工程材料學(xué)全冊配套最完整精品課件3

1、南京航空航天大學(xué)Nanjing University of Aeronautics and Astronautics晶體：晶體：材料的原子（離子、材料的原子（離子、 分子）在三維空間呈規(guī)則，分子）在三維空間呈規(guī)則， 周期性排列。周期性排列。非晶體：非晶體：材料的原子（離子、材料的原子（離子、 分子）無規(guī)則堆積，和液分子）無規(guī)則堆積，和液 體相似，亦稱為體相似，亦稱為“過冷液體過冷液體” 或或“無定形體無定形體”(amorphous)。區(qū)別區(qū)別(a) 是否具有周期性、是否具有周期性、 對稱性對稱性(b) 是否長程有序是否長程有序(c) 是否有確定的熔點(diǎn)是否有確定的熔點(diǎn)(d) 是否各向異性是否各向

2、異性(1) 晶體與非晶體晶體與非晶體(1)基本概念基本概念結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)(2)晶胞的幾何特征描述晶胞的幾何特征描述純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化( (體心立方體心立方) )( (體心立方體心立方) )( (面心立方面心立方) )(1)基本概念基本概念晶胞的體積積晶胞中原子所占有的體致密度(2)體心立方晶格體心立方晶格%6868. 0433423423333aaar致密度晶胞原子數(shù)：晶胞原子數(shù)：28811ar43原子半徑：原子半徑：配位數(shù)：配位數(shù)：8(a)模型模型 (b)晶胞晶胞(d)配位數(shù)配位數(shù)(c)晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù) (3)面心立方晶格面心立方晶格(a)模型模型 (b)

3、晶胞晶胞配位數(shù)配位數(shù):12 (d)配位數(shù)配位數(shù)晶胞原子數(shù)：晶胞原子數(shù)：(c)晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù) 4621881原子半徑：原子半徑：ar42%7474. 0423443443333aaar致密度(4)密排六方晶格密排六方晶格晶胞原子數(shù)：晶胞原子數(shù)：(a)模型模型 (b)晶胞晶胞(c)晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù) 配位數(shù)配位數(shù):12(d)配位數(shù)配位數(shù)632211261原子半徑：原子半徑：ar21%7474. 0633. 143621346436346333aacaar致密度(1)基本概念基本概念(2)立方晶系的晶面表示方法立方晶系的晶面表示方法010O1(010)截距截距111 ?取倒數(shù)取倒數(shù)111 加

4、圓括號加圓括號(111) 截距截距 取倒數(shù)取倒數(shù)化整數(shù)化整數(shù)102 加圓括號加圓括號(102) 32?31111,111.111,111,111,111,111,111,111,111(3)立方晶系的晶向表示方法立方晶系的晶向表示方法ZYXA010O010AZYXZYXB111C011 ?過原點(diǎn)引直線過原點(diǎn)引直線,平行于所求晶向平行于所求晶向?qū)?yīng)結(jié)點(diǎn)對應(yīng)結(jié)點(diǎn)3個(gè)個(gè)坐標(biāo)值坐標(biāo)值加方括號加方括號011*指數(shù)看特征指數(shù)看特征 *正負(fù)看走向正負(fù)看走向OO011 110(4) 晶面及晶向的原子密度晶面及晶向的原子密度(1)點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(2)線缺陷線缺陷因局部區(qū)域切變而產(chǎn)生的螺型位錯(cuò)因局部區(qū)域切變而產(chǎn)生的

5、螺型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)螺型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)(3)面缺陷面缺陷晶界示意圖晶界示意圖激光燒結(jié)銅合金晶粒激光燒結(jié)銅合金晶粒/ /亞晶粒亞晶粒圖片出自：圖片出自：D. D. Gu, et al. Powder Metallurgy, 2006, 49(3): 258-264. (1) 純金屬的結(jié)晶過程純金屬的結(jié)晶過程晶核晶核枝晶枝晶晶核的形成晶核的形成 1）自發(fā)形核自發(fā)形核 從液態(tài)內(nèi)部由金屬本身原子自從液態(tài)內(nèi)部由金屬本身原子自發(fā)長出結(jié)晶核心的過程叫做自發(fā)形核，形成的發(fā)長出結(jié)晶核心的過程叫做自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做自發(fā)晶核。結(jié)晶核心叫做自發(fā)晶核。 2）非自發(fā)形核非自發(fā)形核 依附于雜質(zhì)而生成晶核的過依附于

6、雜質(zhì)而生成晶核的過程叫做非自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做非自程叫做非自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做非自發(fā)晶核。發(fā)晶核。晶體的長大晶體的長大枝晶長大方式示意圖枝晶長大方式示意圖散熱散熱散熱散熱(2) 結(jié)晶溫度結(jié)晶溫度純金屬的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線 恒溫、恒壓條件下，單位體積的恒溫、恒壓條件下，單位體積的液體與固體的自由能之差為：液體與固體的自由能之差為： 式中，負(fù)號表示由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣淌街?，?fù)號表示由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)自由能降低；態(tài)自由能降低；Lm為熔化潛熱。為熔化潛熱。 體系中各種能量的總和叫做內(nèi)能，其中可以對外做體系中各種能量的總和叫做內(nèi)能，其中可以對外做功或向外釋放的能量叫自由能。功或向外釋放的能

7、量叫自由能。自然界的自發(fā)過程自然界的自發(fā)過程進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是自由能進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是自由能0?！窘Y(jié)論結(jié)論】結(jié)晶的熱力學(xué)條件就是必須有一定的過冷度結(jié)晶的熱力學(xué)條件就是必須有一定的過冷度【可見可見】過冷度越大，結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力就越大；過冷度為過冷度越大，結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力就越大；過冷度為0，Gv也也為為0，沒有驅(qū)動(dòng)力，結(jié)晶不能進(jìn)行。過冷度用來克服界面能。，沒有驅(qū)動(dòng)力，結(jié)晶不能進(jìn)行。過冷度用來克服界面能。mmVTTLG激光燒結(jié)銅合金的枝晶組織激光燒結(jié)銅合金的枝晶組織圖片出自：圖片出自：D. D. Gu, et al. Journal of Alloys and Compounds, 2007, 438: 1

