鋼的組織ppt課件

1、1 鋼中的顯微組織1.1 鐵基固溶體鐵在加熱和冷卻過(guò)程中產(chǎn)生如下的多型性轉(zhuǎn)變：-Fe -Fe -Fe常見(jiàn)的金屬構(gòu)造有：面心立方構(gòu)造表示為A1或fcc如： -Fe ，Al體心立方構(gòu)造表示為A2或bcc如： -Fe密排六方構(gòu)造表示為A3或hcp如：Mg 圖1.1 面心立方構(gòu)造常見(jiàn)的的屬于面心立方的金屬有-Fe、Al 、Cu 、Ni,面心立方構(gòu)造中有4個(gè)滑移面，3個(gè)滑移方向，可構(gòu)成12個(gè)滑移系，所以面心立方金屬有較高的塑性，這就是Al具有很好的塑性的緣由。另外，熱加工普通選擇在奧氏體面心立方形狀下進(jìn)展，由于奧氏體塑性好，有利于塑性變形。 圖1.2 體心立方構(gòu)造常見(jiàn)的屬于體心立方構(gòu)造的金屬是-Fe，體

2、心立方的非密排面也是滑移面，有48個(gè)滑移系。但是體心立方金屬塑性不一定強(qiáng)于面心立方，由于非密排面滑移過(guò)程中所受阻力較大。 圖1.3 密排六方構(gòu)造常見(jiàn)的屬于密排六方的金屬有Mg、Zn，密排六方的滑移系僅有3個(gè)，由于滑移系太少，密排立方晶體的塑性不如面心立方和體心立方好。固溶體：溶質(zhì)原子溶入金屬構(gòu)造，并且堅(jiān)持金屬原有的構(gòu)造不變，構(gòu)成的物質(zhì)稱(chēng)為固溶體。鐵素體F：C原子溶入-Fe中構(gòu)成的固溶體稱(chēng)為鐵素體。根據(jù)固溶體的定義，鐵素體仍堅(jiān)持著-Fe的晶體構(gòu)造，所以鐵素體是體心立方構(gòu)造。奧氏體A)：C原子溶入-Fe中構(gòu)成的固溶體稱(chēng)為奧氏體。奧氏體是面心立方構(gòu)造。馬氏體M：C原子在-Fe中構(gòu)成過(guò)飽和固溶體稱(chēng)為馬

3、氏體，馬氏體是體心構(gòu)造。亞共析成分的奧氏體經(jīng)過(guò)先共析析出構(gòu)成鐵素體。這部分鐵素體稱(chēng)為先共析鐵素體隨構(gòu)成條件不同，先共析鐵素體具有不同形狀，如等軸形、沿晶形、紡形、鋸齒形和針狀等。鐵素體還是珠光體組織的基體。在碳鋼和低合金鋼的熱軋正火和退火組織中，鐵素體是主要組成相；鐵素體的強(qiáng)度、硬度不高，但具有良好的塑性與韌性 。1.2 鐵素體 圖1.4等軸塊狀鐵素體圖1.5 針狀鐵素體b)PFPFM/AM/AM/AAF20mma)PFPFAF圖1.6 多邊形鐵素體奧氏體是普通鋼在高溫下的組織，其存在有一定的溫度和成分范圍。有些淬火鋼能使部分奧氏體保管到室溫，這種奧氏體稱(chēng)殘留奧氏體。奧氏體是一種塑性很好，強(qiáng)度

4、較低的固溶體，具有一定韌性。 圖1.7 奧氏體組織1.3 奧氏體馬氏體最初是在鋼中、高碳鋼中發(fā)現(xiàn)的：將鋼加熱到一定溫度構(gòu)成奧氏體后經(jīng)迅速冷卻淬火，得到的能使鋼變硬、加強(qiáng)的一種淬火組織。馬氏體組織硬而脆，普通分為板條馬氏體和片狀馬氏體。 板條狀馬氏體是低碳鋼,馬氏體時(shí)效鋼，不銹鋼等鐵系合金構(gòu)成的一種典型的馬氏體組織，因其單元立體外形為板條狀，故稱(chēng)板條狀馬氏體。片狀馬氏體那么常見(jiàn)于高，中碳鋼，每個(gè)馬氏體晶體的厚度與徑向尺寸相比很小其斷面外形呈針片狀，故稱(chēng)片狀馬氏體或針狀馬氏體。普通當(dāng)Wc1.0%時(shí)，那么幾乎全為片狀馬氏體；當(dāng)Wc=0.3%-1.0%時(shí)，為板條馬氏體和片狀馬氏體的混合物 1.4 馬氏

