases in Structural Steels 第一章概述 1.1 钢铁结构材料的发展 材料、能源与信息是人类文明的三大支柱，其中材料是物质基础。在各种材料中，结构材料是人类最早使用且最广泛使用的基础材料，人类的生产和生活须臾不可离开结构材料。 人类广泛使用的结构材料中，硅酸盐材料（其主要化学成分为硅、氧、铝）如水泥、土石占据了低端位置，年使用量为数千亿吨；钢铁材料（其主要化学成分为铁）稳定保持了中高端位置，年使用量近10亿吨；其他材料如有色金属、高分子材料和各种不断开发出的新材料则起到补充中端、主导高端的作用，年使用量近2亿吨，其中高端用材不足1000万吨。这种主要由资源（由此导致的材料价格）所确定的用材格局是基本不会改变的。 钢铁材料是人类使用最为广泛的最重要的结构材料之一。铁在地壳中的丰度约为5%，仅次于氧（49%）、硅（26%）和铝（7%），而在地心中的含量有可能超过90%，其资源十分丰富。而相对于铝较高的化学活泼性而言，铁的化学活泼性适中，这使得铁矿的开采和钢铁的冶炼生产均非常方便，生产成本及销售价格相当低廉。同时，钢铁材料具有各种优良的性能特别是力学性能，可以充分满足人类生产和生活对结构材料的性能需要。因此，自从3000年以前人类分地区逐步进入铁器时代以来，钢铁材料在人类的生产和生活中一直扮演了最重要的结构材料的角色，我们目前乃至今后相当长的一段时间仍将处于铁器时代。 此外，钢铁材料的回收利用率在所有金属材料中是相当高的，目前已达到90%以上的回收利用率（2001年世界钢铁生产中消耗废钢4.35亿吨，占当年钢产量的51%以上），随着今后科学技术的发展，其回收利用率还可进一步提高到95%左右。因此，钢铁材料又是一种绿色材料，其开采、生产和使用过程均与环境较好地相容。 如图1-1所示，近年来，世界钢产量仍处于缓慢上升的发展时期，2003年世界钢产量为9.45亿吨，其中中国为2.2亿吨。据预测，未来20年内世界钢产量仍将以平均每年2%左右的速度增加，生产量峰值可能出现在11-12亿吨（其中中国约为4-5亿吨），此后将在此产量稳定生产数十年，使人均累积在用钢量达到15吨左右（全世界累积在用钢量达到1000亿吨左右，其中中国达到200-250亿吨），世界需用钢铁材料作为结构建设材料的基础设施建设才可基本达到饱和，此后则主要以替换性使用为主，钢铁生产量缓慢下降但仍保持在年
钢铁中常见的金相组织区别简析 钢铁中常见的金相组织 1.奥氏体－碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处 2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。 3.渗碳体－碳与铁形成的一种化合物。在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。 4.珠光体－铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。 珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。 5.上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。 6.下贝氏体－同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350℃~ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细。 7.粒状贝氏体－大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，
钢材知识 一、我国钢号表示方法概述 钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。我国的钢号表示方法，根据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB221-79）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即： ①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si,Mn,Cr……等。混合稀土元素用 “RE”（或“Xt”）表示。 ②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示，见表。 ③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。 GB标准钢号中所采用的缩写 字母及其涵义名称汉字符号字体位置名称汉字符号字体位置 屈服点 屈 Q 大写头 多层或高压容器用钢 高层 gc 小写尾 沸腾钢 沸 F 大写尾 铸钢 铸钢 ZG 大写头 半镇静钢 半 b 小写尾 轧辊用铸钢 铸辊 ZU 大写头 镇静钢 镇 Z 大写尾 地质钻探钢管用钢 地质 DZ 大写头 特殊镇静钢 特镇 TZ
