含碳量不同铁分类

一张思维导图带你认识工程材料中含碳量不同铁的分量！摘自工程材料书本，分类所得钢、白口铸铁，介绍其一般加工工艺等知识内容，内容要为简要，适合配合书籍记忆学习！适合学习工程材料学的同学使用！

铁素体（工业纯铁）

• 钢（含碳量0.0218%～2.11%）
  • 亚共析钢
    • 结晶过程：L ® L+A ® A ® A+F® P+F
  • 共析钢（含碳量0.77%）
    • 结晶过程：L ® L+A ® A ® P
  • 过共析钢
    • 结晶过程：L ® L+A ® A® A+Fe3C（二次）® P+Fe3C(二次)
• 白口铸铁（含碳量2.11%～6.69%）
  • 铸造性能好，硬而脆
  • 亚共晶白口铸铁
    • L ®L+A ®A+Ld[A+Fe3C+Fe3C(二次) )]高温莱氏体 ®A+Fe3C(二次) )+Ld[A+Fe3C+Fe3C(二次) )]高温莱氏体 ®P+Fe3C(二次) +L'd[P+Fe3C+Fe3C(二次) ]低温莱氏体
  • 共晶白口铸铁（含碳量4.3%）
    • L ®L+Ld(A+Fe3C)高温莱氏体 ®Ld[A+Fe3C+Fe3C(二次) )]高温莱氏体 ®L'd[P+Fe3C+Fe3C(二次) ]低温莱氏体
  • 过共晶白口铸铁
    • L ®L+Fe3C ®L+Fe3C+Ld[A+Fe3C+Fe3C(二次) )]高温莱氏体 ®Fe3C+Ld[A+Fe3C+Fe3C(二次) )]高温莱氏体 ®P+Fe3C+L'd[P+Fe3C+Fe3C(二次) ]低温莱氏体
• 最终相组成：F+Fe3C
• 一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）—预备热处理—机加工—最终热处理
  • 热处理
    • 指将钢在固态下，加热、保温、冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。其中冷却是热处理的关键。
    • I. 普通热处理
      • i. 退火（炉冷）
        • 目的
          • 调整硬度，便于切削加工
          • 消除内应力，防止加工中变形
          • 细化晶粒，为最终热处理做组织准备
        • 工艺
          • 完全退火
            • 对象
              • 亚共析钢
            • 温度
              • Ac3+30～50℃
            • 组织
              • F+P
          • 球化退火
            • 目的
              • 将钢中渗碳体球状化
              • 对于有严重网状二次Fe3C的过共析钢 先正火，消除网状渗碳体，在球化退化
              • 降低硬度，均匀组织，改善切削加工性能
              • 为淬火作组织准备
            • 组织
              • F+球状Fe3C
            • 温度
              • Ac1+30～50℃
              • 冷却到略低于Ar1的温度
            • 对象
              • 共析钢
              • 过共析钢
              • 合金工具钢
                • 碳素工具钢
                • 轴承钢等
          • 等温退火
            • 亚共析钢Ac3+30～50℃
            • 共析和过共析钢Ac1+30～50℃
          • 扩散退火
          • 再结晶退火
          • 去应力退火
      • ii. 正火（空冷）
        • 温度
          • 亚共析钢Ac3+30～50℃
          • 共析钢Ac1+30～50℃
          • 过共析钢Acm+30～50℃
        • 目的
          • 对于低、中碳钢，和退火目的相同
          • 对于过共析钢，消除网状渗碳体，为球化退火做组织准备
          • 普通件最终热处理
        • 组织
          • F+S
          • S
      • iii. 淬火
        • 目的
          • 获得马氏体或下贝氏体组织
          • 配以回火，改善组织，提高钢的性能
        • 处理钢种
          • 亚共析钢
            • 淬火温度
              • 亚共析钢Ac3+30～50℃
            • 预备热处理及其组织
              • F+P——退火
              • （F+S）或S——正火
            • 淬火后组织
              • M
              • M+A’
          • 共析钢
            • 淬火温度
              • 共析钢Ac1+30～50℃
            • 淬火后组织
              • M+A’
          • 过共析钢
            • 淬火温度
              • 过共析钢Ac1+30～50℃
            • 预备热处理组织
              • 球状P
            • 淬火后组织
              • M+球状Fe3C+A’
            • 不加热到Acm原因
              • 此时奥氏体晶粒粗大，淬火后得到马氏体晶粒也粗大
              • M含碳量高，A’量增多
              • 让钢的硬度、耐磨性下降
              • 脆性、变形开裂性倾向增加
        • 淬火介质
          • 选取方法
            • 在C曲线鼻尖处快冷
            • Ms线附近缓冷
            • 达到既获得马氏体，又减小内应力的目的
          • 常用介质
            • 水
              • 冷却能力强，但低温能力过大，因此适用于形状简单的碳钢件
            • 油
              • 低温区冷却能力理想，高温区冷却能力小，用于合金钢和小尺寸碳钢件
          • 熔盐（称作盐浴）
