第四章 铁碳合金.docx

1、第四章 铁碳合金第四章 铁碳合金和铁碳相图铁碳合金中的主要元素是铁和碳，它包括工业纯铁、碳钢和白口铸铁。铁碳合金是世界上产量最大、使用最广泛的金属材料钢铁材料的发展基础，因此，铁碳合金相图是所有相图中最基本，最重要的相图。铁碳合金中，碳的存在形式有两种，渗碳体和石墨。渗碳体是一个亚稳定的化合物，在一定条件下可分解为铁和石墨。所以，铁碳相图有两个，一个是FeFe3C相图，是工业用钢的基础；另一个是Fe石墨相图，是工业用铸铁的基础。本章主要介绍FeFe3C相图，关于Fe石墨相图在金属材料学中会介绍。4.1 纯铁和铁碳合金中的相一、 纯铁铁是钢铁材料最主要和最基本的元素。铁的原子序数为26，原子量为

2、56，属于过渡族元素。铁的熔点为1538，温度20时的密度为7.87.1. 铁的同素异构转变（重结晶或多晶型转变）同素异构转变是指外界温度和压力改变时，固态金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现象，它是一个相变过程。同素异构转变同液相结晶一样，也是一个晶核形成和晶核长大的过程。为了区别于液相结晶，同素异构转变又称为重结晶或多晶型转变。铁就具有同素异构转变的现象。如图4.1是纯铁的冷却曲线。从图中可以看出：当液态铁缓慢冷却至1538时，结晶为体心立方结构的Fe。当温度降至1394时，Fe转变为面心立方结构的Fe，这个转变称为A4转变，转变的平衡温度（1394）称为A4点。当温度降至912时，

3、Fe转变为无磁性的体心立方结构的Fe，这个转变称为A3转变，转变的平衡温度（912）称为A3点。当温度降至770时，无磁性的Fe转变为有磁性的Fe，这个转变称为A2转变，转变的平衡温度称为A2点，也称居里点。总之，固态纯铁有三种同素异构体。随着温度的降低，依次为Fe，Fe和Fe，其中Fe和Fe是体心立方结构，而Fe是面心立方结构，图4.2是纯铁平衡结晶冷至室温的组织变化图。铁的同素异构转变是钢铁合金化和热处理的基础。2. 纯铁的性能和应用 教科书二、 铁碳合金中的相铁碳合金中有三个重要的相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。铁素体、奥氏体是间隙固溶体，而渗碳体是间隙化合物，属于金属化合物。1. 铁碳合

4、金中的间隙固溶体铁素体（F或）和奥氏体（A或）1) 定义铁素体是碳原子溶于体心立方结构的铁中，形成的间隙固溶体。体心立方结构的铁有两种，一种是高温的Fe，一种是低温的Fe。本章所讨论的铁素体一般是指铁素体。用符号F或来表示。铁素体的晶体结构体心立方结构，在727碳含量最高，0.0218%。奥氏体是碳原子溶于面心立方结构的铁中，形成的间隙固溶体。用符号A或来表示。奥氏体的晶体结构面心立方结构，在1148碳含量最高，2.11%。2) 性能铁素体是一个软韧相，即硬度、强度较低，而塑性、韧性教好，其力学性能和工业纯铁相当，在含碳量相同的情况下，同铁素体相比，奥氏体因为面心立方结构而具有更好的塑性。2.

5、 铁碳合金中的金属化合物渗碳体1) 定义 渗碳体是铁与碳相互作用形成的间隙化合物，它属于金属化合物，其晶体结构属于正交晶系，既不同于铁，也不同于碳。其化学式为，含碳量为6.69%。2) 性能 渗碳体是一个硬脆相，其力学性能如下： 渗碳体在低于230，具有磁性；在230以上磁性消失，这个转变称为A0转变，转变的平衡温度称为A0温度。此外，渗碳体是一个不稳定的化合物，在一定条件下，会分解为铁和石墨，反应式为：。4.2 FeFe3C相图一、 相图分析1. 点的意义相图中各点的符号是国际通用的，不能随意更换。各点的意义见表4-1。2. 曲线的意义相图中各曲线代表的意义列表如下 序 号曲 线代表的意义1

