參考版--常用金屬材料顯微組織觀察-_圖文

1、常用金屬材料的顯微組織觀察一、實驗?zāi)康?.觀察各種常用合金鋼,有色金屬和鑄鐵的顯微組織。2.分析這些金屬材料的組織和性能的關(guān)系及應(yīng)用。二、金屬材料的顯微組織觀察及分析1.幾種常用合金鋼的顯微組織合金鋼依合金元素含量的不同,可分為三種:合金元素總量小于 5%的稱為 低合金鋼;合金元素為 510%的稱為中合金鋼;合金元素大于 10%的稱為高 合金鋼。1一般合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼都是低合金鋼。由于加入合金元素,鐵 碳相圖發(fā)生一些變動,但其平衡狀態(tài)的顯微組織與碳鋼的顯微組織并沒有本質(zhì) 的區(qū)別。低合金鋼熱處理后的顯微組織與碳鋼的顯微組織也沒有根本的不同, 差別只是在于合金元素都使 C 曲線右移 (除 C

2、o 外 ,即以較低的冷卻速度可獲得 馬氏體組織。 40Cr 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的顯微組織是回火索氏體。 GCrl5鋼 (軸承 鋼 840油淬低溫回火試樣的顯微組織,與 T12鋼 780水淬低溫回火試樣的顯 微組織也是一樣的,都得到回火馬氏體+碳化物十殘余奧氏體組織。圖 1、 16Mn-淬火 -x400 16Mn 鋼屬于碳錳鋼,碳的含量在 0.16%左右。 16Mn 鋼的合金含量較少,焊接性良 好,焊前一般不必預(yù)熱。加入合金元素錳,使 C 曲線右移,在淬火處理后,組織為馬 氏體組織。但由于 16Mn 鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大,所以在低溫下(如冬季露天作 業(yè)或在大剛性、大厚度結(jié)構(gòu)上焊接時,為防止出現(xiàn)冷

3、裂紋,需采取預(yù)熱措施。1圖 2、 16Mn-正火 -x400 16Mn 屬于低碳鋼,碳含量 <0.16%,正火后組織為 F+S。在 400倍顯微鏡下, 索氏體基本上不可分辨。16Mn 鋼是目前我國應(yīng)用最廣的低合金鋼。廣泛應(yīng)用于各種板材、鋼管。圖 3、 65Mn-等溫淬火 -40065Mn ,錳提高淬透性,但 Mn 含量過大會導致過熱現(xiàn)象。特性:經(jīng)熱處理后的綜合力學性能優(yōu)于碳鋼, 65Mn 鋼板強度、硬度、彈性和 淬透性均比 65號鋼高。但有過熱敏感性和回火脆性。2 應(yīng)用:用作小尺寸各種扁、圓彈簧、座墊彈簧、彈簧發(fā)條,也可制作彈簧環(huán)、 氣門簧、離合器簧片、剎車彈簧及冷拔鋼絲冷卷螺旋彈簧。圖

4、 4、等溫淬火 -30CrMnSi-x400 30CrMnSi是高強度調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。組織形貌,保持馬氏體位向的回火索氏體, 并出現(xiàn)極少量的鐵素體。特性:具有很高的強度和韌性,淬透性較高,冷變形塑性中等,切削加工性能 良好。有回火脆性傾向,橫向的沖擊韌性差。焊接性能較好,但厚度大于 3mm 時, 應(yīng)先預(yù)熱到 150 ,焊后需熱處理。一般調(diào)質(zhì)后使用。用途:多用于制造高負荷、高速的各種重要零件,如齒輪、軸、離合器、鏈輪、 砂輪軸、軸套、螺栓、螺母等,也用于制造耐磨、工作溫度不高的零件,變載荷的 焊接構(gòu)件,如高壓鼓風機的葉片、閥板以及非腐蝕性管道管子圖 5、 GCr15-x400 GCr15是滾動軸承鋼