            • 冷却能力介于水和油之间，用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火
        • 淬火方法
          • 单液淬火
            • 工件在一种介质中连续冷却到室温
            • 优点：操作简单，易实现自动化
          • 双液淬火
            • 先在冷却能力强的介质中冷却，躲过鼻尖温度 再用能力弱的发生马氏体转变
            • 例：水淬油冷，油淬空冷
            • 冷却理想：优点
            • 不易掌握：缺点
            • 形状复杂的碳钢件，大型合金钢件：适用工件
          • 分级淬火
            • 在Ms附近用盐浴或碱浴淬火，待内外温度均匀再取出缓冷：方法
            • 减小内应力：目的
            • 小尺寸工件：适用工件
          • 等温淬火
            • 在温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中保温足够长时间：方法
            • 下贝氏体：组织
            • 良好综合力学性能，淬火应力小：优点
            • 形状复杂、要求较高的小型件：适用工件
      • iv. 回火
        • 没有淬火的钢回火无意义 淬火后应立即回火
        • 将淬火钢重新加热到A1一下的某一温度，保温后冷却：概念
        • 淬火钢组织发生转变，从亚稳定状态到稳定状态转变：意义
        • 目的
          • 减少或消除淬火内应力，防止开裂或变形
          • 获得所需力学性能。一般淬火钢硬度高，脆性大 回火可调整硬度、韧性
          • 稳定尺寸。是非平衡的M与A’变为平衡或接近平衡的组织
          • 高淬透性的钢软化。
        • 组织转变
          • 马氏体分解（小于200℃）：第一阶段
            • 马氏体析出碳增加：过程
            • 回火马氏体+碳化物：产物
          • 残余奥氏体分解（200～300℃）：第二阶段
            • A’可能转变为回M或下B
          • 碳化物转变（250～400℃）：第三阶段
            • 回火托氏体（F+颗粒状Fe3C）
          • Fe3C聚集长大和F再结晶（450～700℃）：第四阶段
            • 温度小于600℃回火索氏体，600℃～Ac1回火珠光体
        • 回火种类
          • 低温回火（150～250℃）
            • 回火马氏体：组织
            • 各种工具、模具、轴承以及渗碳和表面淬火工件：适用工件
          • 中温回火（350～500℃）
            • 回火托氏体：组织
            • 各类弹簧：适用工件
          • 高温回火（500～650℃）
            • 回火索氏体：组织
            • 组织具有良好力学性能，高强度同时，具有良好塑性、韧性
            • 淬火+高温回火：调质
              • 用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件
              • 精密零件、量具等的预备热处理
        • 回火脆性
          • 不可逆回火脆性（第一类回火脆性）
            • 淬火钢在250～350℃回火时出现
            • 不可逆，无法消除，应避开这个温度范围
          • 可逆回火脆性（第二类回火脆性）
            • 500～650℃时出现
            • 含Cr、Mn、Si、Ni的结构钢：出现钢种
            • 消除办法
              • 回火后快冷
              • 加入合金元素W（约1%）、Mo（约0.5%）
                • 该法适用于大截面零件
    • II. 表面热处理
      • 表面淬火
        • 概念
          • 在不改变钢化学成分、心部组织情况下，快速加热将表面奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的方法
        • 目的
          • 使表面具有高硬度、耐磨性、疲劳极限
          • 表硬里韧，保持一定强度、硬度条件下，内部有足够塑性和韧性
        • 主要方法
          • 火焰加热
          • 感应加热
        • 适用工件
          • 承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件
          • 0.4%～0.5%C的中碳钢，铸铁
      • 化学热处理
        • 渗碳
          • 目的
            • 提高钢表面硬度、耐磨性、疲劳极限。同时保持心部良好韧性
          • 特点
            • 质量好、效率高，但渗碳层成分和深度不易控制
          • 方法
            • 气体渗碳法
            • 固体渗碳法
        • 渗氮
    • III. 其他热处理
    • IV. 热处理缺陷
      • 过热
        • 加热温度过高或保温时间过长，导致晶粒粗化。 正火可以消除
      • 过烧
        • 加热温度过高，晶界处低熔点共晶体或化合物被熔化或氧化。 无法消除
      • 氧化
      • 脱碳
        • 工件表层的碳被介质中的H2、O2烧毁，表面含碳量下降影响工件表面硬度和耐磨性
      • 变形
      • 开裂
• 浮动主题
• 改善切削性能
  • 低碳钢——正火
  • 中碳钢——退火或正火
  • 高碳钢——球化退火
• 成分
  • 相
    • L—— 液相
    • F —— 铁素体
    • A——奥氏体
    • Fe3C——渗碳体
  • 组织
    • P(珠光体)——F+Fe3C的机械混合物
    • Ld(莱氏体)——A+Fe3C的机械混合物
      • 低温时 A 变为 P 称为低温莱氏体，符号L'd