金屬學(xué)第二講課件

1、九江鋼鐵軋鋼班培訓(xùn)材料 金屬力學(xué)性能力學(xué)性能：指金屬在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能。 一、強(qiáng)度：一、強(qiáng)度：材料抵抗永久變形和斷裂的能力 1 1、抗拉強(qiáng)度：、抗拉強(qiáng)度：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值 2 2、屈服強(qiáng)度：、屈服強(qiáng)度：材料對微量塑性變形的抗力 二、塑性：二、塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力 1、伸長率 L為斷后長度 L0為斷前長度 Rm為抗拉強(qiáng)度 E為彈性模量=2*105 （MPa） 2、斷面收縮率 A A為斷后面積為斷后面積 A A0 0為斷前面積為斷前面積 3、最大力總伸長率 課程內(nèi)容回顧 0 0 =100% ll l 三、硬度：材料對局部塑性變形、壓痕或劃痕的抗力 1、

2、布氏硬度HBS（淬火鋼球）HBW（合金鋼球） 優(yōu)點(diǎn)：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定 缺點(diǎn)： 不屬于無損檢測 2 2、洛氏硬度HRC 優(yōu)點(diǎn)：無損檢測 缺點(diǎn)：壓痕小，測量值有局部性，須測數(shù)點(diǎn)求平均值，精度差， 波動(dòng)大 3、維氏硬度HV 課程內(nèi)容回顧 課程內(nèi)容回顧 使用性能：使用性能：力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能 工藝性能：工藝性能：冶煉性能、鑄造性能、鍛壓性能、切削加工性能、焊接性能 熱處理工藝性能等 組織：組織：材料內(nèi)部的微觀形貌 晶粒：晶粒：組織的基本組成單位。 晶界：晶界：晶粒和晶粒之間的界面。 回顧各元素作用 碳（C）： 游離碳（石墨）化合碳（碳化鐵） 硅（Si）： 去氧，還能減少鑄件的氣眼，含硅過

3、多也會(huì)使生鐵變硬 變脆 錳（Mn）：提高生鐵的鑄造性能和削切性能，具有耐磨性和抗磁性 磷（P）： 具有冷脆性，流動(dòng)性增加 硫（S）： 鐵產(chǎn)生熱脆性.減低鐵液的流動(dòng)性，使鐵硬脆 氧 （o）： 金屬氧化物、硅酸鹽、鋁酸鹽、含氧硫化物 氮（N）： 增加硬度和耐磨性,但在低碳 鋼 中, 殘余氮會(huì)導(dǎo)致時(shí)效 脆性 氫（H）： 能在金屬內(nèi)部聚集，形成內(nèi)裂和斷裂現(xiàn)象 鉻（Cr ）：提高綱的硬度，塑性，韌性略微降低，高溫時(shí)防銹耐酸 釩 （V）： 提高鋼的硬度,塑性,韌性,致密無氣泡 組成材料各元素在材料中的濃度 鐵的不同結(jié)構(gòu) 1）液態(tài)純鐵在1538時(shí)進(jìn)行結(jié)晶，得到具有體心立方晶格的-Fe； 2）繼續(xù)冷卻到139

4、4時(shí)，發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄?格的-Fe； 3）繼續(xù)冷卻到912時(shí)，又發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂畜w心立方晶 格的-Fe； 4）再繼續(xù)冷卻，晶格類型不再發(fā)生變化； 1538 1394 912 -Fe - Fe Fe-Fe - Fe Fe 體心體心 面心面心 體心體心 課程內(nèi)容回顧 質(zhì)量：質(zhì)量：一組固有特性滿足要求的一組固有特性滿足要求的程度程度。 質(zhì)量控制質(zhì)量控制: :一個(gè)確保一次性生產(chǎn)出來滿足一個(gè)確保一次性生產(chǎn)出來滿足 要求的產(chǎn)品的要求的產(chǎn)品的過程。過程。 熱處理方式：熱處理方式： 淬火：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后 快速冷卻，以獲得馬氏體或下馬貝

