碳对Fe-C合金机械性能的影响在线视频

这一节同学们我们来学习

碳对铁碳合金机械性能的影响

我们在前面的学习当中

已经知道铁素体的性能特点是什么呢

软而韧

而渗碳体呢

是硬而脆

由铁素体和渗碳体两相组成的

铁碳合金的性能

取决于二者的配合情况

当渗碳体与铁素体形成片状珠光体时

合金的强度和硬度提高

合金当中的珠光体的数量越多

那么它的强度和硬度就会越高

当碳含量等于0.77%的时候

全部是珠光体组织的时候

合金将兼有二者的优点

不仅具有较高的强度和硬度

也兼有一定的塑性和韧性

当碳含量大于0.77%的时候

渗碳体是以网状的形态

分布于珠光体的边界上

此时合金的塑性和韧性降低

当渗碳体成为基体相

比如说低温莱氏体的时候

合金的塑性和韧性将大大下降

强度也随之降低

从PPT所示的图当中可以看到

在亚共析钢当中

随着含碳量的增加

珠光体的数量逐渐增多

强度和硬度也随之升高

而塑性和韧性降低

当碳含量达到0.77%的时候

它的性能就是珠光体的性能了

在过共析钢当中

含碳量接近1%的时候

强度几乎达到最高值

含碳量继续增加

则强度是降低的

这是由于碳含量大于1%的时候

沿着珠光体的边界

形成了连续的网状二次渗碳体

降低了晶界的断裂强度

从而使钢的脆性大为增加

合金的塑性主要是由铁素体提供的

因此当含碳量增加铁素体减少时

铁碳合金的塑性将会不断降低

当组织当中

出现以渗碳体为基体的莱氏体时

塑性将降低到0

所以白口铸铁的脆性很大

强度也很低

使用价值不大

冲击韧性对组织十分敏感

当随着含碳量增加而出现网状二次渗碳体时

韧性将急剧下降

其下降的幅度比塑性降低的还要大一些

下面我们看一下 硬度

硬度对组织组成物或相组成物的形态

并不十分敏感

它的高低

主要取决于组成相的硬度和数量

随着含碳量的增加

高硬度的渗碳体增多

低硬度的铁素体减少

铁碳合金的硬度将逐渐升高

工业上使用的铁碳合金

常常既要求具有足够的强度

又要求具有适当的塑性和韧性

那么根据前面结合铁碳相图

进行的碳对铁碳合金的组织

与性能影响的分析呢

可以知道

为了满足上述的要求

合金当中的渗碳体数量不宜过多

对碳钢和普通的低 中合金钢而言

含碳量一般应不超过1.3%

同学们

我们再来学习一下

碳对工艺性能的影响

首先来看一下切削加工性

金属材料的切削加工性能是一个

十分复杂的问题

材料的化学成分

组织结构

硬度

韧性以及加工硬化的程度等等

都会对切削加工性能有一定的影响

钢中含碳量的变化

不仅改变碳钢的化学成分

同时也改变了钢的组织结构

从而对钢的切削加工性能

产生一定的影响

比如说低碳钢

它当中的铁素体比较多

那么它的塑韧性就会比较好

但是呢切削加工时就会产生的切削热较大

容易发生粘刀

而且不易断屑

影响表面的粗糙度

因此低碳钢的切削加工性能并不好

高碳钢的渗碳体多

硬度高

对刀具的磨损会很严重

切削性能呢也不好

中碳钢的铁素体与渗碳体的比例适当

硬度

塑性比较适中

所以呢

它的切削加工性能呢比较好

通常钢的硬度在230HB左右的时候呢

加工性能会比较好

渗碳体的形态对钢的切削加工性能

也有很大的影响

如果过共析钢的组织

为片状渗碳体加二次渗碳体

那么它的加工性能就很差

但是如果将其进行球化退火

从而形成为粒状的珠光体的时候

那么它呢就可以因为渗碳体的颗粒化

而大大的改善其切削加工性能

我们下面再来看第二个工艺性能可锻性

金属的可锻性是指金属经受压力加工

改变形状但不产生裂纹的性能

钢的含碳量越低

塑性越好

也就是说钢的可锻性越好

随着含碳量的增加

可锻性将逐渐变差

将钢加热到高温

可得到单相奥氏体组织

奥氏体的塑性好

易于塑性变形

具有良好的可锻性

因此刚才进行锻造的时候

它的始锻温度

一般选在固相线以下

100到200摄氏度范围内

中锻温度也不可过低

以免刚才因温度过低

而使塑性变差

产生锻造裂纹

一般亚共析钢终锻温度

控制在稍高于GS线也就是A3线

过共析钢则控制在稍高于PSK线

也就是A1线

白口铸铁无论在低温还是高温

它的组织都是以硬而脆的渗碳体为主体

所以它的可锻性是很差的

几乎不能锻造

第三个

我们再来看一下 铸造性

金属的铸造性能主要是指金属的流动性

收缩性和偏析

先看一下流动性

流动性是指液态金属充满铸型型腔的能力

影响流动性的主要因素

是化学成分和浇铸温度

在化学成分这一因素当中

碳对液态金属的流动性的影响最大

含碳量增加

钢的结晶温度间隔变大

流动性呢将逐渐变差

但是含碳量增多

液相线的温度呢降低

因而呢当浇铸温度相同时

含碳量高的钢

它对应的液相线温度

与钢液温度之差较大

也即过热度较大

这对钢液的流动性是有利的

可以说起着主导作用

因此钢液的流动性

随含碳量的增加而提高

浇铸温度越高

流动性就会越好

当浇铸温度一定的时候

其过热度越大

流动性也越好

铸铁的液相线

要比钢低的多

所以它的液体的流动性总是比钢要好

亚共晶铸铁随着含碳量的增加

结晶温度间隔变小

流动性也随之提高

共晶铸铁的结晶温度最低

而且是在恒温下进行凝固

所以它的流动性最好

过共晶铸铁随着含碳量的提高

其流动性逐渐变差

钢铁的热加工温度范围

我们在PPT的图当中进行了一些示意

我们再看当中的第2条

收缩性

铸铁从浇铸温度冷至室温的时候

它的体积和线尺寸减少的现象

称为收缩性

收缩是铸造合金本身的一种物理性质

它是铸铁产生缩孔

疏松

残余应力

变形和裂纹等缺陷的基本原因

影响碳钢收缩性的主要因素

也是化学成分和浇铸温度

当浇铸温度一定的时候

随着含碳量的增加

钢水的温度与液相线的温度之差变大

液态的收缩增大

同时其凝固温度的范围变宽

凝固收缩

也增大

对于化学成分一定的钢

则浇铸温度越高

液态的收缩也会越大

我们再来看一下偏析

晶内偏析

晶内偏析的程度

主要取决于凝固时的冷却条件

和原子扩散的能力

它还与相图的形状有着密切的关系

在其他条件相同的情况下

认为偏析和相图的关系呢

是固相线与液相线的水平距离

和垂直距离越大

则晶内偏析越严重

铸铁成分越靠近共晶成分点

这时的偏析会越小

反之离共晶点越远

则偏析越严重

所以同学们通过上面的学习

如果是进行切削加工

我们是选高碳钢

还是中碳钢

还是低碳钢

哪个比较适于切削加工呢

如果是进行锻造的话

你们认为应该在铁碳相图当中的

哪个相区来进行是比较合适的呢

如果是铸造的话

你应该选择哪种成分的铁碳合金

会比较适宜呢

这一部分我们就学到这里