大写尾 电工用热轧硅钢 电热 DR 大写 头 氧气转炉（钢） 氧 Y 大写中 电工用冷轧无取向硅钢 电无 DW 大写头 碱性空气转炉（钢） 碱 J 大写中 电工用冷轧取向硅钢 电取 DQ 大写头 易切削钢易 Y 大写头电工用纯铁电铁 DT 大写头 碳素工具钢碳 T 大写头超级超 C 大写尾 滚动轴承钢滚 G 大写头船用钢船 C 大写尾 焊条用钢焊 H 大写头桥梁钢桥 q 小写尾 高级（优质钢）高 A 大写尾锅炉钢锅 g 小写尾 特级特 E 大写尾钢轨钢轨 U 小写头 铆螺钢铆螺 ML 大写头精密合金精 J 大写中 锚链钢锚 M 大写头耐蚀合金耐蚀 NS 大写头 矿用钢矿 K 大写尾变形高温合金高合 GH 大写头 汽车大梁用钢梁 L 大写尾铸造高温合金K 大写头 压力容器用钢容 R 大写尾 二、我国钢号表示方法的分类说明 1．碳素结构钢 ①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（σs）为235 MPa 的碳素结构钢。 ②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、
转炉炼钢基础知识 第一章炼钢基础知识 一、钢的基本知识 1.1钢的定义 一般的钢和铁都是以铁元素为基本成份的铁碳合金。在铁碳二元系中，把含碳小于 2.11%的合金称为钢；而把含碳大于 2.11%的合金称为铸铁，纯铁的密度是7.87g/cm3。 1.2钢中常见元素：C、Si、Mn、P、S、Al、O、N、H、Ni、Cr、Cu、Nb、V、Ti、Mo 1. 2.1 碳（C） C是构成钢的主要元素之一、是反映钢的力学性能的主要元素，钢的较多的属性均通过C来表示，如钢的凝固温度、裂纹敏感指数等。随着钢中C含量的上升、钢的塑性逐步上升、钢的韧性逐步下降。[C]<=0.1%称为低碳钢、 0.1% <[C] = < 0.5%称为中碳钢、 [C] > 0.5%称为高碳钢。 1.2.2 锰（Mn） 锰（Mn）是有益元素，碳钢一般［Mn］＜0.80%，锰合金钢一般［Mn］=1.0-1.2%.锰大部分溶于铁素体中形成置换固溶体，并强化铁素体；一部分溶于Fe3C中，形成合金渗碳体；锰还能增加并细化珠光体，这都提高钢的强度.另外锰与硫形成化合物MnS，减轻硫的有害作用.当锰含量不多时对钢的影响性能不大。 1.2.3硅（Si） 硅（Si）是有益元素.碳钢中［Si］＜0。35%。硅能溶于铁素体，形成置换固溶体，并强化铁素体；一部分形成硅酸盐夹杂。硅能提高钢的强度、硬度、弹性，降低塑性、韧性。硅含量少时对性能影响不大。 1.2.4硫
硫（S）是有害元素。硫不溶于铁，以FeS形式存在。FeS与Fe形成共晶，分布于奥氏体晶界上。而FeS-Fe共晶熔点低，为989℃，在1000-1200℃时使晶界无强度，钢变脆，称“热脆”。一般要求S0。040，而MnS熔点高1620，呈粒状分布在晶粒中，所以Mn可以减轻热脆。 1.2.5磷 P是有害元素，磷全部溶于铁素体，虽可提高铁素体的强度和硬度，但在室温下使钢的塑性、韧性急剧降低，钢变脆，称为冷脆。磷还降低钢的焊接性能。一般要求P≤0.040%. 1.2.6氮 氮（N）溶于奥氏体，不溶于铁素体，其溶解度随温度下降而减少.当钢水快速冷却时，氮来不及析出便溶于铁素体中.而加工过热时，氮以Fe4N析出，提高钢的强度\硬度，但韧性降低，称为”蓝脆”或时效脆性.所以含氮过高有害.钢中加入铝钛，生成AlN、TiN，清除时效脆性。但是，向钢的表面渗氮可提高钢的表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性，所以有一种氮化工艺。 1.2.7氢 氢对钢的性能危害较大，氢在钢中降低钢的塑性和韧性，称为“氢脆”。当氢在钢的缺陷处（空隙、夹杂物）析出形成分子氢，造成内部微裂纹称为“白点”。 1.2.8氧 氧主要以氧化物形式存在，称为非金属夹杂物，对钢的性能有害。 二、炼钢的基本任务和流程 2.1炼钢的定义 所谓炼钢，就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。
铁碳合金相图 用以温度为纵坐标，以碳含量为横坐标的图解方法，表示在接近平衡或亚稳状态下，以铁碳为单元组成的合金，在不同温度下相与相之间关系的图称为铁碳平衡图，也称为铁碳相图。它是研究铁碳合金的基础，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据，对了解我们厂内金属材料，尤其认识、理解锅炉管材有重要的意义，对后续想做好锅炉四管运行和维护也都是重要的基础。 一、基本概念 1）我们日常接触的“铁、钢”等其实都是合金，含铁、碳、硫、硅等等，要认识了解所熟知的“铁、钢”就必须先认识他们中最基础的两种元素，纯铁和碳。纯铁在1394℃以上以体心立方结构（δ-Fe）稳定存在，温度下降，在912～1394℃范围内发生同素异构转变，以面心立方晶格的γ-Fe稳定存在，在912℃以下又重新回复到体心立方晶格的α-Fe，说体心立方体、面心立方体都离不开另一个主角碳，就是碳在以铁元素构成的立方体中在其体心或者面心。 2）碳溶入α-Fe和γ-Fe中所形成的固溶体称为铁素体和奥氏体。当含量超过铁素体和奥氏体的溶解度时，则会出现金属化合物相Fe3C，称为渗碳体。 3）碳原子溶入δ-Fe中所形成的固溶体称为高温铁素体。它在1394℃以上的高温出现，对工程上应用的铁碳合金的组织和性能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。 4）铁碳合金相图的基本组成相是铁素体、奥氏体和渗碳体，这里引出这三个体，具体理解如下。 1、铁素体 碳原子溶入α-Fe中形成的间隙固溶体，称做铁素体，如图1所示。由于体心立方晶格的α-Fe的晶格间隙半径只有0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以碳在铁素体中的溶解度很小。在727℃时最大固溶度为0.0218%，而在室温时碳的固溶度几乎降为零。因此，常温下铁素体的力学性能与纯铁相近，铁素体有优良的塑性和韧性，但强度，硬度较低，在铁碳合金中是软韧相，铁素体是912℃以下的平衡相，也称做常温相，其显微组织图如图2所示。在铁碳相图中铁素体用符号F或α表示。
