材料科学基础第七章2.2.ppt

7.3.8二元合金相图分析实例二元合金相图分析实例II重点：铁碳相图重点：铁碳相图碳素结构钢的分类和编号碳素结构钢的分类和编号 关于钢和铸铁的命名法则，国内和国际上都有强制性标关于钢和铸铁的命名法则，国内和国际上都有强制性标准。下面给大家介绍一下碳素结构钢的分类和牌号。准。下面给大家介绍一下碳素结构钢的分类和牌号。一一.分类分类1.根据钢的含碳量分类根据钢的含碳量分类（1）低碳钢）低碳钢Wc0.25%（2）中碳钢中碳钢Wc=0.250.60%（3）低碳钢低碳钢Wc0.60%2.根据钢的质量（钢中含杂质根据钢的质量（钢中含杂质S、P的量）分类的量）分类（1）普通碳素钢普通碳素钢Ws0.055%Wp0.045%（2）优质碳素钢优质碳素钢Ws0.040%Wp0.040%（3）高级优质碳素钢高级优质碳素钢Ws0.030%Wp0.030%3.根据钢的用途分类根据钢的用途分类（1）碳素结构钢）碳素结构钢（2）碳素工具钢）碳素工具钢碳钢的编号碳钢的编号我国的钢材编号是采用国际化学符号，数字及汉语拼我国的钢材编号是采用国际化学符号，数字及汉语拼音字母并用的原则，碳钢的具体编号方法如下：音字母并用的原则，碳钢的具体编号方法如下：1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢该类钢牌号表示方法是用该类钢牌号表示方法是用“Q+数字数字+符号符号”表示表示，其，其中中Q代表屈服点的字母，数字表示屈服点数值（代表屈服点的字母，数字表示屈服点数值（MPa），），质量等级符号（质量等级符号（A，B，C，D）及脱氧方法符号（及脱氧方法符号（F，b，Z，TZ）等四部分按顺序组成。如等四部分按顺序组成。如Q235-A.F，表示屈表示屈服强度数值为服强度数值为235MPa的的A级沸腾钢。质量等级符号表级沸腾钢。质量等级符号表示普碳钢中杂质硫磷含量的高低，示普碳钢中杂质硫磷含量的高低，C，D级的含量最低，级的含量最低，质量好。脱氧方法符号从质量好。脱氧方法符号从F起依次分别表示沸腾钢，半起依次分别表示沸腾钢，半镇静钢，镇静钢，镇静钢及特殊镇静钢，后两种钢牌号中的脱氧镇静钢及特殊镇静钢，后两种钢牌号中的脱氧方法符号可省略。主要有：方法符号可省略。主要有：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢该类钢的钢号用该类钢的钢号用“两位数字或两位数字两位数字或两位数字Mn”表示，其表示，其中两位数字表示钢中碳的平均含量，单位为万分之一；中两位数字表示钢中碳的平均含量，单位为万分之一；Mn表示对含锰量较高的钢，须将锰元素标出，一般锰表示对含锰量较高的钢，须将锰元素标出，一般锰的含量为的含量为0.701.0%，如：，如：20、20Mn、45、40Mn。钢号钢号45，表示平均含碳量为，表示平均含碳量为0.45%的钢，这是正常含锰的钢，这是正常含锰量（按杂质含量）的优质碳素结构钢；钢号量（按杂质含量）的优质碳素结构钢；钢号20Mn表示表示碳的平均含量为碳的平均含量为0.20%、Mn表示锰的含量为表示锰的含量为0.701.0%的钢；钢号的钢；钢号25Mn，表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.25%而含而含锰量为锰量为(0.71.0)%的钢。的钢。沸沸腾腾钢钢，半半镇镇静静钢钢以以及及专专门门用用途途的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢，应应在在钢钢号号后后特特别别标标出出，如如15g，即即平平均均含含碳碳量量为为0.15%的锅炉钢；的锅炉钢；08F表示含碳量为表示含碳量为0.08%的沸腾钢。的沸腾钢。3.碳素工具钢碳素工具钢碳碳素素工工具具钢钢是是用用“T+数数字字”表表示示，其其中中T为为碳碳的的拼拼音音，其其后后数数字字表表示示钢钢中中平平均均含含碳碳量量的的千千分分之之几几。如如平平均均含含碳碳量量为为0.8%的的工工具具钢钢，其其钢钢号号记记为为“T8”；T12表表示示碳碳的的平平均均含含量量为为1.2%的的碳碳素素工工具具钢钢。