8、84189.激光燒結(jié)不銹鋼的激光燒結(jié)不銹鋼的枝晶組織多樣性枝晶組織多樣性圖片出自：潘琰峰圖片出自：潘琰峰. 南京航空航天南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2005. 晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化: : 粒的大小取決于粒的大小取決于晶核的形成速度晶核的形成速度和和長大速度長大速度。l單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫形核率形核率(N)。l單位時(shí)間內(nèi)晶核生長的長度叫單位時(shí)間內(nèi)晶核生長的長度叫長大速度長大速度(G)。l N/G比值越大，晶粒越細(xì)小。比值越大，晶粒越細(xì)小。 提高過冷度提高過冷度過冷度過冷度 T，N（形核速率），（形核速率），G（長大速率），（長大

9、速率），N/G增大，增大，晶粒越細(xì)小。晶粒越細(xì)小。過冷度對過冷度對N、G的影響的影響Fe基形狀記憶合金顯微組織基形狀記憶合金顯微組織圖片出自：王河廷圖片出自：王河廷. 南京航空航天南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2007. 變質(zhì)處理變質(zhì)處理 在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶核的核心，以細(xì)化晶粒和改善組織。核的核心，以細(xì)化晶粒和改善組織。 振動(dòng)，攪拌等振動(dòng)，攪拌等對正在結(jié)晶的金屬進(jìn)行振動(dòng)或攪動(dòng)，一方面可靠對正在結(jié)晶的金屬進(jìn)行振動(dòng)或攪動(dòng)，一方面可靠外部輸入的能量來促進(jìn)形核，另一方面也可使成外部輸入的能量來促進(jìn)形核，另一方面也可使成

10、長中的枝晶破碎，使晶核數(shù)目顯著增加。長中的枝晶破碎，使晶核數(shù)目顯著增加。 4 m不同不同La2O3含量下激光燒結(jié)試樣含量下激光燒結(jié)試樣腐蝕后的顯微組織腐蝕后的顯微組織 圖片出自：圖片出自：D. D. Gu, et al. J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 095308(1)鑄錠三區(qū)鑄錠三區(qū)表層細(xì)晶區(qū)表層細(xì)晶區(qū)（強(qiáng)過冷（強(qiáng)過冷, ,非均勻形核）非均勻形核）柱狀晶區(qū)柱狀晶區(qū)（純金屬純金屬: :過冷度減小過冷度減小, ,形核困難形核困難, ,沿散熱方向生長沿散熱方向生長; ; 合金合金: :成分過冷成分過冷, ,一次軸發(fā)達(dá)一次軸發(fā)達(dá), ,沿散熱方向生長。沿散熱方向生

11、長。）中心等軸晶區(qū)中心等軸晶區(qū)（均勻散熱、液相區(qū)均勻散熱、液相區(qū) 成分過冷、熔體對流成分過冷、熔體對流 導(dǎo)致細(xì)晶漂移或枝晶導(dǎo)致細(xì)晶漂移或枝晶 破碎。破碎。） 123(2) 組織控制組織控制 受澆鑄溫度、冷卻速度、受澆鑄溫度、冷卻速度、 化學(xué)成分、變質(zhì)處理、化學(xué)成分、變質(zhì)處理、 機(jī)械振動(dòng)與攪拌等因素影響。機(jī)械振動(dòng)與攪拌等因素影響。 (3) 鑄錠缺陷鑄錠缺陷宏觀偏析宏觀偏析: :整個(gè)鑄錠范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象。整個(gè)鑄錠范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象。 微觀偏析微觀偏析 夾雜與氣孔夾雜與氣孔 夾雜：外來夾雜和內(nèi)生夾雜。夾雜：外來夾雜和內(nèi)生夾雜。 氣孔：析出型和反應(yīng)型。氣孔：析出型和反應(yīng)型。縮孔和疏松縮孔和疏

12、松 形成：形成：凝固時(shí)體積縮小補(bǔ)縮不足形成縮孔。凝固時(shí)體積縮小補(bǔ)縮不足形成縮孔。 分類：分類：集中縮孔集中縮孔（縮孔、縮管）和（縮孔、縮管）和分散縮孔分散縮孔（疏松，枝晶骨架相遇，封閉液體，造成補(bǔ)縮困難（疏松，枝晶骨架相遇，封閉液體，造成補(bǔ)縮困難形成。）形成。） 南京航空航天大學(xué)Nanjing University of Aeronautics and Astronautics2-1 固態(tài)合金中的相結(jié)構(gòu) 組織相1：Ni相2：Cu-10Sn明顯的分界合金組元1：Cu組元2：Sn圖片出自：胥橙庭,沈以赴,顧冬冬. 稀有金屬材料與工程, 2005, 34: 341-344. 按照合金中組元原子的存在

13、方式，合金可分為兩類基本的相結(jié)構(gòu)：固溶體和金屬間化合物。(1) 固溶體組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體A（B）。A：溶劑；B：溶質(zhì)。固溶體的分類 無序固溶體 有序固溶體 分布有序度 無限固溶體 有限固溶體溶解度 原子半徑較小 間隙固溶體 晶格類型相同，原子半徑相差不大，電化學(xué)性質(zhì)相近置換固溶體 溶質(zhì)原子的位置 置換固溶體示意圖間隙固溶體示意圖溶質(zhì)原子溶入晶格畸變位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力上升金屬塑性變形困難強(qiáng)度、硬度升高。形成固溶體時(shí)的晶格畸變圖片出自：W. P. Tong, N. R. Tao, Z. B. Wang, J. Lu, K. Lu. Nitridin

14、g Iron at Lower Temperatures. SCIENCE 299 (2003) 686-688. 固溶強(qiáng)化 SCIENCE 納米化表層(10m)FeN2-Fe23N相(顆粒)固溶強(qiáng)化 正常價(jià)化合物 l周期表上相距較遠(yuǎn)、電化學(xué)性質(zhì)相差較大的兩元素容易形成正常價(jià)化合物。其特點(diǎn)是符合一般化合物的原子價(jià)規(guī)律，成分固定，并可用化學(xué)式表示。如Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Si、MnS，SiC等。l正常價(jià)化合物具有高的硬度和脆性。當(dāng)其在合金中彌散分布于固溶體基體中時(shí)，將起到強(qiáng)化相的作用，使合金強(qiáng)化。SiC-particulate reinforced Al metal matrix com