铁碳相图和铁碳合金(一) 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。 化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组 织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2）碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
金属材料学—工程材料基础 第一章，钢的合金化原理 一，合金元素及其分类 1、合金元素：为使钢获得预期的性能而有意识地加入碳钢中的元素。 按与碳的亲和力大小，合金元素可分为： 非碳化物形成元素：Ni，Co，Cu，Si，Al，N，B等碳化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V，W，Mo，Cr等此外，还有稀土元素：Re 2、合金元素对钢中基本相的影响 1）合金元素可溶入碳钢三个基本相中：铁素体、渗碳体、和奥氏体中。分别形成合金铁素体、合金渗碳体和合金奥氏体。合金元素在铁基体和奥氏体中起固溶强化作用。 固溶强化：利用点缺陷对金属基体进行强化的一种合金化方法。方式是通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高。 2）当钢种碳化物形成元素含量较高时可形成一系列合金碳化物，如：MC, M2C,M23C6、M-C3和M3C 等。合金元素之间也可以形成化合物即金属间化合物，一般来说，合金碳化物以及金属间化合物的熔点高、硬度高，加热时难以溶入奥氏体，故对钢的性能有很大的影响。 3、合金元素对钢中相平衡的影响 按合金元素对Fe-C相图上的相区的影响，将合金元素分为两大类：扩大γ区的元素：奥氏体形成元素。在γ-Fe中有较大的溶解度，并能稳定γ相的元素，使A3下降、A4上升。Mn，Ni，Co，C，N，Cu。 扩大α区的元素：铁素体形成元素：在α-Fe中有较大溶解度并使γ-Fe不稳定的元素。能缩小γ相区，扩大α相存在的温度范围，使A3上升、A4下降。如Cr、V、Mo、W、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr 等。 扩大奥氏体区的直接结果是使共析温度下降；而缩小奥氏体区则使共析温度升高。因此，具有共析组织的合金钢碳含量小于0.77％，同样，出现共晶组织的最低含碳量也小于2.11％。 4、合金元素对钢中相变过程的影响 1）对加热时奥氏体形成元素过程的影响 a 对奥氏体形核的影响：Cr、Mo、W、V等元素强烈推迟奥氏体形核；Co、Ni等元素有利于奥氏体形核。 b 对奥氏体晶核长大的影响：V、Ti、Nb、Zr、Al 等元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大；C、P、Mn（高碳）促使奥氏体晶粒长大；Al、Si、Mn对奥氏体形成速度影响不大。 2）合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响 ①除Co以外，所有的合金元素都使C曲线往右移动，降低钢的临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。②除Co、Al以外，所有的合金元素都使Ms点和Mf 点下降。其结果使淬火后钢种残余奥氏体量增加。
铁碳合金相图 从某种意义上讲，铁碳合金相图是研究铁碳合金的工 具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间 关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。 一、铁碳合金中的基本相 铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基 本组元也应该是纯铁和Fe3C。铁存在着同素异晶转变， 即在固态下有不同的结构。不同结构的铁与碳可以形 成不同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。 1,铁素体(ferrite) 铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体,用符号"F"(或α)表示,体心立方晶格; 虽然BCC的间隙总体积较大,但单个间隙体积较小,所以它的溶碳量很小,最多只有0.0218%(727℃时),室温时几乎为0,因此铁素体的性能与纯铁相似,硬度低而塑性高,并有铁磁性. 