5、,是一種常用的高鉻軸承鋼,具有高的淬透性,熱處理 后可獲得高而均勻的硬度。 GCr15經(jīng)淬火回火處理后,組織為馬氏體 +殘余奧氏體 +碳化物。特性:綜合性能良好 . 球化退火后有良好的切削加工性能 . 淬火和回火后硬度高而 且均勻,耐磨性能和接觸疲。勞強度高,熱加工性能好。含有較多的合金元素,價 格比較便宜。但是白點敏感性強,焊接性能較差。用途:用于制作各種軸承套圈和滾動體。例如:制作內(nèi)燃機、電動機車、通用 機械 , 以及高速旋轉(zhuǎn)的個高載荷機械傳動軸承的鋼球、滾子和套圈。除做滾珠、軸承 套圈等外,有時也用來制造工具,如沖模、量具。圖 6、 Cr15-上貝 +M-x400性能:冷變形塑形高,焊接

6、性良好,在退火狀態(tài)下可切削性甚好應(yīng)用:這種鋼主要用來制造工作速度較高而斷面不大 (30mm ,但心部要求較 高強度及韌性而表面耐磨的滲碳零件,如齒輪、凸輪、滑閥、活塞、襯套、曲柄銷、 活塞銷、活塞環(huán)、聯(lián)軸節(jié)、軸、軸承圈等。此外,這種鋼也可以用作低碳馬氏體淬 火鋼,用來制造對變形要求不嚴、但要求強度、韌性的零件。圖 7、鑄態(tài) -2GMn13-x400高錳鋼 (high manganese steel是指含錳量在 10%以上的合金鋼。性能:高錳鋼的鑄態(tài)組織通常是由奧氏體、碳化物和珠光體所組成,有時還含有少 量的磷共晶。碳化物數(shù)量多時,常在晶界上呈網(wǎng)狀出現(xiàn)。因此鑄態(tài)組織的高錳鋼很 脆,無法使用,需要

7、進行固溶處理。用途:高錳鋼是專為重工業(yè)提供使用的一種防磨鋼材,應(yīng)用領(lǐng)域包括采石、采礦、 挖掘、煤炭工業(yè)、鑄造和鋼鐵行業(yè)等。圖 8、水韌處理 -2GMn13-x400 水韌處理:碳化物數(shù)量多時,常在晶界上呈網(wǎng)狀出現(xiàn)。因此鑄態(tài)組織的高錳鋼 很脆,無法使用,需要進行固溶處理。通常使用的熱處理方法是固溶處理,即將鋼 加熱到 10501100 ,保溫消除鑄態(tài)組織,得到單相奧氏體組織,然后水淬,使此 種組織保持到常溫。熱處理后鋼的強度、塑性和韌性均大幅度提高,所以此種熱處 理方法也常稱為水韌處理。用途:水韌處理后,碳化物減少,高錳鋼是專為重工業(yè)提供使用的一種防磨鋼材, 應(yīng)用領(lǐng)域包括采石、采礦、挖掘、煤炭工

8、業(yè)、鑄造和鋼鐵行業(yè)等。42 高速鋼是一種常用的高合金工具鋼,高速鋼的鑄造狀態(tài)下與亞共晶白口鑄鐵的組織相似。其中萊氏體由合金碳化 物和馬氏體或屈氏體組成。 萊氏體沿晶界呈寬網(wǎng)狀分布, 萊氏體中的碳化物粗大, 有骨架狀,不能靠熱處理消除,必須進行鍛造打碎。鍛造退火后高速鋼的顯微組 織是由索氏體和碳化物所組成的。高速鋼優(yōu)良的熱硬性及高的耐磨性,只有經(jīng)淬火及回火后才能獲得。它的淬 火溫度較高, 為 12701280, 以使奧氏體充分合金化, 保證最終有高的熱硬性。 淬火時可在油中或空氣中冷卻。淬火組織為馬氏體、碳化物和殘余奧氏休。由于 淬火組織中存在有較大量 (2530% 的殘余奧氏體,一般都進行三次