15、posite (MMC)Ni-P/SiCCo-P/SiC圖片出自：Ewa Rudnik. Surf. Coat Technol. 202 (2008) 2584. 電子化合物l電子化合物是由第族或過渡族元素與第至第族元素結(jié)合而成的。它們不遵循原子價(jià)規(guī)律，而服從電子濃度規(guī)律。l電子濃度是指合金中化合物的價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值。l電子化合物具有高的熔點(diǎn)和硬度，但塑性較低，一般只能作為強(qiáng)化相存在于合金（特別是有色金屬合金）中。l電子化合物的結(jié)構(gòu)取決于電子濃度，當(dāng)電子濃度為3/2時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)為體心立方晶格，稱為相；電子濃度為21/13時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)為復(fù)雜立方晶格，稱為相；電子濃度為7/4時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)

16、為密排六方晶格，稱為相(Epsilon)。 間隙化合物 l間隙化合物是由過渡族金屬元素與碳、氮、氫、硼等原子半徑較小的非金屬元素形成的金屬化合物。l根據(jù)組成元素原子半徑比值及結(jié)構(gòu)特征的不同，可將間隙化合物分為兩類：l(A) 間隙相：r非/r金0.59時(shí)形 成的具有簡單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。如：lM4X (Fe4N)、lM2X (Fe2N、 W2C)、lMX (TiC、VC、TiN)等。 VC的結(jié)構(gòu)VC面心立方晶格，V原子占據(jù)晶格正常位置，而C原子規(guī)則分布在晶格的空隙之中。這類化合物還可相互溶解，結(jié)構(gòu)相同的兩種化合物之間甚至可以形成無限互溶，如ZrC-TiC，TiC-VC，ZrC-NbC。間隙相

17、具有極高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，而且十分穩(wěn)定，是高合金工具鋼的重要組成相，也是硬質(zhì)合金和高溫金屬陶瓷材料的重要組成相。拋光 WC斷口 WC拋光 WC-1VC斷口 WC-1VC拋光 WC-4VC拋光 WC-12VC圖片出自：S.G. Huang. Int. J. Refractory Metal Hard Mater. 26 (2008) 256. 純Ti表面合成TiC-ZrC涂層圖片出自：D. Ferro. Surf. Coat Technol. 202 (2008) 1455. l(B)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物l如FeB、Fe3C、Cr23C6等。其中Fe3C稱滲碳體，是鋼中重要強(qiáng)化相，具有復(fù)雜

18、斜方晶格。Fe3C的晶格類型類型簡單結(jié)構(gòu)間隙化合物簡單結(jié)構(gòu)間隙化合物復(fù)雜結(jié)構(gòu)間復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物隙化合物化學(xué)式化學(xué)式TiCZrCVCNbCTaCWCMoCCr23 C6Fe3 C硬度硬度HV28502840201020501550173014801650800熔點(diǎn)熔點(diǎn)/3080347220265036805039802785 5252715771227鋼中常見間隙化合物的硬度及熔點(diǎn)組元：組成合金的獨(dú)立的最基本的單元。一般是一種元素（如Pb-Sn合金中的Pb和Sn） 或一種穩(wěn)定的化合物（如Fe3C） 。合金系： 由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金（如Pb-Sn系，F(xiàn)e-F

19、e3C 系） 。相圖：用來表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過程的簡明圖。2-2-1 名詞涵義Cu-Ni相圖相圖的意義：分析合金組織的重要參考資料；制定熱加工工藝的重要依據(jù)。Cu-Sn相圖現(xiàn)代激光加工工藝中涉及的冶金機(jī)理 借助傳統(tǒng)合金相圖作合理解釋 2-2-2 相圖的建立：純銅 ：75%Cu+25%Ni：50%Cu+50%Ni：25%Cu+75%Ni ：純Ni金屬和合金在冷卻到該溫度時(shí)發(fā)生了冷卻速度的突然改變?！驹颉拷饘俸秃辖鹪诮Y(jié)晶（相變）時(shí)有結(jié)晶潛熱釋放，抵消了部分或全部熱量的散失。結(jié)晶開始結(jié)晶中了Cu-Ni合金勻晶相圖點(diǎn)：A，B線： 液相線 固相線區(qū)：L L+勻晶相圖合金的結(jié)晶過程QLQaQLa

20、b= Qa bc 杠桿定律 杠桿的兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)兩相的成分點(diǎn)，而支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)。杠桿定律與力學(xué)比喻QLQabcabQQ%L%aLa【證明】Q合金，其中Ni含量b%；T1溫度時(shí)，L相中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)a%，a相中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)c%。Q0 b%=QL a% + Qa c%又因?yàn)?Q0=QL+Qa 所以 （QL+Qa ） b% = QL a% + Qa c%bcabbcabQQLaQ0合金總質(zhì)量，QL液相質(zhì)量，Qa固相質(zhì)量。acabaQQacbcLQQ%,%0a0L實(shí)際金屬的結(jié)晶主要以樹枝狀長大：這是由于當(dāng)冷卻速度較大，特別是存在有雜質(zhì)時(shí)，晶體與液體界面的溫度會(huì)高于近處液體的溫度，形成負(fù)溫度梯度

21、，且晶核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成一次軸，一次軸又會(huì)產(chǎn)生二次軸，樹枝間最后被填充。2-3-4 非平衡結(jié)晶與固溶強(qiáng)化金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶 固溶體結(jié)晶時(shí)成分是變化的，如果冷卻較快，原子擴(kuò)散不能充分進(jìn)行，則形成成分不均勻的固溶體。 一個(gè)晶粒中先結(jié)晶的樹枝晶晶枝含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的樹枝晶晶枝含低熔點(diǎn)組元較多，結(jié)果造成在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分的分布不均，這種現(xiàn)象稱為枝晶偏析。 消除枝晶偏析的方法采用擴(kuò)散退火（或均勻化退火）。性能不均勻成分不均勻組織不均勻富Ni區(qū)富Cu區(qū)這種由一種液相在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)叫做共晶反應(yīng)。所生成的兩相混合物叫共晶體。水平線ced

22、為共晶反應(yīng)線。dcL組元: Pb，Sn相: L，（是Sn在Pb中的有限固溶體；是Pb在Sn中的有限固溶體）點(diǎn)、線：a，b，c，d，e液相線 ： aeb 固相線 ： acedb 共晶反應(yīng)線：ced，在共晶溫度發(fā)生共晶反應(yīng)，轉(zhuǎn)變過程中 是三相（L， ）共存。 溶解度線：cf ， Sn在相中的溶解度線，或稱相的固溶線； 固溶體中Sn 的溶解度極限曲線； dg ， Pb在相中溶解度線，或稱相的固溶線； 固溶體中Pb的溶解度極限曲線。共晶相圖：兩組元液態(tài)時(shí)彼此無限互溶，固態(tài)下彼此部分固溶，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的合金系形成的相圖。相區(qū)：三個(gè)單相區(qū)：L、（、是有限固溶體）三個(gè)雙相區(qū)：L+、 L +、 +三相區(qū)：