含含锰锰量量较较高高者者须须在在钢钢号号后后标标以以“Mn”。若若为为高高级级优优质质碳碳素素工工具具钢钢则则在在钢钢号号末末端端加加“A”，如如T10A。铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，它含有比碳钢更多的硅、锰、硫、磷等杂质。工业上常用的铸铁含碳量为2.5%-4.0%。根据铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分为白口铸铁和灰口铸铁两大类。铸铁 铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属材料之一。它可用于制造各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。铸铁的分类按照碳的存在形式，铸铁可分为：按照碳的存在形式，铸铁可分为：l碳以渗碳体形式存在的，称为碳以渗碳体形式存在的，称为白口铸铁白口铸铁；l碳以石墨形式存在的，称为碳以石墨形式存在的，称为灰口铸铁灰口铸铁；按照石墨的形态按照石墨的形态,铸铁可分为铸铁可分为:石墨呈片状铸铁石墨呈片状铸铁,称称灰铸铁灰铸铁；石墨呈团絮状的铸铁称石墨呈团絮状的铸铁称可锻铸铁可锻铸铁；石墨呈球状的铸铁称石墨呈球状的铸铁称球墨铸铁球墨铸铁；石墨呈蠕虫状的铸铁称石墨呈蠕虫状的铸铁称蠕墨铸铁蠕墨铸铁。（一）白口铸铁（一）白口铸铁 白口铸铁中的碳几乎全部以白口铸铁中的碳几乎全部以FeFe3 3C C形式存在，断形式存在，断口呈银白色，性能硬而脆，很难进行切削加工，主口呈银白色，性能硬而脆，很难进行切削加工，主要作为耐磨零件来使用。还可以用作炼钢原料或用要作为耐磨零件来使用。还可以用作炼钢原料或用于可锻铸铁的毛坯。于可锻铸铁的毛坯。（二）灰口铸铁（二）灰口铸铁 灰口铸铁中的碳大部分或全部以自由态的石墨灰口铸铁中的碳大部分或全部以自由态的石墨形式存在，断口呈暗灰色。根据灰口铸铁中石墨存形式存在，断口呈暗灰色。根据灰口铸铁中石墨存在形式不同，它又可分为在形式不同，它又可分为普通灰口铸铁普通灰口铸铁、可锻铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁蠕墨铸铁和和球墨铸铁球墨铸铁等。等。1 1普通灰口铸铁普通灰口铸铁 简称灰铁，其石墨形态呈片状。由于片状简称灰铁，其石墨形态呈片状。由于片状石墨的存在，割裂了金属基体组织，减少了承石墨的存在，割裂了金属基体组织，减少了承载的有效面积，因此其综合力学性能较低，但载的有效面积，因此其综合力学性能较低，但其减振性、耐磨性、铸造性及切削加工性较好，其减振性、耐磨性、铸造性及切削加工性较好，主要用于制造承受压力的床身、箱体、机座、主要用于制造承受压力的床身、箱体、机座、导轨等零件。导轨等零件。灰口铸铁牌号的表示方法为灰口铸铁牌号的表示方法为“HT”加数字，加数字，其中其中“HT”是灰铁两字汉语拼音的第一个字母，是灰铁两字汉语拼音的第一个字母，数字表示最低抗拉强度。数字表示最低抗拉强度。常用的灰口铸铁牌号为常用的灰口铸铁牌号为HT100、HT150、HT200、HT250、HT300等。等。灰铸铁的组织灰铸铁的组织 灰铸铁有铁素体、珠光体、灰铸铁有铁素体、珠光体、(铁素体铁素体+珠珠光体光体)+)+石墨三种基本组织。石墨三种基本组织。F+F+F+F+片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨（F+PF+PF+PF+P）+片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨P+P+P+P+片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨 由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，减少了钢破坏了钢基体的连续性、完整性，减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。