6、液相线2固相线3包晶线4缓冷时铁素体向奥氏体转变开始线5缓冷时铁素体向奥氏体转变结束线6共晶线7碳在奥氏体中的固溶度曲线8缓冷时奥氏体向铁素体转变开始线9GP缓冷时奥氏体向铁素体转变结束线10PQ碳在铁素体中的固溶度曲线11PSK共析线12770MO虚线铁素体的磁性转变曲线13230A0虚线渗碳体的磁性转变曲线3. 相区的意义1) 单相区 FeFe3C相图中有5个单相区2) 两相区 FeFe3C相图中有7个两相区3) 三相区 FeFe3C相图中有3个三相区，即3条等温水平线 实际上，FeFe3C相图是由包晶反应、共晶反应和共析反应三部分连接而成的。二、 相图中的包晶转变（包晶线）在包晶温度14

7、95的恒温下，含碳量为点（0.53%）的液相和含碳量为点（0.09%）的铁素体发生包晶反应，生成含碳量为点（0.17%）的奥氏体，反应式为： 包晶反应时，奥氏体在固相铁素体和液相之间的界面上形核，它是非均匀形核。形核后，奥氏体向铁素体和液相两个方向长大。该包晶反应进行得相当彻底，不会发生包晶偏析，原因两个，一是反应温度高，二是碳是间隙原子，扩散快。三、 相图中的共晶转变1. 共晶转变的产物莱氏体（）在共晶温度1148的恒温下，含碳量为C点（4.30%）的液相能同时结晶出含碳量为E点（2.11%）的奥氏体和渗碳体，反应式为：共晶反应的产物是奥氏体和渗碳体的两相混合物，称为莱氏体，用表示。莱氏体中

8、的渗碳体称为共晶渗碳体。根据杠杆定理，可以求出莱氏体中两相的相对量： 含碳量在共晶线ECF上的合金平衡结晶时都要发生共晶反应。2. 莱氏体的组织形态和性能 莱氏体中，渗碳体量多，是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体的基体上（图4.15）。由于莱氏体中渗碳体是硬脆相，且数量多，所以莱氏体是一个塑性和韧性很差的组织，冷热加工都难于进行。四、 相图中的共析转变1. 共析转变的产物珠光体（）在共析温度727的恒温下，成分为S点的奥氏体同时析出成分为P点的铁素体和渗碳体，反应式为：共析转变也称转变，产物是铁素体和渗碳体的两相混合物，称为珠光体，用P表示。珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。根据杠杆定理

9、，可以求出珠光体中两相的相对量： 含碳量在共析线PSK上的合金缓慢冷却时都要发生共析反应。2. 珠光体的组织形态和性能共析转变是固态相变，转变开始时，铁素体和渗碳体在奥氏体晶界上交替形核，并向奥氏体晶粒中以层片状形式长大，因此转变后形成的珠光体是层片状的（如图4.6所示），其中白色较厚的片是铁素体，黑色较薄的是渗碳体。相互平行的片层领域称为珠光体领域或珠光体团。由于珠光体中，铁素体较多，是软韧相，渗碳体较少，是硬脆相，所以，同铁素体相比，珠光体强度、硬度较高，而塑性、韧性较差。其力学性能见教科书120页。五、 三条重要的曲线1. GS线（A3线）冷却时，奥氏体向铁素体转变的开始线 它是冷却时，

10、奥氏体向铁素体发生同素异构转变的开始线，转变的温度随含碳量的增加逐渐降低。它是由A3温度演化而来的，故也称A3线。2. （Acm线）碳在奥氏体中的溶解度曲线或二次渗碳析出线 它也称Acm线，cm表示渗碳体。ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线，随温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小。当合金表象点处于该曲线下方时，会在奥氏体晶界上析出渗碳体。为了区别从液相中结晶的渗碳体，将它称为二次渗碳体，用表示。3. PQ线碳在铁素体的溶解度曲线或三次渗碳体析出线 PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。随温度的降低，碳在铁素体中的溶解度是减小的。当铁碳合金的表象点处于该曲线下方时，会从铁素体晶界处析出渗碳体，称之为三