铁碳合金中的基本相 铁素体的力学性能特点是塑性,韧性好,而强度,硬度低. δ=30%~50%,AKU=128~160J σb=180~280MPa,50~80HBS. 铁碳合金中的基本相 铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围. 铁碳合金中的基本相 2,奥氏体(Austenite ) 奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,用符号"A"(或γ)表示,面心立方晶格; 虽然FCC的间隙总体积较小,但单个间隙体积较大,所以它的溶碳量较大,最多有2.11%(1148℃时),727℃时为0.77%. 铁碳合金中的基本相 在一般情况下, 奥氏体是一种高温组织,稳定存在的温度范围为727~1394℃,故奥氏体的硬度低,塑性较高,通常在对钢铁材料进行热变形加工,如锻造,热轧等时,都应将其加热成奥氏体状态,所谓"趁热打铁"正是这个意 思.σb=400MPa,170~220HBS,δ=40%~50%. 另外奥氏体还有一个重要的性能,就是它具有顺磁性,可用于要求不受磁场的零件或部件. 铁碳合金中的基本相 奥氏体的组织与铁素体相似,但晶界较为平直,且常有孪晶存在. 铁碳合金中的基本相 3,渗碳体(Cementite) 渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物,用化学分子式"Fe3C"表示.它的碳质量分数Wc=6.69%,熔点为1227℃, 质硬而脆,耐腐蚀.用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈白色,如果用4%苦味
铁碳合金的基本相结构有 铁碳合金正以其卓越的性能和不断提升的应用范围，受到越来越多的关注和应用。传统铁碳合金以及各种新型的形式的碳合金，都以其出色的性能闻名于世。因此，铁碳合金的基本形态及其相结构，对于它们的应用也十分重要。 铁碳合金的基本形态和分布结构可以大致分为两种：一种是单一形式的铁碳合金，它不包含其它元素，通常只含有铁（Fe）和碳（C），该类合金具有经济实惠 及一般性能好；另外一种则是包括铁（Fe）、碳（C）和硅（Si）等多种元素构成 的复杂类型铁碳合金，根据组分不同分为低合金钢、轻质高强钢、硬化钢及高温合金等，这种合金具有优良的强度和耐腐蚀性能等。 同时，碳合金的相结构也很重要，它决定了碳合金的强度、韧性及耐磨性等性能。一般铁碳合金的相结构有austenite 、ferrite 、pearlite 、 cementite、bainite和martensite等。他们各有不同的组成元素和结构，其中austenite的 凝固组织适合用来做纯钢及精工铸件；ferrite可以提高合金的力学性能，是弹桩、螺栓及挠曲、弯曲件的优选材料；pearlite组织则可以加大抗冲击强度，改善碳 合金的韧性；cementite是一种稳定的居里体组织，性质硬而脆，可增加铁碳合金 的强度和综合性能；bainite上层的组织结构含义非常高，该种组织可以提高静态 性能，而martensite则可以提高抗冲击及摩擦剪切性能。 综上所述，铁碳合金有着复杂而众多的基本形态及相结构，它们依据应用需求、形态组分等综合性能，来选用合适的铁碳合金种类，从而实现高质量而实惠的产品生产。铁碳合金的出现，不仅为世界生活娱乐带来便利，也给社会发展带来了重要的贡献。
钢材金相组织标准 一、钢材的化学成分 钢材的化学成分对其金相组织具有重要影响。通常，碳是钢材中最重要的元素之一，其含量会影响钢材的强度、硬度、韧性和耐腐蚀性。此外，钢材中还含有其他元素，如硅、锰、磷、硫等，它们对钢材的金相组织和性能也有一定的影响。 二、钢材的显微组织 钢材的显微组织是指其微观结构，包括铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体等。这些组织的形态、分布和相对数量对钢材的性能产生重要影响。例如，铁素体具有较好的塑性和韧性，而珠光体具有较高的强度和硬度。不同的显微组织在钢材中往往同时存在，并受到钢材的化学成分、热处理和加工工艺等因素的影响。 三、钢材的晶粒度 钢材的晶粒度是指其晶体结构的粗细程度。较细的晶粒度可以提高钢材的强度和韧性，而较粗的晶粒度则会降低这些性能。因此，控制钢材的晶粒度是提高其性能的重要手段之一。通常，通过控制冶炼、浇注和轧制等工艺参数来控制钢材的晶粒度。 四、钢材的碳化物 钢材中的碳化物是指碳元素与另一种元素形成的化合物。这些碳化物通常以颗粒状分布在钢材中，对钢材的性能产生重要影响。例如，碳化物可以阻碍位错运动，从而提高钢材的强度和硬度。然而，过量的碳化物也会降低钢材的韧性，因此需要控制其含量。