9、約 560的 回火。經(jīng)淬火和三次回火后,高速鋼的組織為回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧 氏體 (23%(圖 4 。圖 9、鑄態(tài) -W18Cr4V-x400 W18Cr4V 。因為它含有大量合金元素,使鐵碳相圖中的 E 點大大向左移,以 致它雖然只含有 0.70.8%的碳,但也已經(jīng)含有萊氏體組織,所以稱為萊氏體 鋼。成分特點:(1高碳:含碳量高,以獲得高碳馬氏體,與碳化物形成元素等 形成碳化物,細化晶粒,增大耐磨性。 (2 W :主要用于提高鋼的熱硬性。 (3 Cr :可以提高鋼的淬透性和耐磨性。(4 V :細化奧氏體晶粒;可以提高耐磨 性、熱硬性。W18Cr4V的鑄態(tài)組織包括呈骨骼狀的、 碳化物

10、片狀與馬氏體或屈氏體相間排列的萊 氏體,以及黑色組織 (偏析 和白色組織 (馬氏體和殘余奧氏體 。高速鋼的鑄態(tài)組織和化學成分尤其不均勻,而且熱處理也不能改變,因而必須進行壓力加工,將粗大 的共晶碳化物打碎,并使其均勻分布,然后再用以制造各種刃具及模具。圖 10、高速鋼 -鑄態(tài) x400 高速鋼的鑄造狀態(tài)下與亞共晶白口鑄鐵的組織相似。 其中萊氏體由合金碳化 物和馬氏體或屈氏體組成。 萊氏體沿晶界呈寬網(wǎng)狀分布, 萊氏體中的碳化物粗大, 有骨架狀,不能靠熱處理消除,必須進行鍛造打碎。鍛造退火后高速鋼的顯微組 織是由索氏體和碳化物所組成的。圖 11、高速鋼 -淬火 x400 物 高速鋼優(yōu)良的熱硬性及高

11、的耐磨性,只有經(jīng)淬火及回火后才能獲得。它的淬 火溫度較高, 為 12701280, 以使奧氏體充分合金化, 保證最終有高的熱硬性。 淬火時可在油中或空氣中冷卻。淬火組織為馬氏體、碳化物和殘余奧氏休。圖 12、高速鋼 -淬火回火 -x400 由于淬火組織中存在有較大量 (2530% 的殘余奧氏體, 一般都進行三次約 560的回火。經(jīng)淬火和三次回火后,高速鋼的組織為回火索氏體、碳化物和少 量殘余奧氏體 (23% 。有時為了方便,節(jié)約成本,可通過正火處理。 圖 13、高速鋼 -退火 x400 退火后,組合更加均勻。退火的目的是消除應(yīng)力,降低硬度,使顯微組織均勻,便于淬火。退火溫度一般為 860880

12、 。高速鋼性:具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性。高速鋼用途:用于制造各種切削工具。如車刀、鉆頭、滾刀、機用鋸條及要求 高的模具等。3不銹鋼是在大氣、海水及其它浸蝕性介質(zhì)條件下能穩(wěn)定工作的鋼種,大都 屬于高合金鋼,例如應(yīng)用很廣的 1Crl8Ni9即 18-8鋼。它的碳含量較低,因為碳不 利于防銹;高的鉻含量是保證耐蝕性的主要因素;鎳除了進一步提高耐蝕能力以 外,主要是為了獲得奧氏體組織。這種鋼在室溫下的平衡組織是奧氏體十鐵素體 +(Cr, Fe 23C 6。為了提高耐蝕性以及其它性能,必須進行固溶處理。為此加熱到 10501150,使碳化物等全部溶解,然后水冷,即可在室溫下獲得單一的奧氏 體組織。

13、但是 1Crl8Ni9在室溫下的單相奧氏體狀態(tài)是過飽和的,不穩(wěn)定的,當鋼使用 時溫度到達 400800的范圍或者從較高溫度,例如固溶處理溫度下冷卻較慢 時, (Cr, Fe 23C 6會從奧氏體晶界上析出,造成晶間腐蝕,使鋼的強度大大降低。 目前,防止這種晶間腐蝕的途經(jīng)有兩條:一是盡量降低碳含量,但有限度;二是 加入與碳的親和力很強的元素 Ti , Nb 等。因此出現(xiàn)了 1Crl8Ni9Ti 、 0Crl8Ni9Ti 等及更復(fù)雜的牌號的奧氏體鎳鉻不銹鋼。圖 14、 (固 -不銹鋼 -x100 腐蝕性好強度高,因而薄板使用的可能性大耐高溫氧化及強度高,因此能夠抗火災(zāi) 常溫加工,即容易塑性加工因為