5、氏組織的熱處理工藝 回火：將鋼淬火后，再加熱到Ac1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時(shí) 間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝 正火： 退火： 低溫回火：（低溫回火：（150 - 250150 - 250）-獲回火獲回火M M 中溫回火中溫回火: :（350 - 500350 - 500）-獲回火獲回火T T 高溫回火：（高溫回火：（500 - 650500 - 650）-獲回火獲回火S S 第二講 2、鐵碳相圖 1、鐵的碳化物 1）了解鐵的碳化物種類 2）了解鐵的碳化物形成的各類組織 1）、了解鐵碳相圖結(jié)構(gòu)。 2）、鐵碳合金的結(jié)晶過程。 鐵的碳化物 鐵的碳化物 Fe3C 高溫_3Fe+C(石墨） 鐵碳合金

6、的基本組織 奧氏體（A、- Fe）：碳溶于-Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體 特點(diǎn)：1、面心立方結(jié)構(gòu)，高溫相，用符號A表示； 2、在1148有最大溶解度2.11%C，727時(shí)可固溶0.77%C 3、強(qiáng)度和硬度比鐵素體高，塑性和韌性良好，并且無磁性， 具體力學(xué)性能與含碳量和晶粒大小有關(guān) 滲碳體(Fe3C)：滲碳體是碳和鐵以一定比例化合成的金屬化合物，用 分子式Fe3C表示 特點(diǎn)：1、含碳量為6.69% 2、硬而脆，塑性和沖擊韌度幾乎為零，脆性很大 3、網(wǎng)絡(luò)狀、半網(wǎng)狀、片狀、針片狀和粒狀分布 珠光體（P）：是由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，用符號P表示 特點(diǎn)：力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度較

7、高， 硬度適中，有一定的塑性 種類：片狀珠光體和球狀珠光體 貝氏體（B）：是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，介于珠光體與馬氏體 之間的一種組織 鐵素體（F、 Fe）：碳溶于-Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體 特點(diǎn)：強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好 種類：粒狀貝氏體、上貝氏體和下貝氏體 鐵碳合金的基本組織 萊氏體（Ld）：在1480攝氏度時(shí)，同時(shí)從液體中結(jié)晶出奧氏體和滲碳 體的機(jī)械混合物稱為萊氏體，含碳量為4.3%的液態(tài)鐵 碳合金 馬氏體（M）：碳在-Fe中的過飽和固溶體 特點(diǎn)：有很高的強(qiáng)度和硬度，但塑性很差，幾乎為零，不能承 受沖擊載荷。 分類：板條狀馬氏體（低碳）和針狀馬氏體 魏氏體：（W）：是一種過熱

8、組織，由彼此交叉約60的鐵素體針片嵌 入鋼鐵的基體而成 鐵碳合金的基本組織 奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn) 相同點(diǎn)：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度硬度低，塑性韌 性高。 不同點(diǎn)： 1、鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)； 2、鐵素體最高含碳量為0.0218%，奧氏體最高含碳量為2.11%； 3、鐵素體是由奧氏體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到， 奧氏體是由包晶或由液相直接析出的； 4、存在的溫度區(qū)間不同。 鐵碳相圖 一、相似處： 1、有一定轉(zhuǎn)變溫度，有過冷現(xiàn)象； 2、有潛熱放出和吸收 ； 3、由形核、核長大來完成。 固態(tài)相變與液態(tài)結(jié)晶的異同 二、不同處： 1、屬固態(tài)相變 2 2、轉(zhuǎn)變需較大的過冷度；

