金属工艺学

过共晶白口铁的室温组 织，图中白色条状组织 为一次渗碳体Fe3CI， 其余为共晶组织（低温 莱氏体Ld’） 过共晶白口铁 (5.0%C)冷却 过程中的组织 转变动画演示
共晶白口铁：含碳4.30%，组织是莱氏体Ld'。 过共晶白口铁：含碳4.3%~6.69%，组织是渗碳体Fe3C+莱氏体Ld'。
工业纯铁在缓慢冷却过程中发生的组织转变主要是同素异晶转 变和Fe3CIII的析出。在冷却过程中合金的组织转变情况见动画 演示。室温下工业纯铁的组织为铁素体以及分布在晶界处极少量 的三次渗碳体(Fe3CIII)。工业纯铁实际室温组织的照片见图2。 工业纯铁冷却过程中的组织转变。
共晶白口 铁(4.3%C) 冷却过程 中的组织 转变动画 演示
以上转变过程见动画演示。经过共 析转变的莱氏体，称为低温莱氏体，用 符号Ld'表示，以区别Ld。珠光体中的 渗碳体叫做共析渗碳体，共晶组织中的 渗碳体叫做共晶渗碳体。所以，共晶白口
铁的室温组织为低温莱氏体Ld'，其组织组 成为：P+Fe3C 共晶+Fe3CII。图14是共晶 白口铁的实际室温组织照片。 共晶白口铁的室铁碳合金基本相
（1）铁素体（F） （4）珠光体P （2）奥氏体（A） （5）莱氏体Ld （3）渗碳体（Fe3C）
根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可以 分为纯铁、钢和白口铁三类。 1.纯铁——含碳量<0.0218%，显微组织为铁 素体。 Fe-Fe3C合金分类
2.钢——含碳量0.0218%～2.11%，特点是高温组织为单相奥氏体， 具有良好的塑性，因而适于锻造。根据室温组织的不同，钢又可 以分为： 亚共析钢：含碳量0.0218%~0.77%，具有铁素体α+珠光体P的组 织，且含碳量越高（接近0.77%）,珠光体的相对量越多，铁素体 量越少。 共析钢：含碳0.77%，组织是全部珠光体P。
1.4%C钢 中的 Fe3CII的 量比 1.2%C中 明显的多。
过共析 钢冷却 过程中 的组织 转变演 示
1.2%C过共析钢的室温组织
1.4%C过共析钢的室温组织
共晶白口铁在从液态缓慢冷却到室温的过程中，首先在1148℃ 进行共晶转变，液相全部凝固成为高温莱氏体Ld（共晶组织）：
在1148℃到727℃之间，莱氏体中的奥氏体γ将按照ES线的变化 趋势析出二次渗碳体Fe3CII，而奥氏体在727℃时的含碳量降到 0.77%；此时，奥氏体进行共析转变，将全部转变成珠光体P：
另外，合金铸铁是通过加人一定的合金元素而获得的、具有某种 独特性能的一类铸铁，主要有耐磨铸铁、耐热铸铁和耐蚀铸铁等几 种。
铸铁
铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、
锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。铸铁具
有许多优良的性能，生产简便、成本低廉等 优点，因而是应用最广泛的材料之一。
例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、 活塞环及轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。
45钢 冷却 过程 中的 组织 转变
45钢的室温组织
20钢的室温组织
60钢的室温组织
过共析钢在液态到室温的冷却过程中，首先进行匀晶转变，形成 单相固溶体γ；当温度到达ES线以下时，过饱和的固溶体γ中析出 渗碳体（二次渗碳体Fe3CII），奥氏体γ的成分变到共析点 S(0.77%C)；共析转变γ0.77→(α+Fe3C)，形成珠光体P。因此， 过共析钢的室温组织为珠光体P(α+Fe3C)+Fe3CII。具体转变过程 见动画演示。实际1.2%C（T12）钢的室温组织照片见图12。对于 过共析钢，随着含碳量增高，钢中Fe3CII的量增大。由于大量的 Fe3CII会形成网状结构，造成钢的脆性急剧增高，所以实际生产中 使用的钢含碳量一般都低于1.5%；另外，含有网状Fe3CII的钢不 能直接使用，需要经过锻造（压碎Fe3CII网）或相应的热处理后才 能使用。
1）球墨铸铁 在浇铸前的铁水中加入球化剂等，使其中的石墨呈球状分布，
得出的铸铁称为球墨铸铁，简称球铁。球铁具有灰铸铁的一系列优点，且 其机械性能大大超过了灰铸铁。在某些场合可以代替钢。球墨铸铁的牌号 的意义为“QT代表球铁二字汉语拼音的第一个字母，两组数字依次代表最 低抗拉强度和最低延伸率。如：QT400-17的含义——该牌号的球墨铸铁最 低抗拉强度为400MPa，最低的延伸率为17% 。
亚共晶白口铁冷却过程中组织转变与共晶白口铁类似，只是在共 晶转变之前，液相中先结晶出奥氏体。到达1148℃时，剩余的液相 成份为4.3%C，再往下面，液相的转变就与共晶白口铁一样了。先 结晶出来的奥氏体和共晶奥氏体一样，在以后的冷却过程中依次析 出二次渗碳体（难以明显看出）和进行共析转变（见下面动画演 示）。室温下亚共晶白口铁的平衡组织为：P+Fe3CII+Ld'。图15为 实际亚共晶白口铁的室温组织。