14、不必表面處理,所以簡便、維護簡單清潔,光潔度高焊接性能好。用途:廣泛。提高不銹鋼性能通常采取的措施:(1獲得單相均勻的金屬組織,避免 產(chǎn)生原電池作用;(2加入合金元素提高金屬基體的電極電位; (3加入合金 元素在金屬表面形成致密保護膜 ;(4防止晶間腐蝕的產(chǎn)生2.幾種常用有色金屬的顯微組織1鋁合金 應(yīng)用十分廣泛的鋁合金主要分變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。 依照熱處理效果又可分為能熱處理強化的鋁合金及不能熱處理強化的鋁合金。 鋁硅合金是應(yīng)用最廣泛的一種鑄造鋁合金,典型的牌號為 ZLl02,含硅 1113%, 從 Al-Si 合金相圖可知, 其成分在共晶點附近,因而具有優(yōu)良的鑄造性能, 即流動性能好

15、, 產(chǎn)生鑄造裂紋的傾向小。 但鑄造后得到的組織是粗大針狀的硅晶 體和 固溶體所組成的共晶體及少量呈多面體狀的初生硅晶體。 粗大的硅晶體極 脆, 因而嚴重地降低了合金的塑性和韌性。 為了改善合金性能, 可采用變質(zhì)處理。 即在澆注前在合金液體中加入占合金重量 23%的變質(zhì)劑(常用 NaF+ NaCl的鈉 鹽混合物。由于鈉能促進 Si 的生核,并能吸附在硅的表面阻礙它長大,使合金 組織大大細化同時使共晶點右移, 而原合金成分變?yōu)閬喒簿С煞? 所以變質(zhì)處理 后的組織由初生 固溶體和細密的共晶體 (+Si組成。共晶體中的硅細小,因 而使合金的強度與塑性顯著改善。圖 15、鋁 -未變 -x400 鑄態(tài)下顯

16、微組織由由粗大針狀硅晶體和 固溶體(亮白色所組成的共晶體以 及初細小的初晶硅構(gòu)成, 這種粗大的針狀硅晶體嚴重降低合金的塑性和韌性。 為了提高硅鋁明的力學性能, 通常需要對其進行變質(zhì)處理, 即在澆注前向 820850合金溶液中加入占合金重量 23%的變質(zhì)劑。圖 16、鋁 -鑄態(tài)(變質(zhì) -x400 變質(zhì)處理后的組織由初生 固溶體枝晶 (白亮 及細的共晶體(黑色組成, 由于共晶中的硅呈細小的圓形顆粒,因而合金的強度和塑性顯著提高。圖 17、實效板材 -x400 時效:淬火后得到的鋁合金過飽和固溶體在一定的溫度下隨時間的增長而分解, 導致合金的強度和硬度升高的現(xiàn)象。實質(zhì)是沉淀強化相從過飽和固溶體中析出

17、好和 長大。白色 (Al 基體上分布著黑色 CuAl2 及 Al2CuMg 強化相質(zhì)點。2 銅合金 最常用的銅合金為黃銅 (Cu-Zn合金 及青銅 (Cn-Sn合金 圖 18、 Cu-相 -x400 由銅 -鋅合金相圖可知,少于 36%Zn 的黃銅中組織為單 相固溶體,這種黃銅 稱為 黃銅或單相黃銅。單相黃銅 H70經(jīng)變形及退火后,其 晶粒呈多邊形,并 有大量退火孿晶.單相黃銅具有良好的塑性,可進行各種冷變形。圖 19、 H62-鑄態(tài) -x400 圖 20、 H62-退火 -x400圖 21、 H62-+-鑄態(tài) -x400 含 3645%Zn 的黃銅具有 +兩相組織,稱為雙相黃銅。雙相黃銅 H