11、次渗碳析体，用体析出线.，因此该曲线又称为三次渗碳体析出线。 由液相铁碳合金结晶出的渗碳体称为一次渗碳体，由共晶转变生成的渗碳体称为共晶渗碳体，由奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体，由共析转变生成的渗碳体称为共析渗碳体，由铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。4.3 铁碳合金的分类及平衡结晶组织不同含碳量的铁碳合金平衡结晶后得到的室温组织是不同的。为了便于分析各种铁碳合金的平衡结晶过程，先对铁碳合金进行分类。一、 铁碳合金的分类在FeFe3C相图上，按照有无共晶转变，即以E点为界，将铁碳合金分为两大类：碳钢和铸铁。其中碳钢又称碳素钢或非合金钢；而铸铁因为碳以Fe3C的形式存在，断口呈亮白色，又称

12、白口铸铁。按照平衡结晶的组织特征，碳钢可分为：工业纯铁（），亚共析钢（0.77%），共析钢（0.77%），过共析钢（0.77%2.11%）：而白口铸铁可分为：亚共晶白口铸铁（2.11%4.30%），共晶白口铸铁（4.30%），过共晶白口铸铁（4.30%6.69%）。二、 碳钢的平衡结晶过程及其室温组织1. 工业纯铁（）工业纯铁是含碳量小于P点（）的铁碳合金。现以0.01%的合金为例分析工业纯铁的平衡结晶过程。1) 平衡结晶过程当液态合金冷却至液相线AB1点时，开始结晶出铁素体。当冷却至固相线AH2点时，结晶结束，合金是单相的铁素体。继续冷却，当合金冷却至NH曲线3点时，将发生铁素体向奥氏体的同

13、素异晶转变，这一转变一直持续到NJ曲线4点时结束，合金变成单相奥氏体组织。当温度降到GS曲线5点时，发生奥氏体向铁素体的同素异晶转变，温度降到GP曲线6点时，这一转变结束，合金变成单相铁素体组织。再继续降温，当合金冷却到PQ曲线7点以下，会沿铁素体晶界析出小片状三次渗碳体，析出过程一直持续到室温。所以工业纯铁的室温组织为铁素体和三次渗碳体（）。2) 平衡结晶过程的组织变化表达式3) 室温组织组成物和相组成物合金平衡结晶后的组织组成物为：（），相组成物为：（）。它们的相对量可用杠杆定理确定：工业纯铁室温组织组成物的相对量和相组成物是相同的，并且从铁素体中析出的三次渗碳体量很少。2. 共析钢（0.

14、77%）1) 平衡结晶过程 当液态合金冷却至液相线BC1点时，开始结晶出奥氏体。当冷却至固相线JE2点时，结晶结束，合金是单相奥氏体组织。当合金冷却至S点时，在共析温度727恒温条件下，发生共析反应，反应的产物是珠光体，它是由成分为P点的铁素体片和渗碳体片组成的两相混合物，共析反应生成的渗碳体称共析渗碳体。继续降温，因碳在铁素体中的溶解度逐渐减小，会从铁素体晶界析出三次渗碳体，但其数量很少，不会对合金的组织和性能产生明显的影响，可忽略不计，可将727共析反应后的组织视为室温组织。因此，共析钢的室温组织为珠光体。2) 平衡结晶过程的组织变化平衡结晶过程的组织变化用表达式可描述为：（注：因从铁素体

15、中析出的三次渗碳体量很少，可忽略不计）3) 室温组织组成物和相组成物： 共析钢室温组织组成物是珠光体，没有相对量的问题，相组成物是铁素体和渗碳体，相对量可由杠杆定理确定。3. 亚共析钢（0.77%）1) 平衡结晶过程现以0.40%的铁碳合金为例分析亚共析钢的平衡结晶过程。当液态合金冷却至液相线AB1点时，开始结晶出铁素体。当冷却至包晶线HJB2点时，在1495的包晶温度下，发生包晶反应。反应结束后，合金由液相和奥氏体两相组成，液相的成分为B点，奥氏体的成分为J点。当冷却至固相线JE3点时，合金中的液相完全消失，结晶结束，此时合金是单相奥氏体组织。合金继续降温至GS线4点时，发生奥氏体向铁素体的

16、同素异构转变，转变过程中，铁素体成分沿GP线变化，奥氏体成分沿GS线变化。当温度降至共析温度，没有发生共析反应之前，合金由成分为P点的先共析铁素体和成分为S点的奥氏体两相组成。在共析温度下，奥氏体发生共析反应，生成珠光体。共析反应结束后，合金的组织是先共析铁素体和珠光体。继续降温，先共析铁素体和珠光体中的铁素体会析出三次渗碳体，但其数量很少，可忽略不计，将727共析反应后的组织视为室温组织。因此，亚共析钢的室温组织为先共析铁素体和珠光体。2) 平衡结晶过程的组织变化平衡结晶过程的组织变化用表达式可描述为：3) 室温组织组成物和相组成物亚共析钢的室温组织组成物为先共析铁素体和珠光体，其相对量为：