23、L+（水平線） 共晶體： 共晶反應(yīng)產(chǎn)生共晶體（+）。(1)合金IV的平衡結(jié)晶過程溫度降低，固溶體溶解度下降。從固態(tài)相中析出富Sn的相稱為二次，常寫作。這種二次結(jié)晶可表示為 。由于固溶體中溶解度的減少而析出另一固相的反應(yīng)叫二次析出反應(yīng)或脫溶過程。2-4-2 典型合金的結(jié)晶過程 0 1 2 3 4勻晶不變析出富Sn的相在冷卻過程中，當(dāng)超過其固溶度時(shí)，會(huì)析出低Sn的相，。室溫組織：+II合金IV冷卻曲線及結(jié)晶過程二次相通常沿初生相的晶界析出，也可在晶內(nèi)沿缺陷處析出。運(yùn)用杠桿定律，兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 合金IV室溫組織由和兩相組成。）或%1%(%100%100%II4II4fgfxfggx（ 共晶合金）

24、Le c + d合金室溫組織全部為共晶體，即只含一種組織組成物（即共晶體）；而其組成相仍為和兩相。(2)合金I的平衡結(jié)晶過程 共晶合金組織的形態(tài)( 機(jī)械混合物，兩相交替分布，黑色片層為富Pb的相，白色基體為富Sn的相）室溫時(shí)：合金的室溫組織為共晶體, 即只含一種組織組成物; 其組成相仍為 和 相。共晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)：相組成物， cdcecded,共晶轉(zhuǎn)變溫度以下：共晶體中和二次結(jié)晶, 從 中析出II, 從 中析出II。成分由 cf, 成分由 d g。兩種相的相對重量依杠桿定律變化。II和II 同和相連在一起, 共晶體形態(tài)和成分不發(fā)生變化。（亞共晶合金）結(jié)晶過程分三個(gè)階段，即勻晶反應(yīng)+共晶反應(yīng)+二次

25、結(jié)晶反應(yīng)。 L初+L 初+（c+d) 初+II+（+）【共晶組織中二次相的析出忽略】合金室溫組織：初生+(+)，合金組成相：和。(3)合金II的平衡結(jié)晶過程PbSn亞共晶組織黑色斑狀組織（三維形態(tài)為粗大樹枝晶）為初生相共晶組織(+)二次相室溫下，組成相(，)質(zhì)量分?jǐn)?shù)： %100%3fggx%100%3fgfx組織組成物質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 在共晶溫度時(shí)%1002%L%1002ceccee初室溫下初生+(+)，次生相與初生相成分和結(jié)構(gòu)完全相同，是同一種相；但形貌特征、分布完全不同，屬于兩種組織。%1002%cec%1002%IIceefgfcfgfc初%1002%ceefggcfggc初初位于共晶點(diǎn)e點(diǎn)右

26、側(cè)和d點(diǎn)以左的合金稱為過共晶合金。(4) 合金III的平衡結(jié)晶過程（過共晶合金）合金III結(jié)晶過程與合金II相似，只是勻晶產(chǎn)物為初晶，二次結(jié)晶產(chǎn)物為。室溫組織為 +（+ ）+ 。組織標(biāo)注相圖 填寫組織組成物的PbSn相圖2-4-3 時(shí)效強(qiáng)化當(dāng)次生相以細(xì)小粒狀形式分布在較軟的固溶體基體上時(shí)，由于次生相對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，使材料的強(qiáng)度提高的現(xiàn)象稱沉淀強(qiáng)化。由于固溶處理時(shí)抑制了過飽和固溶體的析出過程，形成溶質(zhì)原子富集區(qū)，引起固溶體畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙，從而提高了強(qiáng)度。隨時(shí)間的延長作用強(qiáng)化效果進(jìn)一步提高，所以稱為時(shí)效強(qiáng)化。T固溶體的溶解度 脫溶轉(zhuǎn)變析出沉淀相T固溶體的溶解度 次生相來不及析出過飽

27、和固溶體冷卻速率足夠緩慢快冷固溶處理2-5-1 二元共析相圖在二元合金中，若合金冷卻到固態(tài)時(shí)，還能發(fā)生由一個(gè)固相同時(shí)分解形成兩個(gè)新的固相，這種相圖叫共析相圖。此兩相混合物稱為共析體。與共晶反應(yīng)不同點(diǎn)：1）共析反應(yīng)是固態(tài)反應(yīng)，原子的擴(kuò)散困難，組織更細(xì)。2）因母相與子相的比容不同，反應(yīng)后易引起較大的內(nèi)應(yīng)力。具有共析反應(yīng)的二元合金相圖2-5-2 包晶反應(yīng)的合金相圖 PtAg合金相圖 包晶L+勻晶L 共晶L+ 共析 + 包晶L+二元合金兩相平衡時(shí)，兩相成分均隨溫度而變化。其具體數(shù)值可由恒溫水平線與兩相區(qū)相界線的交點(diǎn)來確定。溫度變化時(shí)，兩平衡相成分也分別沿兩條相界線相應(yīng)變化。二元相圖的三相平衡區(qū)是一條水

28、平線。它與三個(gè)單相區(qū)均以點(diǎn)接觸。從三個(gè)單相區(qū)的相互位置，可以判斷三相平衡的性質(zhì)。分析復(fù)雜相圖時(shí)，首先要弄清單相區(qū)，然后找出三相區(qū)、三相點(diǎn)，再弄清三相平衡轉(zhuǎn)變類型。牢記：兩個(gè)單相區(qū)之間必有一個(gè)由這兩相組成的兩相區(qū)隔開，而不能以一條直線接界；兩個(gè)兩相區(qū)之間必須以一個(gè)單相區(qū)或三相區(qū)隔開。相區(qū)接觸法則：相圖中相鄰相區(qū)相數(shù)之差均為1（點(diǎn)接觸除外）。二元合金相圖小結(jié) 合金性能取決于其成分和組織，而相圖表明不同成分合金在室溫下的平衡組織，合金性能與相圖之間存在一定聯(lián)系。2-6-1 合金的使用性能與相圖的關(guān)系勻晶相圖： 溶質(zhì)元素晶格畸變大強(qiáng)度、硬度，電阻率共晶相圖： 在單相區(qū)與勻晶相圖相同。復(fù)相組織區(qū)（如共晶