18、62的顯 微組織中, 相呈亮白色, 相為黑色。 相是以 CuZn 電子化合物為基的有序固溶 體,在低溫下較硬較脆,但在高溫下有較好的塑性,雙相黃銅可以進行熱壓力加 工。性能:單相黃酮耐蝕性和室溫塑性好,強度低,適宜進行冷變形加工。雙相 黃銅室溫塑性較差,需要加熱到高溫進行熱加工。用途:H62被譽為“商業(yè)黃銅”,廣泛應(yīng)用于制作水管、油管、散熱器墊片 及螺釘?shù)?。圖 22、鋁青銅 -鑄態(tài) -x400 鋁青銅是銅和鋁形成的合金,含鋁量一般不超過 11.5%,有時還加入適量的鐵、 鎳、錳等元素,以進一步改善性能。含鋁量較少的鋁青銅可采用淬火或回火等熱處 理手段進行強化。性能:鋁青銅可熱處理強化,其強度比

19、錫青銅高,抗高溫氧化性也較好。 有較 高的強度 良好的耐磨性。強度高,沖擊韌性好,疲勞強度高,受沖擊不產(chǎn)生火花, 在大氣,海水,碳酸及多數(shù)有機酸溶液中耐蝕性很高。用途:用于強度比較高的螺桿、螺帽、銅套、密封環(huán)等,和耐磨的零部件。最 突出的特點就是其良好的耐磨性。3軸承合金 巴氏合金是軸承合金中應(yīng)用較多的一種。 錫基巴氏合金含 83%Sn 、 11%Sb 和 6%Cu 。按照 Su-Sb 合金相圖,合金的組織中主要有以 Sb 溶 于 Sn 中的 固溶體為軟基體和以 Sn-Sb 為基的有序固溶體 相為硬質(zhì)點。同 時,為了消除由于 相比重小而易上浮所造成的比重偏析,在合金中特地加 入 Cu 形成 C

20、n 6Sn 5。 Cn 6Sn 5在液體冷卻時最先結(jié)晶成樹枝狀晶體,能阻礙 上浮, 因而使合金獲得較均勻的組織。圖 10所示為巴氏合金的顯微組織,暗黑色基 體為軟的 相,白色方塊為硬的 相,而白色枝狀析出物則為 Cn 6Sn 5,它也起 硬質(zhì)點作用。這種軟基體硬質(zhì)點混合組織能保證軸承合金具有必要的強度、 塑性和韌性,以及良好的抗振減磨性能等等。圖 23、鉛基軸承合金 -x400 鉛基軸承合金 , 又稱鉛基巴氏合金。一種以鉛和銻為基的軸承合金。其室溫組 織為軟基體 固溶體(銻溶入鉛中的固深體上分布著硬質(zhì)點 相(鉛溶入銻中的固 溶體 。部分針狀為銅銻化合物(Cu2Sb 。為了提高強度、硬度和耐磨性

21、,通常加入 6%16%錫,為了防止比重偏析,常加入 1%2%銅。性能:鉛基軸承合金是鉛銻錫銅合金,它的硬度適中,磨合性好,摩擦系數(shù)稍 大,而韌性很低。用途:適用于澆注受震較小,載荷較輕或速度較慢的軸瓦。主要用于電纜、蓄 電池等。圖 24、錫基軸承合金 -鑄造 -x400 錫基軸承合金以元素 Sn為基礎(chǔ), 加入少量銻和銅組成的合金 (WSb =11%, WCu =6%,是一種軟基體硬質(zhì)點類型的軸承合金。顯微組織中暗黑色的為軟基體 相,是 Sb 在 Sn 中的固溶體;白色塊狀為硬質(zhì) 點 ' 相,是以 SbSn 為基的有序固溶體;組織中亮白色針狀及星形就是 Cu3Sn 或 Cu6Sn5化合物

22、 '相,也其硬質(zhì)點作用。性能:摩擦系數(shù)小,硬度適中,韌性較好,并有很好的磨合性,抗蝕性和導熱 性。用途:主要用于高速重載荷條件下工作的軸瓦 .圖 25、鋅基合金 -x400 相 鋅基軸承合金, 常用牌號 ZznA110-5和 1.5%銅、 9%鋁,余量為鋅。其室溫組織為軟基體 固溶體上分布著硬質(zhì)點 相。性能:具有一定的力學性能和優(yōu)良的耐磨性,但硬度較高,摩擦系數(shù)較大,線 膨脹系數(shù)較大。用途:主要用作壓強低于 2000Pa 、圓周線速率低于 3m/s的金屬切削機床、壓力 機、起重機、軋機的軸承。圖 26、 Tc4-退火 -x400 鈦合金 TC4材料的組成為 Ti-6Al-4V , (+

