合金材料组织转变的温度曲线图

教学情境五　铁碳合金相图的应用

学习与训练子目标

熟悉相图在选材、制定工艺规范方面的应用

铁碳合金相图对工业生产具有指导意义，它不仅为合理选择材料提供了理论基础，而且是制定铸造、锻造、焊接和热处理等工艺规范的重要依据。

知识点一　正 确 选 材

铁碳合金相图概括了合金组织、性能随成分的变化而变化的规律，便于根据零件的性能要求进行合理选择材料。制造工程结构件，如船体、桥梁及建筑结构所需的各种型钢要求塑性、韧性好，应采用低碳钢（C≤0.25%） 。制造各种机器零件，如船用柴油机的曲轴、连杆，机床上的齿轮、轴类零件等，需要强度、塑性及韧性都较好的材料，应采用中碳钢（0.25%＜C＜0.55%） 。各种刃具、模具、量具及柴油机的精密偶件等，需要硬度高、耐磨性好的材料，应采用高碳钢（C＞0.6%） 。至于白口铸铁，其耐磨性好，铸造性能优良，适用于耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、火车车轮、犁铧、球磨机铁球等。此外，白口铸铁还用作生产可锻铸铁的毛坯。

知识点二　制定热加工工艺

一、在铸造工艺方面的应用

铁碳合金相图可以确定合适的浇注温度。由相图可知，共晶成分附近的合金，其液相线与固相线间隔最小，故流动性好，分散缩孔较少，偏析小，有可能得到致密的铸件。共晶成分合金的熔点最低，可以用比较简易的熔炼设备。而钢的熔点明显增高，需要复杂的熔炼设备（如电炉等） 。因此在铸造生产中，接近共晶成分的铸铁被广泛应用。

二、在锻造工艺方面的应用

铁碳合金相图可确定锻造与热轧钢材的最适宜的温度。钢在室温时的组织为两相混合物，因此塑性较差，形变困难，只有将其加热到单相奥氏体状态，才能有较好的塑性。因此，钢材的锻造或轧制应选择在具有单相奥氏体区的温度范围内进行。一般始锻（轧）温度控制在固相线以下100～200℃范围内，以利于充分的塑性变形。若加热温度过高，将会引起钢材严重氧化、过烧。而终锻（轧）温度对于亚共析钢应控制在稍高于GS线以上，对于过共析钢应控制在稍高于PSK线以上。若温度过低会使钢材塑性降低，产生裂纹。

三、在热处理工艺方面的应用

铁碳合金相图对于制定热处理工艺有着特别重要的意义。退火、正火、淬火的温度选择都需参考铁碳合金相图。这将在“钢的热处理”中详细介绍。