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铁碳相图的应用

提示:

铁碳相图反映了铁碳合金组织随温度和成分变化的规律,利用它可以分析不同成分铁碳合金的性能,指导选择材料,同时还是制订各种热加工工艺的重要依据。 1.在选材方面的应用 根据成分一组织一性能的关系规律,若需要塑性、韧性高的材料应选用低碳钢;若需要强度、塑性及韧性都较好的材料应选用中碳钢;需要硬度高、耐磨性好

    铁碳相图反映了铁碳合金组织随温度和成分变化的规律,利用它可以分析不同成分铁碳合金的性能,指导选择材料,同时还是制订各种热加工工艺的重要依据。

    1.在选材方面的应用

    根据成分一组织一性能的关系规律,若需要塑性、韧性高的材料应选用低碳钢;若需要强度、塑性及韧性都较好的材料应选用中碳钢;需要硬度高、耐磨性好的材料应选用高碳钢。一般低碳钢和中碳钢主要用来制造机器零件或建筑结构件,高碳钢用来制造各种工具。

    白口铸铁具有很高的硬度和脆性,抗磨损性能高,可用作需要耐磨而不受冲击载荷的工件,如拔丝模、犁铧、球磨机的铁球。此外,白口铸铁还可用作炼钢的原料,也可作为生产可锻铸铁的原始坯料。

    2.在铸造生产方面的应用

    按照铁碳相图可以确定碳钢和铸铁的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50~100℃。铸铁有共晶转变,铸铁性能比钢好。以共晶成分的白口铸铁和纯铁的铸造性能为最好。因为它们的结晶温度区间为零,故流动性好,分散缩孔较少,有可能得到致密的铸件。所以铸铁的成分应尽量选择在共晶点附近。钢的结晶温度区间随碳质量分数的增加而增大,但结晶开始温度却随碳质量分数的增加而降低,故生产上将铸钢的成分规定在适当的范围内,一般碳的质量分数为0.15%~0.55%,因为这时力学性能较好,结晶温度区间相对较小,铸铁性能也较好(但比铸铁差得多)。

Fe-Fe3C相图与热加工温度之间的关系

    1-17    Fe-Fe3C相图与热加工温度之间的关系

    3.在压力加工工艺方面的应用

    当钢处于奥氏体状态时,强度较低,塑性较好,便于塑性变形。因此,钢材的轧制或锻造必须选择在单相奥氏体区的适当温度范围内进行。其选择原则是开始轧制或锻造温度不得过高,以免钢材氧化严重和发生奥氏体晶界熔化,一般始锻(轧)温度控制在固相线以下100~200℃。而终锻(轧)温度对亚共析碳钢应控制在稍高于GS线以上,对于过共析钢应控制在稍高于PSK线以上,温度不能过低,以免使钢材塑性差而导致裂纹。低碳钢由于塑性好,终锻温度可在800℃左右。Fe-Fe3C相图与热加工温度之间的关系如图1-17所示。

    4.在热处理方面的应用

    各种热处理方法的加热温度也与Fe-Fe3C相图有密切的关系。退火、正火、淬火的温度选择都是以Fe-Fe3C相图为依据。

    5.在焊接工艺方面的应用

    焊接时,由焊缝到母材各区域的加热温度是不同的,由Fe-Fe3C相图可知,在不同的加热温度下,会获得不同的高温组织,随后的冷却也就可能出现不同的组织和性能,这就需要在焊接后采用合适的热处理方法加以改善。

    必须指出,使用Fe-Fe3C相图时还要考虑多种杂质或合金元素的影响。同时Fe-Fe3C相图不能说明快速加热或冷却时铁碳合金组织的变化规律。相图上各相的相变温度都是在所谓的平衡(即非常缓慢地加热和冷却)条件下得到的,所以实际生产过程中当钢铁材料冷却和加热速度较快时,不能完全用Fe-Fe3C相图来分析问题,还必须借助其他的理论知识。


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