23、雙相鈦合金。白色條狀為 固溶體,條間黑色為 固溶體。 具有良好的綜合力學機械性能。比強度大。鈦合 金分三種, 鈦合金的切削加工性最好, +鈦合金次之, 鈦合金最差。 鈦合金代 號為 TA , 鈦合金代號為 TB , +鈦合金代號為 TC 。性能:TC4鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性、小的密度、高的比強度及較好的韌性和 焊接性,低溫性能好等一系列優(yōu)點。用途:在航空航天、石油化工、造船、汽車,醫(yī)藥等部門都得到成功的應(yīng)用。3.鑄鐵的顯微組織依照結(jié)晶過程中石墨化程度的不同,鑄鐵可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵和麻口 鑄鐵。白口鑄鐵具有萊氏體組織而沒有石墨,即全部碳均以滲碳體的形式存在; 灰口鑄鐵中沒有萊氏體,碳主要以

24、石墨的形式存在。因此,灰口鑄鐵的組織是由 鋼基體和石墨所組成,其性能也完全由基體和石墨兩方的特點來決定。麻口鑄鐵 的組織介于白口和灰口之間。 白口和麻口鑄鐵由于存在萊氏體, 具有較大的脆性, 在工業(yè)上較少應(yīng)用。在灰口鑄鐵中,由于石墨的強度和塑性幾乎等于零,可以把這種鑄鐵看成是 布滿裂紋或空洞的鋼。所以其抗拉強度與塑性遠比鋼低。且石墨數(shù)量越多,尺寸 越大或分布越不均勻,則對基體的削弱割裂作用越大,鑄鐵的性能也就越差。 根據(jù)石墨化第三階段發(fā)展程度的不同,灰口鑄鐵有三種不同的基體組織,即 鐵素體、珠光體+鐵素體和珠光體。鐵索體基體的鑄鐵韌性最好,而以珠光體為 基體的鑄鐵的抗拉強度最高。決定鑄鐵性能的

25、組織因素主要在石墨方面,其次是基體。按照石墨的形狀等特點,鑄鐵大致分以下幾種;1灰口鑄鐵 一般灰口鑄鐵中石墨呈粗大片狀。在鑄鐵澆注前往鐵水中加 入孕育劑增多石墨結(jié)晶核心時,石墨以細小片狀的形式分布,這種鑄鐵叫做孕育 鑄鐵。一般灰口鑄鐵的基體可以有鐵素體和珠光體十鐵素體、珠光體等三種。孕 育鑄鐵的基體多為珠光體。圖 27、 灰口鑄鐵的石墨分布 (未腐蝕 -x400 圖 28、灰口鑄鐵的組織(F -x400 鐵素體 圖 29、灰口鑄鐵的組織(P -x400 圖 30、灰口鑄鐵的組織 顯微組織:珠光體 +鐵素體 +片狀石墨,力學性能差解決方法:孕育處理。 由于在鑄造之前向鐵液中加入了孕育劑 (也稱變

26、質(zhì)劑 , 因此結(jié)晶時石墨晶核數(shù)目增多,石墨片尺寸變小,更為均勻的分布在基體中。 性能:灰鑄鐵有一定的強度,但塑性和韌性很低;有良好的減震性;有良好的 潤滑性能;還有良好的導熱性能;并且還有良好的鑄造性能,其流動性能良好,鑄 件不易產(chǎn)生開裂;較低的缺口敏感性和良好的切削加工性能。用途:有良好的減震性,用灰鑄鐵制作機器設(shè)備上的底座或機架等零件時, 能有效地吸收機器震動的能量。 鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件和薄壁鑄件, 如汽車的汽缸體、 汽缸蓋。2球墨鑄鐵 在鐵水中加入球化劑,澆注后石墨呈球形析出,因而大大 削弱了對基體的割裂作用, 使鑄鐵的性能顯著提高。 球墨鑄鐵的組織主要有鐵 素體基體和珠光體基體兩種。圖