钢材在加热或轧制过程中，表层的碳元素会与氧或水蒸气反应形成一层氧化物薄膜，称为脱碳层。脱碳层会降低钢材的表面硬度和耐磨性，因此需要控制其深度。通常，通过控制加热温度和气氛来控制钢材的脱碳层深度。 六、钢材的珠光体 珠光体是钢材中的一种重要显微组织，由铁素体和碳化物组成。它具有较高的强度和硬度，但韧性较差。珠光体的形态和分布对钢材的性能产生重要影响，可以通过热处理和加工工艺进行控制。 七、钢材的贝氏体 贝氏体是钢材中的另一种重要显微组织，由铁素体和碳化物组成。与珠光体相比，贝氏体的强度和硬度略低，但韧性较好。贝氏体的形态和分布对钢材的性能产生重要影响，可以通过热处理和加工工艺进行控制。 八、钢材的马氏体 马氏体是钢材中的一种相变组织，由铁素体和碳化物组成。它具有很高的强度和硬度，但韧性较差。马氏体的形成取决于钢材的化学成分和热处理条件，可以通过控制这些因素来改善钢材的性能。 九、钢材的铁素体 铁素体是钢材中的一种基本相，具有较高的塑性和韧性。在某些情况下，铁素体的含量和分布对钢材的性能产生重要影响。例如，过多或过少的铁素体会导致钢材的强度和硬度下降。
简述铁碳合金的三种基本相 一、纯铁的基本相： 1、固态金属相(solid state phase)2、共晶合金相(commensurate phase)3、时效硬化合金相(rapid hardening phase)二、铁碳合金相图的绘制方法(1)将不同温度下得到的单相图中的各组成点连接起来(2)用直线将各点连接起来(3)把线条较短的 点 一、纯铁的基本相： 1、固态金属相(solid state phase)2、共晶合金相(commensurate phase)3、时效硬化合金相(rapid hardening phase)二、铁碳合金相图的绘制方法(1)将不同温度下得到的单相图中的各组成点连接起来(2)用直线将各点连接起来(3)把线条较短的点，连接起来并延长(4)根据不同情况采取适当方法绘出三、影响珠光体转变温度的因素(1)铁碳合金的含碳量(2)合金元素的影响(3)冷却速度的影响四、珠光体的转变：(1)实际生产中，可以得到珠光体成分。在其他条件不变时，如果碳含量增加，珠光体转变为奥氏体的温度降低。(2)随着碳含量的增加，合金的强度增加，硬度也增加，但塑性和韧性减小，即具有较好的综合机械性能。碳含量超过2%时，硬度上升，塑性下降，具有高强度和耐磨性;碳含量在1%～2%之间时，由于碳在α相中是sp3杂化，易形成σ相，故碳含量超过2%反而会使强度下降。 二、铁碳合金相图的绘制方法(1)将不同温度下得到的单相图中的各组成点连接起来(2)用直线将各点连接起来(3)把线条较短的点，连接起来并延长(4)根据不同情况采取适当方法绘出三、影响珠光体
转变温度的因素(1)铁碳合金的含碳量(2)合金元素的影响(3)冷却速度的影响四、珠光体的转变：(1)实际生产中，可以得到珠光体成分。在其他条件不变时，如果碳含量增加，珠光体转变为奥氏体的温度降低。(2)随着碳含量的增加，合金的强度增加，硬度也增加，但塑性和韧性减小，即具有较好的综合机械性能。碳含量超过2%时，硬度上升，塑性下降，具有高强度和耐磨性;碳含量在1%～2%之间时，由于碳在α相中是sp3杂化，易形成σ相，故碳含量超过2%反而会使强度下降。五、马氏体的转变： (1)实际生产中，只能得到珠光体+渗碳体的组织。马氏体转变的相律为：低温：向珠光体转变，温度升高至400～600 ℃，合金开始向奥氏体转变;高温：向奥氏体转变，温度升高至700 ℃以上时，马氏体转变为屈氏体;当奥氏体一旦形成，奥氏体便不再发生相变。(2)马氏体中的珠光体与奥氏体的结构是不同的，所以它们的力学性能也是不同的。在室温下的马氏体叫做铁素体，它很软，硬度仅为400～450hbs。
钢的基本相 钢是一种由铁与碳及其他元素组成的重要金属材料。它是工业中 广泛使用的材料之一，具有高强度、耐热、耐磨、抗腐蚀等优良性能，广泛应用于建筑、桥梁、汽车、船舶、家电等领域。钢的基本相指的 是钢在不同温度下的晶体结构。 钢是通过调整铁中的碳含量来制备的。一般来说，碳含量小于2% 的铁合金称为钢，碳含量超过2%的则被称为铸铁。钢中的碳含量对其 性质产生着重要的影响。在不同的碳含量下，钢的基本相也会发生改变。 从晶体结构上来看，钢可以分为立方晶系和非立方晶系两大类。 立方晶系钢又可以分为面心立方（fcc）和体心立方（bcc）钢。非立 方晶系钢包括六方晶系钢和正交晶系钢。 在常温下，钢的基本相为体心立方。这种结构下，每个原子之间 存在12个最近邻原子，原子之间的排列比较紧密。当温度上升时，钢 会发生相变，从体心立方结构转变为面心立方结构。这种结构下，每 个原子之间存在6个最近邻原子，整体结构相对松散。
除了碳含量，温度的升高也会对钢的基本相产生影响。在高温下，钢会发生不同的相变，其中比较重要的是奥氏体相和铁素体相。奥氏 体相是指高温下的面心立方钢，其具有良好的塑性和韧性。铁素体相 是指高温下的体心立方钢，在高温下具有较好的热稳定性。 另外，碳含量和温度不仅影响钢的基本相，还对其组织和性能产 生重要影响。例如，碳含量越高，钢的硬度和强度越大，但塑性和韧 性相对降低。温度的升高对钢的韧性和塑性有利，但会降低其强度。 总的来说，钢的基本相决定了其结构和性能。通过调整碳含量和 控制温度，可以制备出不同类型的钢，以满足不同领域对材料性能的 需求。钢的基本相研究对于钢的合金设计和应用具有重要意义，也为 钢的发展提供了理论基础。