29、轉(zhuǎn)變范圍），合金的強(qiáng)度、硬度和物理性能隨成分的變化呈直線關(guān)系，大致是兩相性能的算術(shù)平均值。HB=HB % + HB % 對組織較敏感的性能（強(qiáng)度），與組成相或組織組成物的形態(tài)關(guān)系密切。組成相或組織組成物越細(xì)密，強(qiáng)度越高。 共晶點(diǎn)處，共晶組織呈細(xì)小、均勻細(xì)密的復(fù)相組織，強(qiáng)度達(dá)最高值。2-6-2 合金的工藝性能與相圖的關(guān)系(1) 鑄造性能 液態(tài)合金的流動(dòng)性以及產(chǎn)生縮孔、縮松和偏析傾向等。 液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈小合金的流動(dòng)性好有利于澆注。 液固相線距離大枝晶偏析傾向愈大，合金流動(dòng)性愈差，形成分散縮孔的傾向也愈大，使鑄造性能惡化。 因此鑄造合金的成分常取共晶成分和接近共晶成分或選擇 結(jié)晶溫

30、度間隙最小的成分。這種成分合金流動(dòng)性好，易形成集中縮孔，鑄件致密，鑄造性能最好。 (2)鍛造、軋制性能 單相固溶體合金變形抗力小，變形均勻，不易開裂，塑性、韌性好，所以共晶線兩側(cè)的合金適合于鍛壓。單相固溶體的硬度較低，切削加工性較差。南京航空航天大學(xué)Nanjing University of Aeronautics and Astronautics3-1 鐵碳合金的組元分析鐵碳合金的組元分析 (1) 純純Fe組元組元 -Fe (bcc) -Fe (fcc) -Fe (bcc) 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 韌性、塑性好韌性、塑性好; 強(qiáng)度低、硬度低。強(qiáng)度低、硬度低。9121394純鐵的冷卻曲線及晶

31、體結(jié)構(gòu)變化純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化( (體心立方體心立方) )( (體心立方體心立方) )( (面心立方面心立方) )1583(2) 滲碳體滲碳體( Fe3C)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，F(xiàn)e原子與原子與C原子原子之比之比3：1。Fe3C熔點(diǎn)高（熔點(diǎn)高（1227），），不發(fā)生不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變。同素異晶轉(zhuǎn)變。Fe3C硬而脆硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。，塑性、韌性幾乎為零。室溫平衡狀態(tài)下，鐵碳合金中的碳大多以室溫平衡狀態(tài)下，鐵碳合金中的碳大多以Fe3C形式存在。形式存在。3-2 Fe-Fe3C相圖分析相圖分析3-2-1 五個(gè)基本相五個(gè)基本相SPNJHGECBA+ Fe

32、3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Fe-Fe3C五個(gè)基本相之一(1) 液相液相L液相液相L是鐵與碳的液溶體。是鐵與碳的液溶體。(2) 相相碳在碳在-Fe中的間隙固溶體，呈體心立方晶中的間隙固溶體，呈體心立方晶格，在格，在1394以上存在。以上存在。稱為稱為固溶體，又稱固溶體，又稱高溫鐵素體高溫鐵素體。碳在碳在-Fe中的最大溶解度為中的最大溶解度為1495時(shí)的時(shí)的0.09%（H點(diǎn)點(diǎn)）。）。Fe-Fe3C五個(gè)基本相之二Fe-Fe3C五個(gè)基本相之三(3) 相相 碳在碳在-Fe中的間隙固溶體，呈面心立方中的間隙固溶體，呈面心立方晶格。晶格。常稱常稱奧氏體奧氏體，

33、用符號，用符號A表示表示.奧氏體中碳的固溶度較大，在奧氏體中碳的固溶度較大，在1148時(shí)時(shí)碳溶量最大達(dá)碳溶量最大達(dá)2.11%（E點(diǎn)點(diǎn)）。）。奧氏體的強(qiáng)度較低，硬度不高，易于塑奧氏體的強(qiáng)度較低，硬度不高，易于塑性變形。性變形。(4) 相相n碳在碳在-Fe中的間隙固溶體，呈體心立方中的間隙固溶體，呈體心立方晶格。晶格。n也稱也稱鐵素體鐵素體，用符號，用符號F 或或表示。表示。n碳在碳在-Fe中的最大溶解度為中的最大溶解度為727時(shí)的時(shí)的0.0218%（P點(diǎn)點(diǎn)）。）。n 強(qiáng)度、硬度低；塑性好。強(qiáng)度、硬度低；塑性好。Fe-Fe3C五個(gè)基本相之四(5) Fe3C相相 是一個(gè)是一個(gè)化合物相化合物相，滲碳體

34、根據(jù)生成條件不，滲碳體根據(jù)生成條件不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，是同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，是鋼中主要的強(qiáng)化相，對鐵碳合金的力學(xué)性鋼中主要的強(qiáng)化相，對鐵碳合金的力學(xué)性能有很大影響。能有很大影響。由于由于Fe3C是是穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物， Fe3C相區(qū)在碳的相區(qū)在碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69%的成分垂線上（的成分垂線上（DFK）。）。Fe-Fe3C五個(gè)基本相之五SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%3-2-2 特性點(diǎn)特性點(diǎn)【A點(diǎn)點(diǎn)】SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD

35、 FeFe3CC%【B點(diǎn)點(diǎn)】 ASPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【C點(diǎn)點(diǎn)】Fe CSPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【D點(diǎn)點(diǎn)】Fe C的熔點(diǎn)。的熔點(diǎn)。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【E點(diǎn)點(diǎn)】Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【G點(diǎn)點(diǎn)】Fe -Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。SPNJHG

36、ECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【H點(diǎn)點(diǎn)】 Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【J點(diǎn)點(diǎn)】 LB + HAJSPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【N點(diǎn)點(diǎn)】 -Fe -Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【P點(diǎn)點(diǎn)】碳在碳在-Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。SPNJHGE