17、亚共析钢的室温相组成物为铁素体和渗碳体（其中铁素体包括先共析铁素体和珠光体中的铁素体，而渗碳体仅是珠光体中的渗碳体），其相对量为：4. 过共析钢（0.77%2.11%）1) 平衡结晶过程现以1.20%的合金为例来分析过共析钢的平衡结晶过程。当液态合金冷却至液相线1点时，开始结晶出奥氏体，当冷却至固相线2点时，结晶结束。此时，合金是单相奥氏体组织。继续降温，当合金冷却至ES线3点时，开始从奥氏体晶界处析出二次渗碳体，它在奥氏体晶界上形成网状碳化物，在此过程中，奥氏体的成分沿ES线变化。当合金冷却至共析温度，没有发生共析反应之前，合金由成分为S点的奥氏体和渗碳体组成。共析反应之后，奥氏体转变为珠光

18、体，此时，合金的组织为珠光体和二次渗碳体。继续降温，虽然珠光体中的铁素体会析出三次渗碳体，但数量很少，可忽略不计。因此过共析钢的室温组织为珠光体和二次渗碳体。2) 平衡结晶过程的组织变化平衡结晶过程的组织变化用表达式可描述为：3) 室温组织的相对量和相的相对量过共析钢的室温组织组成物为珠光体和二次渗碳体，其相对量为：过共析钢的室温相组成物为铁素体和渗碳体，其相对量为：三、 白口铸铁的平衡结晶1. 共晶白口铸铁1) 平衡结晶过程成分为C点的液相冷却到共晶温度1148时，在恒温条件下发生共晶反应，反应产物为莱氏体，它是由渗碳体和成分为E点（2.11%）的奥氏体组成的两相混合物。其组织形态为颗粒状的

19、奥氏体分布于渗碳体的基体上（图4.15中图）。随温度的降低，奥氏体的成分沿ES曲线变化，碳在奥氏体中的溶解度减小，因此在奥氏体和共晶渗碳体的相界面上会析出二次渗碳体，但它和共晶渗碳体溶为一体，在显微镜下难于分辨。当温度降至共析温度727时，奥氏体的成分为S点（0.77%）。它通过共析反应生成珠光体。由于珠光体保留了高温时奥氏体的颗粒状形态，因而共析反应后的组织形态和莱氏体相同（图4.15右图）。所以将共晶白口铸铁的室温组织称为变态莱氏体，用表示。莱氏体中的颗粒物是奥氏体，而变态莱氏体中的颗粒物是珠光体，两者具有相同的形态，分布于渗碳体基体中。2) 平衡结晶过程的组织变化表达式（其中的显微镜下分

20、辨不清）3) 室温组织组成物和相组成物共晶白口铸铁的室温组织组成物为，无相对量问题。共晶白口铸铁的室温相组成物为铁素体和渗碳体，其相对量为：2. 亚共晶白口铸铁1) 平衡结晶过程现以的合金为例分析亚共晶白口铸铁的结晶过程。当液相冷却至液相线BC1点时，开始结晶出先共晶奥氏体。当合金冷却至共晶线ECF2点，没有发生共晶反应之前，合金由先共晶奥氏体和液相组成，先共晶奥氏体的成分为E点，液相的成分为C点。共晶反应结束后，液相全部转变为莱氏体，此时，合金的组织为先共晶奥氏体和莱氏体。先分析先共晶奥氏体在随后冷却过程中的变化。随温度的降低，先共晶奥氏体的成分沿ES线变化，先共晶奥氏体中要析出二次渗碳体。

21、冷却到共析温度时，成分为S点的先共晶奥氏体通过共析反应转变为珠光体。如前所述：合金中的莱氏体冷却至室温成为变态莱氏体。所以，亚共晶白口铸铁的室温组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体。图4.18是亚共晶白口铸铁的室温组织图。图中黑色的块状物是珠光体，由先共晶奥氏体转变而来；围绕块状珠光体，隐约可见一圈白色物，是从先共晶奥氏体中析出的二次渗碳体；图中余下的是变态莱氏体，其中黑色的是变态莱氏体中的珠光体，白色的是变态莱氏体中的共晶渗碳体。2) 平衡结晶过程的组织变化 (注意：二次渗碳体是从先共晶奥氏体中析出的。)3) 室温组织的相对量和相的相对量亚共晶白口铸铁的室温组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏

22、体，三者的相对量为：亚共晶白口铸铁室温相组成物为铁素体和渗碳体，其相对量为：3. 过共晶白口铸铁现以的合金为例进行分析。1) 平衡结晶过程和室温组织当液态合金冷却至液相线CD1点时，开始结晶出一次渗碳体。当冷却至共晶线2点，没有发生共晶反应时，合金由成分为C点的液相和一次渗碳体组成，一次渗碳体呈长条状（见图4.20）。发生共晶反应后，液相全部转变为莱氏体，此时，合金的组织为莱氏体和一次渗碳体。继续冷却至室温，合金中的莱氏体转变为变态莱氏体，而一次渗碳体无任何变化。因此，过共晶白口铸铁的室温组织为变态莱氏体和一次渗碳体。图4.20是过共晶白口铸铁的室温组织。图中白色长条物是一次渗碳体，余下的是变

23、态莱氏体。2) 平衡结晶过程的组织变化平衡结晶过程的组织变化可用下列表达式表示：3) 室温组织的相对量和相的相对量合金室温组织组成物为变态莱氏体和一次渗碳体，其相对量为：合金室温相组成物为铁素体和渗碳体，其相对量为：4.4 含碳量对铁碳合金平衡相、平衡组织及其力学性能的影响一、 含碳量对铁碳合金平衡相、平衡组织的影响根据上一节对各种铁碳合金平衡结晶过程的分析，可以得到以下两点：1. 对平衡相的影响。随含碳量的增加，铁碳合金中渗碳体相对量增加，铁素体相对量减小。室温下，所有铁碳合金的相组成物都是铁素体和渗碳体。由于忽略了从铁素体中析出的三次渗碳体，铁素体和渗碳体的相对量可由727共析反应后的杠杆

24、定理确定。随含碳量的增加，铁碳合金中铁素体量减小，而渗碳体量增加。2. 对平衡组织的影响。随含碳量的增加，铁碳合金的室温组织发生了变化。随含碳量的增加，铁碳合金依次被称为；工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁，相应地，它们的室温组织依次为：室温组织组成物的相对量同样可由相应的杠杆定理确定，结果见图4.22。虽然所有铁碳合金中都有渗碳体，但不同阶段形成的渗碳体形态不同，名称各异。从液态合金中结晶的一次渗碳体呈长条状，共晶反应形成的共晶渗碳体是莱氏体的基体，从奥氏体中析出的二次渗碳体呈网络状分布于奥氏体晶界上，共析反应形成的共析渗碳体呈片状分布于珠光体

25、中，从铁素体中析出的三次渗碳体呈小片状分布于铁素体晶界上。二、 含碳量对铁碳合金力学性能的影响铁碳合金中，含碳量的变化不仅引起合金的组成相的相对量发生变化，而且引起合金组织（包括组织组成物，组成物的相对量）也发生变化。正是由于这两方面的变化，对铁碳合金的性能产生了很大的影响。这体现了成分、组织的变化对性能产生的影响。1. 对碳钢力学性能的影响图4.23是含碳量对退火碳钢的影响，从图中可以看出：1) 在亚共析钢中，随含碳量的增加，钢的抗拉强度和硬度增大，而塑性和韧性降低。 亚共析钢的室温组织是先共析铁素体和珠光体。同铁素体相比，珠光体有较高的强度和硬度，但塑性和韧性较低。随含碳量的增加，亚共析钢

26、中的铁素体量减小，珠光体量增加，所以钢的强度和硬度增加，塑性和韧性降低。2) 在过共析钢中，随含碳量的增加，钢的塑性和韧性进一步降低，硬度一直升高，而抗拉强度在含碳量约为1%时最大，含碳量继续增加，抗拉强度反而降低。 退火的过共析钢中会出现二次渗碳体，二次渗碳体是从奥氏体晶界上析出的。当含碳量超过1%时，二次渗碳体在晶界处形成完整的、连续的网络，使钢的抗拉强度降低。因此，为了保证工业上使用的碳钢具有足够的强度、并具有一定的塑性和韧性，钢中的含碳量一般不超过1.3%。2. 对白口铸铁力学性能的影响含碳量大于2.11%的白口铸铁，含有莱氏体。由于莱氏体是一个硬而脆的组织，难于进行冷热加工。故白口铸