9、 3、新晶核優(yōu)先在原晶界處形核； 4、轉(zhuǎn)變中有體積的變化，會(huì)產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力。 相關(guān)定義 結(jié)晶：結(jié)晶：金屬由原子不規(guī)則排列的液體轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的固體的過 程稱為。 過冷度：理論結(jié)晶溫度和實(shí)際結(jié)晶溫度之差 過冷度的大小與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越快，過冷度越大冷卻速度越快，過冷度越大 固溶體：是一種組元的原子深入另一組元的晶格中所形成的均勻固相。 間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙之中而形成的固溶體 稱為間隙固溶體。 置換固溶體：溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上某些原子而形成的 固容體稱為置換固溶體。 鐵碳相圖 亞共析鋼的結(jié)晶過程 點(diǎn)之上為液相L；點(diǎn)開始L； 點(diǎn)結(jié)晶完畢；點(diǎn)之間為單相； 點(diǎn)開始轉(zhuǎn)

10、變； 點(diǎn)開始 P共析轉(zhuǎn)變； 室溫下顯微組織為+ P。 亞共析鋼組成計(jì)算 計(jì)算室溫下亞共析鋼45#（含碳量為0.46%）的組織組成物的相 對量： 已知含碳量為0.0046，則根據(jù)杠桿原理 該鋼的P%=（0.0046-0.000218）*100%/（0.0077-0.000218） =0.004382*100%/0.007482 =58.57% 過共析鋼的結(jié)晶過程 點(diǎn)之上為液相L；點(diǎn)開始L；之間為L+； 點(diǎn)結(jié)晶完畢；點(diǎn)之間為單相； 點(diǎn)開始Fe3C轉(zhuǎn)變； 點(diǎn)開始 P共析轉(zhuǎn)變； 室溫下顯微組織為P + Fe3C。 過共析鋼組成計(jì)算 4.計(jì)算室溫下過共析鋼（含碳量為0.82%）的組織組成物的相對量。 因

11、為過共析鋼組織組成物為P、Fe3C 則含碳量為0.0082，則根據(jù)杠桿原理 該鋼的P%=（0.0669-0.0082）*100%/（0.0669-0.0077） =0.0587*100%/0.0592 =99.15% 分析共析鋼的結(jié)晶過程 奧氏體形成的過程 1、奧氏體晶核的形成； A晶核通常在珠光體中F和Fe3C相界處產(chǎn)生； 2、奧氏體晶核長大； 3、殘余滲碳體的溶解； 4、奧氏體的均勻化 鐵碳相圖的作用 1、鋼坯 加熱的要求 1）提高金屬塑性，降低變形抗力，便于軋制； 2） 使鋼坯內(nèi)外溫度均勻； 3）改變金屬的結(jié)晶組織。 2、加熱工藝的依據(jù) 1）鋼的化學(xué)成分、奧氏體區(qū)溫度范圍和它的導(dǎo)熱、導(dǎo)溫

12、性能； 2）板坯尺寸，使整個(gè)鋼坯各部分受熱均勻； 3）對含有合金的鋼，加熱到將合金溶解到它的高溫組織中； 3、加熱時(shí)間 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，板坯最短加熱時(shí)間可用下面的經(jīng)驗(yàn)式估算： 時(shí)間（min）系數(shù)C*坯厚度H （mm） C冷坯系數(shù)：低碳鋼 C0.72、普通低合金鋼C0.78 注意：高碳鋼需要鋼坯心部溫度達(dá)到或超過500600。 應(yīng)用 1、試設(shè)計(jì)40#加熱工藝，坯型165mm*165mm。 2、寫出碳含量為0.65%的亞共析鋼冷卻結(jié)晶過程， 并注明過程中的各類組織，計(jì)算P%最大為多少？ 穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū) 時(shí)間(s) 300 1021031041010 800 -100 100 200 500 600 700 溫度 () 0 400 A1 Ms Mf 連續(xù)冷卻過程中連續(xù)冷卻過程中 TTT 曲線的分析曲線的分析 V1 V2 VkV3V4 V1 = 5.5/s : 爐冷爐冷 ; P V2