37、CBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【S點(diǎn)點(diǎn)】共析點(diǎn)，共析點(diǎn)，ASFP+Fe3CSPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【Q點(diǎn)點(diǎn)】600-Fe中的溶解度。中的溶解度。（室溫，（室溫， -Fe中的溶解度）中的溶解度）(1) 三條水平線三條水平線(三個(gè)重要點(diǎn)三個(gè)重要點(diǎn))3-2-3 特性線特性線SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【線線1】包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)J與包晶轉(zhuǎn)變線與包晶轉(zhuǎn)變線HJB1495 ，C%=0.17 LB+H

38、AJ 即即 L0.53+ 0.09 A0.17包晶反應(yīng)生成碳在包晶反應(yīng)生成碳在-Fe中的間隙固溶體，中的間隙固溶體，即奧氏體組織，用即奧氏體組織，用A表示。表示。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.09%0.53%的鐵碳合的鐵碳合金在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生包晶反應(yīng)。金在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生包晶反應(yīng)。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【線線2】共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)C與共晶轉(zhuǎn)變線與共晶轉(zhuǎn)變線ECF1148 ，C%=4.3%，LC AE + Fe3CF （共晶滲碳體）（共晶滲碳體）L4.3 A2.11+Fe3C6.69共晶反應(yīng)產(chǎn)物是奧氏體共晶反應(yīng)產(chǎn)

39、物是奧氏體(A)與與滲碳體滲碳體(Fe3C)的機(jī)械混合物，稱為的機(jī)械混合物，稱為萊氏體萊氏體組織組織(Ld)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.11%6.69%間的鐵碳合間的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共晶反應(yīng)。金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共晶反應(yīng)。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【線線3】共析點(diǎn)共析點(diǎn)S與共析轉(zhuǎn)變線與共析轉(zhuǎn)變線PSKA1線線727 ，C%=0.77% AS FP+Fe3C（共析滲碳體）（共析滲碳體）A0.77 F0.0218+Fe3C共析反應(yīng)產(chǎn)物是共析反應(yīng)產(chǎn)物是鐵素體鐵素體與與滲碳體滲碳體的機(jī)械混合物，的

40、機(jī)械混合物，稱稱珠光體珠光體，以，以P表示。表示。在顯微鏡下珠光體形態(tài)呈片狀。在放大倍數(shù)很高在顯微鏡下珠光體形態(tài)呈片狀。在放大倍數(shù)很高時(shí)，可清楚看到相間分布的滲碳體片時(shí)，可清楚看到相間分布的滲碳體片（窄條）（窄條）與與鐵素體鐵素體（寬條）（寬條）。珠光體的強(qiáng)度較高，塑性、韌。珠光體的強(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于性和硬度介于Fe3C和和F之間。之間。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0218%6.69%的鐵碳合金，在的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共析反應(yīng)。平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共析反應(yīng)。PSK線亦稱線亦稱A1線。線。(2) 液固相線固相線固相線AHJECFSPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+

41、 L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q液相線液相線ABCD(3) 溶解度線溶解度線SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【ES線線】ES線線：碳在奧氏體：碳在奧氏體A中的固溶線中的固溶線Acm1148 ，2.11%（E）；727 ，0.77% （S）碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.77%的鐵碳合金自的鐵碳合金自1148冷至冷至727的過程中，將從的過程中，將從A中析出中析出Fe3C，稱為，稱為二次滲碳體二次滲碳體（Fe3C）。）。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ F

42、e3CKFD FeFe3CC%Q【PQ線線】PQ線線：碳在鐵素體：碳在鐵素體F中的固溶線中的固溶線727 ，0.0218%室溫，室溫，0.0008%。鐵碳合金自鐵碳合金自727冷至室溫的過程中，將從冷至室溫的過程中，將從F中析出中析出Fe3C，稱為，稱為三次滲碳體三次滲碳體（Fe3C）。）。Fe3C數(shù)量極少，往往予以忽略。數(shù)量極少，往往予以忽略。(4) GS線線A3線線合金冷卻時(shí)自奧氏體合金冷卻時(shí)自奧氏體A中開始析中開始析出鐵素體出鐵素體F的開始線；的開始線；或者或者，加，加熱時(shí)熱時(shí)F溶入溶入A的終了線。的終了線。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CK

43、FD FeFe3CC%Q3-3 鐵碳合金平衡結(jié)晶分析鐵碳合金平衡結(jié)晶分析 3-3-1鐵碳合金的分類鐵碳合金的分類 根據(jù)根據(jù)Fe-Fe3C相圖，鐵碳合金可分為相圖，鐵碳合金可分為三類三類： (1) 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵wc 0.0218% (2) 鋼鋼0.0218% wc 2.11% (3) 白口鑄鐵白口鑄鐵2.11% wc 6.69% 工業(yè)純鐵室溫平衡組織為工業(yè)純鐵室溫平衡組織為鐵素體鐵素體（F），呈白色），呈白色狀。強(qiáng)度低、硬度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料。狀。強(qiáng)度低、硬度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料。鋼的共同特點(diǎn)：高溫下都有塑性良好的鋼的共同特點(diǎn)：高溫下都有塑性良好的奧氏體奧氏體（A）組織，適合于壓力加工。組

44、織，適合于壓力加工。白口白口鑄鑄鐵因?yàn)樵诟邷貢r(shí)都有脆性的鐵因?yàn)樵诟邷貢r(shí)都有脆性的共晶萊氏體共晶萊氏體，所以不能進(jìn)行鍛壓；但共晶成分合金的流動(dòng)性好，所以不能進(jìn)行鍛壓；但共晶成分合金的流動(dòng)性好，適合于鑄造。適合于鑄造。 3-3-2 典型合金的結(jié)晶典型合金的結(jié)晶(1) 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 wc 0.0218%SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3CKFD FeFe3CQ wc=0.01%1234567勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?nèi)螡B碳體三次滲碳體Fe3CIIFe3CIII相組成物：相組成物： Fe3C ；F 相相對量：相相

45、對量： 組織組成物：組織組成物：F（等軸晶）和（等軸晶）和Fe3CIII（小片狀）（小片狀）%1000008. 069. 669. 6%Fx%1000008. 069. 60008. 0%CFe3x工業(yè)純鐵組織金相圖工業(yè)純鐵組織金相圖(2) 共析鋼共析鋼 wc=0.77%123勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變相組成物：相組成物：F和和Fe3C 組織組成物組織組成物 ： P (層片狀層片狀) 100%88%10069. 677. 069. 6%F%12%88%100%CFe3共析鋼金相共析鋼金相組織組織圖圖(3)亞亞共析鋼共析鋼(0.0218%C%0.77%) wc=0.45%【簡化處理簡化處理