灰铸铁塑性和韧性近于零，属于脆性材料。灰铸铁具有非常优良的铸造性能。具有非常优良的铸造性能。但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载荷的零件和结构，铁广泛用于作承受压力载荷的零件和结构，如机座、机床床身、轴承等。如机座、机床床身、轴承等。灰铸铁的性能与应用灰铸铁的性能与应用叶轮叶轮 发动机飞轮发动机飞轮 2可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后而可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后而得到，其后墨形态呈团絮状。由于其石墨呈团得到，其后墨形态呈团絮状。由于其石墨呈团絮状，对金属基体的割裂作用减小，故其抗拉絮状，对金属基体的割裂作用减小，故其抗拉强度、塑性、韧性都比灰口铸铁高。强度、塑性、韧性都比灰口铸铁高。主要用于制造一些形状比较复杂而在工作主要用于制造一些形状比较复杂而在工作中承受一定冲击载荷的薄壁小型零件，如管接中承受一定冲击载荷的薄壁小型零件，如管接头、农具等。头、农具等。可锻铸铁的牌号由可锻铸铁的牌号由“KTH”或或“KTZ”加两加两组数字组成。其中组数字组成。其中“KT”是可铁两字汉语拼音是可铁两字汉语拼音第一个字母，后面的第一个字母，后面的“H”表示黑心可锻铸铁，表示黑心可锻铸铁，“Z”表示珠光体可锻铸铁。其后面的两组数表示珠光体可锻铸铁。其后面的两组数字分别表示材料的最低抗拉强度数值和最小伸字分别表示材料的最低抗拉强度数值和最小伸长率数值。长率数值。其主要牌号有其主要牌号有KTH350-10、KTZ550-04等。等。生产方法：生产方法：先将铸铁浇注成白口铸铁先将铸铁浇注成白口铸铁,然后进行高温然后进行高温石墨化退火石墨化退火,使渗碳体分解得到团絮状石墨。使渗碳体分解得到团絮状石墨。可锻铸铁的组织可锻铸铁的组织可锻铸铁有可锻铸铁有铁素体铁素体和和珠光体珠光体两种基体。两种基体。可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织a）铁素体可锻铸铁铁素体可锻铸铁b）珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁3 3球墨铸铁球墨铸铁 球墨铸铁中石墨形态呈球状。由于球状石墨对球墨铸铁中石墨形态呈球状。由于球状石墨对金属基体的割裂作用更小，因此它具有较高的强度、金属基体的割裂作用更小，因此它具有较高的强度、塑性和韧性，所以应用较广，在某些情况下可替代塑性和韧性，所以应用较广，在某些情况下可替代中碳钢使用。主要用于制造受力较复杂、负荷较大中碳钢使用。主要用于制造受力较复杂、负荷较大的机械零件，如曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴等。的机械零件，如曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴等。球墨铸铁的牌号由球墨铸铁的牌号由“QT”加两组数字组成。其中加两组数字组成。其中“QT”是球铁两字汉语拼音的第一个字母，两组数是球铁两字汉语拼音的第一个字母，两组数字分别表示最低抗拉强度数值和最小伸长率数值。字分别表示最低抗拉强度数值和最小伸长率数值。主要牌号有主要牌号有QT500-7、QT800-2等。等。生产方法：生产方法：在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接获得球状石墨获得球状石墨,得到球墨铸铁得到球墨铸铁.球墨铸铁的组织球墨铸铁的组织球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织a）铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁b）铁素体铁素体+珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁c）珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁蠕墨铸铁的生产蠕墨铸铁的生产:在一定成分的铁液中加入适在一定成分的铁液中加入适量的蠕化剂进行蠕化处理而成的。