27、 31、球墨鑄鐵的組織(未腐蝕 -x400 圖 32、球墨鑄鐵的組織(F -x400 圖 33、球墨鑄鐵的組織(P -x400 圖 34、球墨鑄鐵的組織(P+F -x400 球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨,有效地提高了鑄鐵的機械性 能,特別是提高了塑性和韌性,從而得到比碳鋼還高的強度。性能:高的強度、塑性、韌性、耐磨性、耐嚴重的熱和機械沖擊、耐高溫或 低溫、耐腐蝕以及尺寸穩(wěn)定性等。用途:應(yīng)用于負荷較大受力復(fù)雜的零件,如 P 基球鐵應(yīng)用于汽車,拖拉機的曲軸、連桿、凸輪等。還應(yīng)用于大型水壓機的工作缸、缸套及活塞。 F 基 的球鐵用于制造受壓閥門,汽車后橋殼等。3 可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵又稱展

28、性鑄鐵, 它是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火處理而得到。其中的石墨呈團絮狀,也顯著地減弱了對基體的割裂作用,因而使 鑄鐵的機械性能比普通灰口鑄鐵有明顯的提高。 可鍛鑄鐵分鐵素體基體和珠光 體基體兩種,但鐵素體基體的可鍛鑄鐵應(yīng)用較多。圖 19、 20為鐵素體基體和珠 光體基體的可鍛鑄鐵顯微組織。圖 35、可鍛鐵鑄的組織(未腐蝕 -x400 -x100 圖 36、可鍛鑄鐵的組織( 圖 37、可鍛鐵鑄的組織(P -x400 可鍛鑄鐵:白口鑄鐵通過石墨化或氧化脫碳可鍛化處理,改變其金相組織或成 分而獲得的有較高韌性的鑄鐵。性能:由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀,對基體的割裂作用較小 , 因此它的力學 性能比灰鑄鐵

29、高,塑性和韌性好,但可鍛鑄鐵并不能進行鍛壓加工?？慑戣T鐵的基 體組織不同,其性能也不一樣,其中黑心可鍛鑄鐵具有較高的塑性和韌性,而珠光 體可鍛鑄鐵具有較高的強度,硬度和耐磨性。應(yīng)用:黑心可鍛鑄鐵的強度、硬度低,塑性、韌性好,用于載荷不大、承受 較高沖擊、振動的零件。珠光體基體可鍛鑄鐵因具有高的強度、硬度,用于載荷 較高、耐磨損并有一定韌性要求的重要零件。 如石油管道、煉油廠管道和商用及民 用建筑的供氣和供水系統(tǒng)的管件。圖 38、鑄態(tài) -高磷鑄鐵 -x400 珠光體 +片狀石墨 +磷共晶?；w為片狀珠光體,灰色片狀為石墨,白色棱 角狀為磷共晶。磷共晶沿晶界分布,形似網(wǎng)孔。高倍放大,可以看到二元、

30、三 元磷共晶形態(tài)。前面已指出,鑄鐵的基體既然是鋼,所以照理鑄鐵和鋼一樣可以進行熱處 理。但一般來說,灰口鑄鐵由于石墨的割裂作用太大,改善基體對性能提高的 作用有限,所以熱處理的作用較小。但是對于球墨鑄鐵,熱處理則是很有實際 意義的,球墨鑄鐵常?？梢酝ㄟ^正火、調(diào)質(zhì)和等溫淬火等來進一步提高各種機 械性能。三 、 部 分 試 樣 的 處 理 方 法 四 、思考題1.合金鋼與碳鋼比較組織上有什么不同,性能上有什么差別,使用上有什 么優(yōu)越性 ?答:合金鋼是在碳鋼合金中特意加入一些合金元素所獲得的鋼。按合金元素質(zhì) 量分數(shù)不同可分為低合金鋼 (合金元素低于 5% 、中合金鋼 (合金元素 5%1 O% 、 高