46、】不考慮包晶反應(yīng)。不考慮包晶反應(yīng)。1以上以上12233444相中析相中析出出相相共析反應(yīng)：共析反應(yīng)：鐵素體鐵素體Fe3C先共析鐵素體先共析鐵素體先共析先共析FP亞共析鋼組織金相圖亞共析鋼組織金相圖先共析鐵素體先共析鐵素體珠光體珠光體相組成物相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：相相對量：組織組成物：組織組成物：F、P%10069. 669. 6%F1x%10069. 60%CFe13x%1000218. 077. 00218. 0%P1x%P1%F(4) 過共析鋼過共析鋼(0.77%C%2.11%) wc=1.2%沿沿A晶界析晶界析出出Fe3CII共析反應(yīng)：共析反應(yīng)：鐵素體鐵素體Fe3C (P)Fe

47、3CIIP過共析鋼組織金相圖過共析鋼組織金相圖相組成物：相組成物：F，F(xiàn)e3C 組織組成物：組織組成物：P，F(xiàn)e3CII組織相對量：組織相對量： %10069. 60%CFe23x%10069. 669. 6%F2x%10077. 069. 677. 0%CFe2II3x%10077. 069. 669. 6%P2x(5) 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵(C%=4.3%)12LLd(A+Fe3C共晶共晶) A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII 變態(tài)萊氏體變態(tài)萊氏體Ld (P+Fe3C共晶共晶+Fe3CII) 共晶白口鐵組織金相圖共晶白口鐵組織金相圖相組成物：相組成物：F，F(xiàn)e3C 組織組成物：組織組成

48、物：Ld%10069. 6%CFe3x%10069. 669. 6%Fx(6) 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 (2.11%C%4.3%) wc=3.0%123亞共晶白口鐵組織金相圖亞共晶白口鐵組織金相圖PLd沿邊界分布沿邊界分布的的Fe3CII室溫相組成物：室溫相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：相相對量： %10069. 6%CFe3x%10069. 669. 6%Fx室溫組織組成物：室溫組織組成物：P，Ld，F(xiàn)e3CII初晶初晶 ：Ld：%10011. 23 . 43 . 4%x%10011. 23 . 411. 2%Ldx第第1步：步：第第2步：步：從初晶從初晶相中析出相中析出的的Fe3CI

49、I和和P:%)(77. 0)(69. 6)(77. 0)(11. 2%CFeII3SKSE%)(77. 0)(69. 6)(11. 2)(69. 6%PSKEK第第3步：步：室溫下，室溫下，Ld%=Ld%Fe3CII和和P不變不變(7) 過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 (4.3%C%6.69%) wc=5.0%123過共晶白口鐵組織金相圖過共晶白口鐵組織金相圖Fe3CILd相組成物：相組成物： 組織組成物：組織組成物：Ld，F(xiàn)e3C %10069. 6%CFe3x%10069. 669. 6%Fx%1003 . 469. 669. 6Ld%Ld%1003 . 469. 63 . 4%CFe3xx

50、 【總結(jié)鐵碳合金相圖總結(jié)鐵碳合金相圖】 點(diǎn)：點(diǎn)：成分、溫度成分、溫度組織組成物標(biāo)注組織組成物標(biāo)注相區(qū)標(biāo)注相區(qū)標(biāo)注線：線：液固相線、水液固相線、水平線、固溶線、固平線、固溶線、固溶體轉(zhuǎn)變線溶體轉(zhuǎn)變線A 1538D 1227N 1394G 912PSK 727ECF 1148HJB 1495FeFe3CSQPNJHGECBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LdLdLd+ Fe3CLd+ Fe3CLdP+ Fe3C+LdP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CKFDC%3-4 鐵碳相圖的應(yīng)用鐵碳相圖的應(yīng)用(1) 在鋼鐵材料選用方面的

51、應(yīng)用在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用 建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料，因此建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料，因此選用選用碳含量較低碳含量較低的鋼材。的鋼材。各種機(jī)械零件需用強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料。各種機(jī)械零件需用強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料。應(yīng)選用應(yīng)選用碳含量適中碳含量適中的中碳鋼。各種工具需用硬度高和耐的中碳鋼。各種工具需用硬度高和耐磨性好的材料，則選磨性好的材料，則選碳含量高碳含量高的鋼種。的鋼種。純鐵純鐵磁導(dǎo)率高，矯頑力低，可作軟磁材料使用，例如磁導(dǎo)率高，矯頑力低，可作軟磁材料使用，例如做電磁鐵的鐵心等。做電磁鐵的鐵心等。白口鑄鐵硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛白口

52、鑄鐵硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但其耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、造，但其耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輥、貨不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機(jī)的磨球等。車輪、犁鏵、球磨機(jī)的磨球等。 (2)在鑄造工藝方面的應(yīng)用在鑄造工藝方面的應(yīng)用根據(jù)根據(jù)Fe-Fe3C相圖可以確定合金的澆注溫度。澆注溫度相圖可以確定合金的澆注溫度。澆注溫度一般在液相線以上一般在液相線以上50100。(3)在熱緞、熱軋工藝方面的應(yīng)用在熱緞、熱軋工藝方面的應(yīng)用鍛造或軋制要求好的塑性、變形抗力，選在單相奧氏體區(qū)鍛造或軋制要

53、求好的塑性、變形抗力，選在單相奧氏體區(qū)內(nèi)進(jìn)行。內(nèi)進(jìn)行。(4)在熱處理工藝方面的應(yīng)用在熱處理工藝方面的應(yīng)用Fe-Fe3C相圖對制定熱處理工藝具有重要意義。一些熱處理相圖對制定熱處理工藝具有重要意義。一些熱處理工藝如退火、正火、淬火的加熱溫度都是依據(jù)工藝如退火、正火、淬火的加熱溫度都是依據(jù)Fe-Fe3C相圖相圖確定的。在運(yùn)用確定的。在運(yùn)用Fe-Fe3C相圖時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：相圖時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：Fe-Fe3C相圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài)，如含相圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài)，如含有其它元素，相圖將發(fā)生變化。有其它元素，相圖將發(fā)生變化。Fe-Fe3C相圖反映的是平相圖反映的是平衡條件下鐵