所谓蠕化处理是量的蠕化剂进行蠕化处理而成的。所谓蠕化处理是将蠕化剂放入经过预热的堤坝或铁液包内的一侧，将蠕化剂放入经过预热的堤坝或铁液包内的一侧，从另一侧冲入铁液，利用高温铁液将蠕化剂熔化的从另一侧冲入铁液，利用高温铁液将蠕化剂熔化的过程。蠕化剂为镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁过程。蠕化剂为镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。钙合金等。蠕墨铸铁的性能及应用蠕墨铸铁的性能及应用:蠕墨铸铁中的石墨片蠕墨铸铁中的石墨片比灰铸铁中的石墨片的长厚比要小，端部较钝、较比灰铸铁中的石墨片的长厚比要小，端部较钝、较圆，介于片状和球状之间的一种石墨形态圆，介于片状和球状之间的一种石墨形态4 4、蠕墨铸铁、蠕墨铸铁 生产方法生产方法：在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。其方法与程序与球墨铸铁基本相同。蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁中的石墨片比灰铸铁中的石墨片的长蠕墨铸铁中的石墨片比灰铸铁中的石墨片的长厚比要小，端部较钝、较圆，介于片状和球状之间厚比要小，端部较钝、较圆，介于片状和球状之间的一种石墨形态的一种石墨形态蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁的显微组织性能：性能：力学性能较高，强度接近于球墨铸铁，具力学性能较高，强度接近于球墨铸铁，具有一定的韧度，较高的耐磨性，同时又兼有良好的有一定的韧度，较高的耐磨性，同时又兼有良好的铸造性能和导热性。铸造性能和导热性。应用：应用：生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模、轧辊模、生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模、轧辊模、玻璃瓶模和液压阀等铸件。玻璃瓶模和液压阀等铸件。蠕墨铸铁的牌号以蠕墨铸铁的牌号以RuT表示，表示，“RuT”是是“蠕蠕铁铁”二字的拼音字首，所跟的数字表示最低抗拉强二字的拼音字首，所跟的数字表示最低抗拉强度。度。冲天炉结构示意图冲天炉结构示意图5 5 特殊性能铸铁特殊性能铸铁 在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。种特殊性能的合金铸铁。1 1、耐磨铸铁（加铬）、耐磨铸铁（加铬）2 2、耐热铸铁耐热铸铁（AlAl、SiSi、CrCr）扇扇形形扩扩散散器器托托架架 衬衬板板弯弯管管感应电炉炉体构造图感应电炉炉体构造图Fe-石墨相图石墨相图Fe-石墨相图中的石墨是重要的组成相。石墨相图中的石墨是重要的组成相。石墨形成的过程叫石墨化过程。石墨形成的过程叫石墨化过程。通过匀晶或共晶反应，从液相中形成石墨通过匀晶或共晶反应，从液相中形成石墨的过程称为第一阶段石墨化。的过程称为第一阶段石墨化。沿沿ES线冷却，从线冷却，从 相中析出二次石墨相中析出二次石墨的过程叫中间阶段石墨化，通过共析反应的过程叫中间阶段石墨化，通过共析反应从从 相中形成石墨的过程叫第二阶段石墨相中形成石墨的过程叫第二阶段石墨化。化。如果冷却过程极其缓慢，各阶段石墨化如果冷却过程极其缓慢，各阶段石墨化得以充分进行，则合金最后得到的室温组得以充分进行，则合金最后得到的室温组织为织为F+G（石墨）。石墨）。如果第一阶段和中间阶段石墨化得以进如果第一阶段和中间阶段石墨化得以进行，而第二阶段石墨化由于冷速较大，平行，而第二阶段石墨化由于冷速较大，平衡条件难以建立，不能完全进行或完全不衡条件难以建立，不能完全进行或完全不进行，则最后得到的室温组织分别为进行，则最后得到的室温组织分别为P+G和和P+F+G。