31、合金鋼 (合金元素大于 10% ,還有其他的分類方法。對于低合金鋼由于加入合金 元素較少,鐵碳相圖雖發(fā)生了一些變動,但其平衡狀態(tài)的顯微組織與碳鋼的顯微組 織并沒有太大區(qū)別,低合金鋼熱處理后的顯微組織與碳鋼的顯微組織也沒有根本的 不同。但因加入了合金元素使 C 曲線右移 (Co除外 ,所以在相同的冷卻速度下,會 出現(xiàn)不同的金相組織,合金鋼更容易獲得馬氏體。合金鋼與碳鋼比較,在淬透性、力學性能、回火穩(wěn)定性等方面得到改善,還可提 高鋼的抗氧化性、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損等方面的性能。由于合金鋼的強度 提高了,在使用時可降低材料的使用量,減輕重量,降低成本。不同的合金鋼可以 應(yīng)用于高溫、腐蝕、磨損等

32、場合使用。2.為什么工業(yè)上的大構(gòu)件 (如大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子 和小型工件 (如小板牙 都必 須采用合金鋼制造 ?答:大型發(fā)電機組中的汽輪機轉(zhuǎn)子工作環(huán)境惡劣,要承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、 熱應(yīng)力,還要承受振動產(chǎn)生的附加應(yīng)力和沖擊載荷等,而且在高溫工作,還要考慮 材料的抗蠕變性能、抗腐蝕性能,等等。因此對轉(zhuǎn)子材料要具有良好的綜合機械性 能、強度高,韌性好。在鋼中加入一些合金元素可以提高材料的性能,滿足產(chǎn)品要 求。如加入 Cr 、 Mo 、 V 元素,可以提高鋼的淬透性增加鋼的強度,還可以提高鋼的 熱強性,耐高溫、抗腐蝕。所以都要選用合金鋼制造才能符合使用要求。小板牙是低速切削、形狀復(fù)雜的刃具,要求高硬度、

33、高耐磨性,還要求一定強韌性。在鋼中加入 Cr、W、Mn 等元素，使鋼的淬透性和耐磨性大大提高，耐熱性和 韌性也有所改善。而且加入了合金元素后，淬透性增加，油冷時就可得到馬氏體， 有利于減小變形，保證尺寸。所以選用合金鋼制造才能符合使用要求。 3軸承鋼為什么要用鉻鋼 ?為什么對其中的非金屬夾雜的限制要特別嚴格 ? 答: 鉻能提高淬透性，形成合金滲碳體 ，呈細密、均勻分布，提高鋼的 耐磨性，特別是疲勞強度，因此軸承鋼以鉻作為基本合金元素。軸承鋼中非金屬夾 雜物和碳化物的不均勻性對鋼的性能，尤其是對接觸疲勞強度影響很大，因為夾雜 物往往是接觸疲勞破壞的發(fā)源點，其危害程度與夾雜物的類型、數(shù)量、大小、形

34、狀 和分布有關(guān)。因此，軸承鋼對非金屬夾雜物限制特別嚴格。 4高速鋼 (W18Cr4V 的熱處理工藝是怎樣的 ?有何特點 ? 答：W18Cr4V高速鋼的優(yōu)良的熱硬性和高的耐磨性只有經(jīng)淬火及回火后才能獲得。 由于高速鋼中的碳化物類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，淬火溫度對碳化物的溶解有很多影響， 較低時，有的碳化物不能溶解，影響硬度和紅硬性。較高時M6C型碳化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn) 定的MC型碳化物，沿奧氏體晶界擴展成網(wǎng)狀，造成對高速鋼性能的破壞，而且還會 影響晶粒度及殘余奧氏體的含量，影響強度和韌性。 為了獲得良好的力學性能和高的紅硬性， 需選擇合理的淬火溫度， W18Cr4V高速 鋼的淬火溫度一般選擇在12701280。 淬火后的組織為馬氏體+碳化物+較大量的殘 余奧氏體，殘留奧氏體約有30。所以還要進行回火處理，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛?火馬氏體。在550570回火時，鋼的硬度、強度、塑性均有提高，析出特殊碳化物， 產(chǎn)生二次硬化，達到硬度和強度的最大值?；鼗饻囟纫话銥?60，因殘余奧氏體量 很多，一次回火處