54、碳合金中相的狀態(tài)，若冷卻或加熱速度較快時(shí)，衡條件下鐵碳合金中相的狀態(tài)，若冷卻或加熱速度較快時(shí)，其組織轉(zhuǎn)變就不能只用相圖來分析。其組織轉(zhuǎn)變就不能只用相圖來分析。 碳鋼又稱碳素鋼，含碳量低于碳鋼又稱碳素鋼，含碳量低于2.11%的鐵碳合金。的鐵碳合金。3-5 碳鋼及其牌號碳鋼及其牌號3-5-1 雜質(zhì)元素對碳鋼性能的影響雜質(zhì)元素對碳鋼性能的影響鋼中雜質(zhì)一般指鋼中雜質(zhì)一般指Mn、Si、P、S和氣體元素和氣體元素H、O 等。等。(1)錳錳 有益有益（通常（通常0.80%，高含錳量碳鋼，高含錳量碳鋼1.0-1.2%） a. 脫氧劑：脫氧劑： 降低降低FeO脆性脆性 b. 脫硫劑：脫硫劑： Mn+SMnS (

55、降低降低S的有害作用的有害作用) 熱加工性能熱加工性能 c. 固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化： 使性能更優(yōu)。使性能更優(yōu)。(2) 硅硅 有益有益 a. 脫氧脫氧脆性脆性 b. 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化(3) 磷磷 有害有害 P能全部溶入鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高，能全部溶入鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高， 塑性、韌性急劇下降塑性、韌性急劇下降冷脆冷脆(4) 硫硫 有害有害 989時(shí)產(chǎn)生共晶體（時(shí)產(chǎn)生共晶體（Fe+FeS）分布于分布于A晶界晶界加熱加熱至至10001200進(jìn)行壓力加工時(shí)，低熔點(diǎn)共晶熔化進(jìn)行壓力加工時(shí)，低熔點(diǎn)共晶熔化鋼晶粒邊界開裂鋼晶粒邊界開裂加入加入Mn Mn與與S形成高熔點(diǎn)的形成高熔點(diǎn)的MnS

56、(1620) ，可消，可消除硫的有害作用除硫的有害作用（除硫）（除硫）熱脆熱脆脫氧用硅鐵脫氧用硅鐵(5) 氣體元素氣體元素O、N、HO 鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源，鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源，機(jī)械性機(jī)械性 能能 ，強(qiáng)度、塑性降低，強(qiáng)度、塑性降低，有害元素有害元素N 鋼中過飽和鋼中過飽和N在常溫放置過程中會(huì)發(fā)生在常溫放置過程中會(huì)發(fā)生時(shí)效脆化時(shí)效脆化。 加加Ti、V、Al等元素可消除時(shí)效傾向，等元素可消除時(shí)效傾向，有害元素有害元素鋼中白點(diǎn)鋼中白點(diǎn)H 原子態(tài)的過飽和氫時(shí)將降原子態(tài)的過飽和氫時(shí)將降低韌性低韌性, 引起引起氫脆氫脆；當(dāng)氫在缺陷處；當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高內(nèi)壓，以分子態(tài)析

57、出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱白形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱白點(diǎn)或發(fā)裂。點(diǎn)或發(fā)裂。有害元素有害元素轉(zhuǎn)爐煉鋼平爐煉鋼平爐鋼平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼電爐鋼按爐別分按爐別分沸騰鋼沸騰鋼：澆鑄前脫氧不充分，使大量：澆鑄前脫氧不充分，使大量FeO存存在于鋼液。澆注時(shí)在于鋼液。澆注時(shí)C與與FeO反應(yīng)，鋼液中不反應(yīng)，鋼液中不斷溢出斷溢出CO氣泡而引起鋼液表面劇烈沸騰。氣泡而引起鋼液表面劇烈沸騰。這種鋼成材率高，但不致密。這種鋼成材率高，但不致密。鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，組織致密，成材率低。：脫氧充分，組織致密，成材率低。半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼：介于前兩者之間。：介于前兩者之間。按脫氧程度分按脫

58、氧程度分3-5-2碳鋼的分類碳鋼的分類電弧爐煉鋼 鋼的質(zhì)量是以鋼的質(zhì)量是以磷磷、硫硫的含量來劃分的。的含量來劃分的。 分為分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼。 根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級鋼的磷、硫含量如下：根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級鋼的磷、硫含量如下：工程用鋼工程用鋼 建筑、橋梁、船舶、車輛建筑、橋梁、船舶、車輛機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼 齒輪、軸、螺母、彈簧齒輪、軸、螺母、彈簧碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼刃具鋼刃具鋼模具鋼模具鋼量具鋼量具鋼碳素工具鋼碳素工具鋼 中碳鋼中碳鋼 0.250.6%C高碳鋼高碳鋼 0.6%C低碳鋼低碳鋼 0.25%C碳素鋼碳素鋼齒輪齒

59、輪刀具刀具3-5-3 碳鋼的牌號、性能及用途碳鋼的牌號、性能及用途我國鋼材的編號是采用漢語拼音字我國鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法。結(jié)合的方法。采用漢語拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名采用漢語拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法時(shí)，稱、用途、特性和工藝方法時(shí)，一一般從代表鋼產(chǎn)品名稱的漢字的漢語般從代表鋼產(chǎn)品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個(gè)字母。拼音中選取第一個(gè)字母。普通普通Q+最低屈服強(qiáng)度值最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級符號質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號脫氧方法符號Q表示表示“屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度”；屈服強(qiáng)度值單位是；屈服強(qiáng)度值單位是MPa；

60、質(zhì)量等級質(zhì)量等級符號為符號為A、B、C、D、E。由。由A到到E，其其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號：脫氧方法符號：沸騰鋼沸騰鋼F；鎮(zhèn)靜鋼；鎮(zhèn)靜鋼Z；半鎮(zhèn)靜；半鎮(zhèn)靜鋼鋼b；特殊鎮(zhèn)靜鋼；特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ。如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示為如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示為 Q235AF、Q235BZ。成分：成分：0.4%C，P、S 量較多。量較多。性能：性能：可焊性、塑性好?？珊感浴⑺苄院?。熱處理：熱處理：熱軋空冷態(tài)下使用。熱軋空冷態(tài)下使用。使用狀態(tài)下組織：使用狀態(tài)下組織：F+P熱軋鋼板熱軋鋼板用途：用途：常以熱軋型材使用，常以熱軋型材使用，約占鋼材總量的約占鋼材總量的70%。用于。用于