5、體圖1.8 板條馬氏體圖1.9 片狀馬氏體鋼中馬氏體最主要的特性之一是高強(qiáng)度和高硬度。馬氏體的硬度主要決議于它的碳含量，合金元素的影響較小。隨著碳含量的添加，馬氏體的硬度急劇增高。引起馬氏體高強(qiáng)度和高硬度的緣由主要有以下幾個(gè)方面：1馬氏體點(diǎn)陣為碳所固溶強(qiáng)化；2馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中晶粒得到細(xì)化；3位錯(cuò)密度添加；4馬氏體變形時(shí)有時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)飽和固溶的分解，析出新相，從而阻止位錯(cuò)挪動(dòng)。鋼中的貝氏體普通是由鐵素體和碳化物組成的非層片狀組織。按照組織形狀的不同，貝氏體普通分為上貝氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體。在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)對(duì)于共析碳鋼大約為550220，在接近珠光體轉(zhuǎn)變溫度550 稍下的較高溫度區(qū)域內(nèi)構(gòu)

6、成的貝氏體是上貝氏體。在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，在接近馬氏體轉(zhuǎn)變溫度對(duì)于共析鋼為220 稍上的較低溫度區(qū)域內(nèi)構(gòu)成下貝氏體。1.5 貝氏體上貝氏體，金相組織呈羽毛狀，脆性，硬度較高 ，普通要防止產(chǎn)生上貝氏體。上貝氏體多呈羽毛狀特征，光鏡下分辨不清楚鐵素體與滲碳體兩相，滲碳體分布在鐵素體條之間，碳含量低時(shí)，碳化物沿條間呈不延續(xù)的粒狀或鏈珠狀分布，碳含量高時(shí)，碳化物呈桿狀甚至延續(xù)狀分布。電鏡下:條狀鐵素體大致平行，鐵素體條間分布與鐵素體軸相平行的細(xì)條狀滲碳體，鐵素體條內(nèi)有較高的位錯(cuò)密度，為一束大致平行的自?shī)W氏體晶界長(zhǎng)入奧氏體晶內(nèi)的鐵素體。 圖1.10 上貝氏體典型的下貝氏體是由含碳過(guò)飽和的片狀鐵素體和

7、其內(nèi)部沉淀的碳化物組成的機(jī)械混合物。下貝氏體的空間形狀呈雙凸透鏡狀，與試樣磨面相交呈片狀或針狀；下貝氏體具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性，硬度和耐磨性也很高，缺口敏感性和脆性轉(zhuǎn)變溫度較低，是一種理想的淬火組織，具有很高的適用價(jià)值。因此，以獲得這種組織為目的的等溫淬火工藝，在消費(fèi)中得到了廣泛的運(yùn)用。 圖1.11 下貝氏體粒狀貝氏體普通是在低、中碳合金鋼中存在,它是稍高于其典型上貝氏體構(gòu)成溫度下構(gòu)成的。圖1.12 粒狀貝氏體2 鐵碳相圖鐵碳相圖表示穩(wěn)定系Fe-C系或亞穩(wěn)系Fe-Fe3C系在不同碳含量、溫度形狀下所呈現(xiàn)的相之間的平衡，它提供了鋼鐵資料在鑄造、熱加工和熱處置時(shí)的重要根據(jù)。鐵碳相圖是典型二元合金相圖的綜