27、铁在工业上应用并不广泛。铁碳相图的应用一、 在制订加工工艺方面的应用铁碳相图总结了不同成分的铁碳合金，在缓慢冷却和缓慢加热过程中组织转变的规律，这就为制订加工工艺提供了理论依据。1. 确定碳钢的切削加工性能 合金的切削加工性能和它的机械性能密切相关。切削加工性能好的合金，不仅具有一定的强度、硬度，还应具有一定的塑性和韧性。低碳钢（）铁素体较多，塑性和韧性相当好，切削时产生的热量多，容易粘刀，而且切屑不易折断，影响钢材表面的光洁度，故低碳钢的切削加工性能不好。高碳钢（）和铸铁渗碳体较多，硬度高，难于切削，故它们的切削加工性能也不好。中碳钢()铁素体和渗碳体比例适当，强度，硬度和塑性、韧性有良好的

28、配合，故中碳钢的切削加工性能较好。2. 在铸造方面的应用在铸造方面的应用包括以下三点：1) 确定铁碳合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50100。温度太低，液相的流动性不好，难于充满铸型；温度太高，合金凝固后收缩大，容易产生铸造缺陷。2) 铸铁的铸造性能优于碳钢。铸造性能包括液相的流动性、凝固收缩性和偏析倾向。合金凝固温度范围越窄，凝固开始温度越低，则合金的流动性越好，凝固收缩和偏析倾向越小，铸造性能也越好。铸铁的铸造性能优于碳钢的原因有两个：一是铸铁的开始凝固温度低于碳钢，二是铸铁有共晶反应，凝固温度区间窄。3) 共晶成分的铸铁铸造性能最好。根据铁碳相图可以知道，共晶白口铸铁的铸造性能

29、最好，因为它的结晶温度最低，结晶温度区间为零，它处于液态时流动性好，结晶后偏析和分散缩孔少，可以得到致密的铸件。所以，铸件的成分应尽量选择在共晶点附近。3. 在压力加工方面的应用碳钢在室温下是由铁素体和渗碳体两相组成，而在高温下是单相奥氏体，不存在硬脆的渗碳体，因而具有单相奥氏体的钢强度更低，塑性更好，更容易变形。因此钢的轧制和锻造必须选择在单相奥氏体区内适当的温度进行。一般轧制和锻造的开始温度控制在固相线以下100200范围内，温度太高会导致钢材氧化严重或发生奥氏体晶界熔化，而轧制和锻造结束温度控制在800以上，以免温度过低，钢材在变形过程中因塑性差而产生裂纹。二、 在选材方面的应用铁碳相图

30、还概括了铁碳合金组织、性能随成分变化而变化的规律。这就可以根据零件的性能要求来选择材料。如果需要塑性好，韧性高的材料，应该选择铁素体组织较多的低碳钢，即含碳量小于0.25%的碳钢；如果需要强度、塑性和韧性都较好的材料，应选择中碳钢，即含碳量在0.25%0.60%的碳钢；如果需要硬度高、耐磨性好的材料，应选择高碳钢，即含碳量大于0.60%的碳钢。一般低碳钢和中碳钢主要用于制造各种机器零件或钢结构，高碳钢用来制造各种工具。白口铸铁中存在莱氏体组织，含有大量的渗碳体，故其性能是硬度高、脆性大，不论在高温或低温均难以加工，因此，白口铸铁的应用受到一定的限制。 关于铁碳相图在热处理方面的应用的相关知识，在热处理原理中详细讲述。4.5 碳钢中的杂质元素和钢锭在FeFe3C相图上，碳钢是指含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金，也称为碳素钢或非合金钢。而工业用碳钢除碳以外，还含有其它元素，如：锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮。其中，锰、硅是在钢冶炼过程中作为脱氧元素加入的，硫、磷、氧、氢、氮是冶炼过程中不能除尽的元素。有时为了改善钢的组织和性能，还有目的地向钢中加入某些元素，这种有意加入钢中的元素称为合金元素，含有合金元素的钢称为合金钢。关于合金钢以后会专门介绍，这里只讨论不含合金元素的钢碳钢。一、