钢铁材料有7种基本组织结构：奥氏体、铁素体和渗碳体、珠光体、贝氏体、马氏体和莱氏体，其中奥氏体、铁素体和渗碳体是基本相，珠光体、贝氏体、马氏体和莱氏体是多相混合物。 奥氏体：观察Mn13或奥氏体钢1Cr18Ni9Ti的钢丝金相组织可发现，奥氏体的晶界比较直，晶内有孪晶或滑移线。淬火钢中的残余奥氏体分布在马氏体的空隙处，颜色浅黄、发亮。 奥氏体钢丝具有优异的冷加工性能，在高低温条件下均可保持良好的强韧性。一般来说奥氏体钢的冷加工硬化速率远大于珠光体和索氏体钢，经大减面拉拔可以制备具有特殊性能的弹簧，高锰奥氏体钢具有优异的耐磨性能和减振性能，奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能和耐热性能。固溶状态的奥氏体钢无磁，经深冷加工有微弱的磁性。 铁素体：铁素体晶界圆滑，晶内很少见孪晶或滑移线，颜色浅绿、发亮，深腐蚀后发暗。钢中铁素体以片状、块状、针状和网状存在。纯铁素体组织具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度都很低；冷加工硬化缓慢，可以承受较大减面率拉拔，但成品钢丝抗拉强度很难超过1200MPa。常用铁素体钢丝有铁素体不锈钢丝（0Cr17）和铁-铬-铝电热合金丝（0Cr25Al5）等。 渗碳体：钢中渗碳体以各种形态存在，外形和成分有很大差异。一次渗碳体多在树枝晶间处析出，呈块状，角部不尖锐；共晶渗碳体呈骨骼状，破碎后呈多角形块状；二次渗碳体多在晶界处或晶内，可能是带状、网状或针状；共析渗碳体呈片状，退火、回火后呈球状或粒状。在金相图谱中渗碳体白亮，退火状态呈珠光色。一次渗碳体和破碎的共晶渗碳体只有在莱氏体钢丝，如9Cr18、Cr12、Cr12MoV和W18Cr4V中才能见到，只要热加工工艺得当，冷拉用盘条中的一次渗碳体块度应较小、无尖角，共晶碳化物应破碎成小块、角部要圆滑，否则根本无法拉拔，渗碳体带轻度棱角的盘条，可以通过正火后球化退火+轻度（Q020%）拉拔+高温再结晶退火的方法加以挽救。带状和网状渗碳体也是拉丝用盘条中不应出现的组织，这两种组织提高钢的脆性，不利于钢丝加工成形，显著降低成品钢丝的切削性能和淬火均匀性，对网状2.5级的盘条可用正火的方法改善网状，一般来说钢丝经冷拉-退火两次以上循环，网状可降低0.5-1级。 珠光体：珠光体是由片状铁素体和渗碳体组成的混合物，其中渗碳体的质量分数为12%，铁素体的质量分数为88%，两者密度相近，在金相图谱中铁素体呈宽条状，渗碳体呈窄条状。 片状珠光体是由成分均匀的奥氏体冷却转变来的，等温转变温度，或连续冷却速度直接影响到珠光体的片间距。同一牌号的钢丝，在一定等温区间，珠光体的片间距是相对恒定的。实验证明，奥氏体晶粒度虽然对珠光体晶团的大小有决定性影响，但基本不影响珠光体片间距。 片状珠光体经适当的热处理，渗碳体变为球状或粒状，转化为粒状珠光体。从奥氏体状态冷却时，是转变为片状珠光体，还是粒状珠光体，主要取决于奥氏体成分的均匀性。完全奥氏体化的成分均匀的奥氏体，冷却后形成片状珠光体；成分不均匀的奥氏体，冷却后形成粒状珠光体。在奥氏体临界点（A1）附近反复冷却-加热，然后缓冷，或钢丝冷拉后再退火，都是实现粒状珠光体转变的有效方法。 珠光体钢丝的力学性能（抗拉强度Rm、伸长率A、断面收缩率Z、硬度），可拉拔性（变形抗力、冷加工硬化速率、极限减面率Q），工艺性能（弯曲Nb、扭转N t、缠绕、顶锻、冲压）与显微组织结构密切相关。一般来说，粒状珠光体钢丝的抗拉强度Rm和硬度要低于片状珠光体钢丝，伸长率A和断面收缩率Z前者要高于后者；粒状珠光体钢丝的拉拔性能优于片状珠光体钢丝，表现为拉拔力低、冷加工硬化慢、能承受的极限减面率大；工艺性能前者优于后者。在粒状珠光体范围内，随着球化度提高（球化组织从1级升到3级），钢丝抗拉强度和硬度下降，塑性和韧性上升，可拉拔性和工艺性能也越来越好，特别冷顶锻和深冲性能显著改善。在片状珠光体范围内，珠光体晶团和片间距对钢丝性能起决定性的影响，珠
碳素钢、低合金钢常见金相组织形态及硬度 1.铁素体（F）—原系外来语（Ferrite）译名，台湾文献译为肥粒铁。铁素体系碳溶于体心立方晶格的a -Fe中所形成的间隙固溶体［a -Fe （C）］。以4%硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，铁素体呈明亮的等轴多边形。由于各晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差别，故稍显明暗不同。铁素体在不同处理状态亦可呈块状、月牙状、网络状等形态，硬度在100HB左右。 2 .渗碳体（。相）一原系外来语（Cementite ）译名，台湾文献译为雪明碳铁。渗碳体系铁和碳的化合物，含碳量为 6.69%,分 子式为FesC,在合金钢中，渗碳体中的Fe原子可以为其他合金元素原子所置换，形成合金渗碳体:（Fe, Me） 3C］。渗碳体是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。渗碳体硬度很高（800~1000 HV ）,而塑性及冲击韧度几乎为零，脆性很大。其显微组织形态很多，不受硝酸酒精试剂腐蚀（染色），在光学显微镜下呈白亮色，在碱性苦味酸钠腐蚀下，被染成黑色。渗碳体是钢中的主要强化相，有片状、粒状、网络状、半网络状等形态，其形态与分布对钢的力学性能有很大影响。 3.珠光体（P）一原系外来语（Pearlite）译名，台湾文献译为波莱铁。珠光体是铁碳合金相图中的共析转变产物（F+Fe3C）,是铁素体和渗碳体的机械混合物，因具有这种组织的样品抛光蚀刻后有珠母贝的光泽而得名。有片（层）状和球（粒）状等不同形态和分布方式。珠光体用4%硝酸酒精溶液腐蚀，F和F&C交界处腐蚀较深，在直射光照射下变成黑色线条，可清晰看到层状，粒状等形态和分布情况。