Q 235 — A ·F 沸腾钢 A质量等级 235 MPa 屈服强度
优 质 碳 素 结 构 钢
* 45 钢
Wc = 45%00
* 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%～1.0%
优质碳素结构钢的钢号用两 位数字表示，这两位数字是 钢中平均含碳量的万分之几。 碳素工具钢的牌号是在 “碳”字母或“T”后面 附以数字，数字表示钢 中的平均含碳量千分之 几。
锰钢、 铬钢 、硼钢、铬镍钢、铬锰钢等。
“两位数字+ 合金元素+ 数字”。前 面的数字表 示钢的平均 含碳量，以 万分之一为 单位；合金 元素直接用 化学元素符 号（或汉字） 表示；后面 的数字表示 合 合金元素平 金 均含量的百 结 分数，当平 构 均含量低于 钢 1.5%，只 标元素符号， 而不标其含 量。
过共析钢：含碳量0.77%～2.11%，组织是珠光体P+渗碳体Fe3C。
3.白口铁——含碳量2.11%～6.69%，特点是液态结晶时都有共晶 转变，因而具有良好的铸造性能。但是即使在高温也是脆性材料， 不能锻造。根据室温组织不同，白口铁又分为：
亚共晶白口铁：含碳2.11%～4.30%，组织是珠光体P+渗碳体Fe3C+莱氏 体Ld'。
或高级优质钢。
4、按冶炼时脱氧程度的不同分类
沸腾钢：不脱氧的钢； 镇静钢：完全脱氧钢； 半镇静钢：半脱氧钢。 普通碳素结构钢的牌号由 钢材的屈服强度“屈”字 汉字拼音首位字母、屈服 强度值、质量等级符号、 脱氧方法符号四部分按顺 序组成。
5、按金相组织分
亚共析钢、共析钢、过共析钢。
钢的编号 普 通 碳 素 结 构 钢
亚共晶白口铁 (3.0%C)冷却 过程中的组织 转变 动画演示 亚共晶白口铁的室温 组织，图中黑色树枝 状组织为珠光体，其 余为共晶组织（低温 莱氏体Ld'）
过共晶白口铁在从液态到室温的冷却过程中，先从液相中结晶 出来的是一次渗碳体Fe3CI，剩余的液相在1148℃进行共晶转变。 以下的过程与共晶白口铁相同（见下面动画演示）。因此，过共 晶白口铁的室温组织为：Fe3CI+Ld’。见图16。
2）可锻铸铁 白口铸铁在固态下经长时间高温石墨化 退火，使其中的石墨呈团絮状分布，这一类铸铁称为可 锻铸铁，又称马铁或玛钢。可锻铸铁具有较好的综合机 械性能，但它实际上并不可以锻造，可锻铸铁的牌号的 意义为“KT’表示可锻铸铁，后面的两组数字依次表示最 低抗拉强度和最低延伸率，“KTH”表示黑心可锻铸铁， “KTZ”表示珠光体可锻铸铁。如，KTH300-06的含义— —该牌号的可锻铸铁最低抗拉强度为300MPa,最低延伸 率为6% 。 3）蠕墨铸铁及合金铸铁 蠕墨铸铁中石墨呈短而厚、 头部较圆形似蠕虫，故名由此而得。蠕墨铸铁兼具灰铸 铁和球墨铸铁的优良性能。蠕墨铸铁的牌号的意义为 “RuT”表示蠕墨铸铁，后面的数字表示最低抗拉强度。 如，RuT420的含义——该牌号的蠕墨铸铁最大抗拉强度 为420MPa。
机械制造中所用的金属材料，主要有铸铁、碳钢、合金钢。有色 金属及硬质合金等。其中应用最广泛的是铸铁和碳钢。
铸铁：含碳量大于2．II％的铁碳铸造合金称为铸铁。与钢相比，铸铁的
强度、塑性和韧性较差，不能进行锻造；但它却具有良好的铸造性、耐磨 性、减振性和可切削性，并且它的生产设备和工艺简单，价格低廉，所以 应用非常广泛。
铸铁曲轴
钢 含碳量在0.0218%～2.11%的铁碳合金。
1、按钢的含碳量分类：
低碳钢 中碳钢
0.04% wc 0.25%
0.25% wc 0.6% 0.6% wc
高碳钢
2、按钢的质量分类：有害杂质硫、磷的含量 w p 0.045 %, ws 0.050 % 普通碳素钢
铸铁根据碳在其中的存在形式不同，主要分为白口铸铁和灰口 铸铁两大类。灰口铸铁中根据石墨存在形态的不同又分为普通灰口 铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁等。 1、白口铸铁 这类铸铁断口呈银白色，故称白口铸铁，性能脆而硬，切
削极为困难，故很少用来制造机械零件，主要用作炼钢原料。 2、灰口铸铁 断口呈暗灰色，故称灰口铸铁，简称灰铁。它具有多种良 好的性能（耐磨、减振、可切削性等均好），牌号中的“HT”’表示“灰铁” （HT’为灰铁二字汉语拼音的第一字母），其后的数字表示最低抗拉强。如： HT100的含义——该牌号的灰铁最低抗拉强度为100MPa。
低 合 金 高 强 度 钢
Q
345
C
质量等级
345 MPa
屈服强度 20 Mn2 Ti A
等级:高级优质
含钛量WTi≤1.5 % 含锰量WMn 2 %
含碳量WC 20 %00
G
Cr9
Si
Mn
含Mn量WMn≤1.5 %
含Si量WSi≤1.5 %
含Cr量WCr ≈ 9 % 滚动轴承钢
合金工具钢 这类钢的编号 表示方法与合 金结构钢的区 别仅在于含碳 量。平均含碳 量≧1.0%时不 标，＜1.0%时 用一位数字以 千分之几表示。