4 .奥氏体（A）—因这种组织的发现人Austen而得名，台湾文献译为沃斯田铁。奥氏体系碳溶于面心立方晶格丫-Fe中所形成的固 溶体［丫-Fe （c）］,常以符号A表示。奥氏体中的碳也是存在于丫-Fe 晶体的间隙固溶体。奥氏体存在于727~1495 C的温度区间，是一种高温相，不易腐蚀，呈白色，若先用4%硝酸酒精溶液腐蚀，再用10% 过硫酸铉溶液腐蚀，则奥氏体可染成黑色。高温下奥氏体显微组织为：晶粒呈 多边形，与铁素体的显微组织相近似，但晶界较铁素体平直，且晶粒内常有率晶带出现。 5.魏氏组织（W）—原系外来语（Widmanstatten ）译名，台湾文献译为费德曼。亚（过）共析钢在锻造、轧制、热处理时，如果加热温度过高，形成了粗晶A,同时冷却速度又较快，这时除了使F （Fe b C）沿晶界呈网状析出外，还有一部分按切变机制从晶界并排向晶粒内部生长，或在晶粒内部独白析出，呈针片状，针片状铁素体（F）或渗碳体（Fe^C）分布在珠光体（P）基体上的组织（形态）称为魏氏组织。魏氏组织是由于过热而造成的一种组织缺陷，它使钢的强度降低而脆性增加。经过铸造、锻造、焊接的中低碳钢，晶粒往往粗大，空冷时最易出现魏氏组织，缓冷则不易出现。钢中一旦出现魏氏组织，一般可通过正火或退火加以消除。 魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面而形成的具有几何学特征的冷却转变组织，经抛光和硝酸酒精溶液腐蚀后，可在显微组织中看到白色的铁 素体和黑色的珠光体，铁素体呈针状，具有该组织的钢材性脆 而韧性极低。魏氏组织与母相之间保持严格的晶体学关系，并在试样磨面上呈现浮凸。
钢铁材料常见金相组织简介 在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。常见的金相组织有下列八种： 一、铁素体 铁素体（ferrite，缩写FN，用F表示），纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格。碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。随形成条件不同，先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。铁素体还是珠光体组织的基体。在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。 碳溶入δ-Fe中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，用δ表示，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大。碳的质量分数为0.09%。图1：铁素体 二、奥氏体
碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、=40~50%。TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。 三、渗碳体 渗碳体（cementite），指铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。渗碳体的分子式为Fe3C ，它是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。分为一次渗碳体（从液体相中析出）、二次渗碳体（从奥氏体中析出）和三次渗碳体（从铁素体中析出）。 图2：渗碳体 四、珠光体 珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。珠光体是钢的共析转变产物，其形态是铁素体和渗碳体彼此相间形如指纹，呈层状排列。按碳化物分布形态又可分为片状珠光体和粒状珠光体二种。 （1）片状珠光体：又可分为粗片状、中片状和细片状三种。
第四章铁碳合金 第一节铁碳合金的相结构与性能 一、纯铁的同素异晶转变 δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 体心面心体心 同素异晶转变——固态下，一种元素的晶体结构 随温度发生变化的现象。 特点： ? 是形核与长大的过程（重结晶） ? 将导致体积变化（产生内应力） ? 通过热处理改变其组织、结构→ 性能 二、铁碳合金的基本相 第二节铁碳合金相图 一、相图分析 两组元：Fe、Fe3C 上半部分图形（二元共晶相图） 共晶转变： 1148℃727℃ L4.3 → A2.11+ Fe3C → P + Fe3C莱氏体Ld Ld′ 2、下半部分图形（共析相图） 两个基本相：F、Fe3C 共析转变： 727℃ A0.77→ F0.0218 + Fe3C 珠光体P 二、典型合金结晶过程 分类： 三条重要的特性曲线 ??? ① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线.
??? ② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线. ??? ③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727oC时达到最大值0.0218%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300oC以下溶碳量小于0.001%.因此当铁素体从727oC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ. 工业纯铁（<0.0218%C） 钢（0.0218-2.11%C）——亚共析钢、共析钢（0.77%C）、过共析钢 白口铸铁（2.11-6.69%C）——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L → L+A → A → P(F+Fe3C) L → L+A → A → A+F → P+F L → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→ P+ Fe3CⅡ 4、共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) → Ld(A+Fe3C+ Fe3CⅡ) → Ld′(P+Fe3C+ Fe3CⅡ) 5、亚共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + A → Ld+A+ Fe3CⅡ→ Ld′+P+ Fe3CⅡ 6、过共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C 三、铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系 1、含碳量对铁碳合金平衡组织的影响 2、含碳量对铁碳合金力学性能的影响 四、铁碳合金相图的应用 1、选材方面的应用 2、在铸造、锻造和焊接方面的应用 3、在热处理方面的应用 第三节碳钢（非合金钢） 碳钢是指ωc≤2.11%，并含有少量锰、硅、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。铁碳合金具有良好的力学性能和工艺性能，且价格低廉，故广泛应用。 一、杂质元素对碳钢性能的影响 1、锰 Mn + FeO → MnO + Fe （脱氧） Mn+ S → MnS 炉渣（去硫） Mn溶入铁素体→ 固溶强化 Mn溶入Fe3C → 形成合金渗碳体（Fe, Mn）3C Mn <0.8%，对性能影响不大 2、硅 Si + FeO → SiO2+ Fe （脱氧） Si溶入铁素体→ 固溶强化 Si<0.4%，对性能影响不大 3、硫 钢中S+Fe → FeS。FeS与Fe形成低熔点的共晶体（985℃）分布在晶界上，当钢在热加工（1000~1200℃）时，共晶体熔化，导致开裂——热脆 消除热脆：Mn+ S → MnS（熔点高1620℃并有一定塑性） 硫是一种有害元素 4、磷
《机械制造技术基础》教案 教学内容：铁碳合金的组元与基本相 Fe-Fe 3C 相图分析 教学方式：结合实际，由浅如深讲解 教学目的： 1．了解纯铁的同素异构转变； 2．清楚铁碳合金的基本相及其性能； 3．掌握Fe-Fe 3C 相图的相区、特性点及特性线。 重点、难点：铁碳合金的基本相 Fe-Fe 3C 相图的相区、特性点及特性线 教学过程： 第4章 铁碳相图 铁碳相图是研究在平衡状态下铁碳合金成分、组织和性能之间的关系及其变化规律的重要工具，掌握铁碳相图对于制定钢铁材料的加工工艺具有重要的指导意义。 4.1 铁碳合金的组元与基本相 4.1.1纯铁的同素异构转变 自然界中大多数金属结晶后晶格类型都不再变化，但少数金属，如铁、锰、钴等，结晶后随着温度或压力的变化，晶格会有所不同，金属这种在固态下晶格类型随温度（或压力）变化的特性为同素异构转变。如图4-1所示。纯铁的同素异构转变可概括如下： 1538C 1394912()Fe C C Fe Fe Fe δγα︒︒︒−−−→−−−→−−−→---←−−−←−−−←−−− 液态 α-Fe 和δ-Fe 都是体心立方晶格，γ-Fe 为面心立方晶格。纯铁具有同素异构转变的特 征，是钢铁材料能够通过热处理改善性能的重要依 据。纯铁在发生同素异构转变时，由于晶格结构变化，体积也随之改变，这是加工过程中产生内应力的主要原因。 4.1.2铁碳合金的基本组织 铁碳合金在熔化温度以上可以形成均匀的液体，该液体称为铁碳合金的液相，用符号L 表示。 在固态下碳可以有限地溶于铁的同素异构体中形成间隙固溶体；当含碳量超过它在相应温度固相的溶解度时则会析出具有复杂晶体结构的间隙化合物——渗碳体。 根据铁和碳的相互作用，铁碳合金中可形成五种组织： 1．铁素体（F ） 图4-1 纯铁的同素异构转变 铁素体是碳溶解在α-Fe 中形成的间隙固溶体，它仍保持α-Fe 的体心立方晶格结构。由于α-Fe 晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218%（727℃），所以是几乎不含碳的纯铁。 铁素体由于溶量小，力学性能与纯铁相似，即塑性和冲击韧度较好，而强度、硬度较低。 2 180280MPa HBS=5080 =3050% 128160J/cm b KU a σδ==