8、合表現(xiàn)方式。它以合金的化學(xué)成分為橫坐標(biāo), 以溫度為縱坐標(biāo), 表示不同化學(xué)成分的合金, 在不同溫度下合金的顯微組織形狀對(duì)合金性能影響的變化規(guī)律。此圖為簡(jiǎn)化的Fe-Fe3C相圖，去掉了高溫階段1538發(fā)生的包晶反響，由于鐵合金在軋制和熱處置過(guò)程中普通不涉及該反響。鐵碳相圖的物理意義記憶鐵碳相圖, 可將它分解為三個(gè)根本的二元合金相圖即二元包晶相圖、二元共晶相圖和二元共析相圖, 然后弄清相圖中五個(gè)根本相及其位置、重要的特征點(diǎn)S、E 、C、F和特征線的物理意義, 那么鐵碳合金中任一成分的合金, 在確定的溫度下處于何種相形狀或組織形狀, 它在溫度變化時(shí), 能夠發(fā)生哪些相變, 便能一目了然了。根據(jù)Fe-Fe

9、3C相圖中獲得的不同組織特征，將鐵碳合金按含碳量劃分為7種類(lèi)型。工業(yè)純鐵，(c)0.0218%共析鋼， (c)=0.77%亞共析鋼，0.0218% (c) 0.77%過(guò)共析鋼，0.77% (c) 2.11%共晶白口鑄鐵， (c) =4.3%亞共晶白口鑄鐵，2.11% (c) 4.3%過(guò)共晶白口鑄鐵，4.3% (c) 6.69%圖1工業(yè)純鐵的顯微組織 300工業(yè)純鐵的室溫組織為鐵素體F圖2共析鋼的顯微組織片狀珠光體共析鋼在溫度727，發(fā)生共析反響AF+Fe3C,轉(zhuǎn)變終了后奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，它是鐵素體與滲碳體的層片交替重疊的機(jī)械混合物。珠光體的片層間距隨冷卻速度增大而減小，珠光體層片越細(xì)，其

10、強(qiáng)度越高，韌性和塑性也好。假設(shè)片狀珠光體經(jīng)球化退火處置，共析滲碳體可呈球狀分布在鐵素體的基體上，稱(chēng)為球狀體素體。球狀體素體的強(qiáng)度比層片狀珠光體低，但塑性、韌性比其好。圖2球狀珠光體圖3亞共析鋼的室溫組織亞合金鋼的室溫組織由先共析鐵素體和珠光體組成F+P圖(4)過(guò)共析鋼室溫組織a硝酸酒精浸蝕，白色網(wǎng)狀相為二次滲碳體，暗黑色為珠光體b苦味酸鈉浸蝕，黑色為二次滲碳體，淺白色為珠光體過(guò)共析鋼室溫組織為網(wǎng)狀二次滲碳體和珠光體圖5共晶白口鑄鐵的室溫組織白色基體是共晶滲碳體，黑色部分是由共晶奧氏體轉(zhuǎn)變而來(lái)的珠光體共晶合金在1148發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：LA+Fe3C圖6亞共晶白口鑄鐵在室溫下的組織深黑色的樹(shù)枝狀組成

11、體是珠光體，其他為變態(tài)萊氏體樹(shù)枝狀的大塊黑色組成體是由先共晶奧氏體轉(zhuǎn)變的珠光體，其他部分為變態(tài)萊氏體。圖(7)過(guò)共晶白口鑄鐵冷卻到室溫后的組織白色條片是一次滲碳體，其他為變態(tài)萊氏體過(guò)共晶白口鑄鐵的室溫組織為一次滲碳體和變態(tài)萊氏體，其中一次滲碳體不是以樹(shù)枝狀方式生長(zhǎng)，而是以條狀形狀生長(zhǎng)3 鋼的熱處置鋼的熱處置是指采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬資料或工件進(jìn)展加熱、保溫暖冷卻以獲得預(yù)期的組織構(gòu)造與性能的工藝，它與鋼的合金化是兩種相輔相成的改善鋼鐵資料性能的方法。常用熱處置工藝有：退火、正火、淬火、回火以及外表化學(xué)熱處置。3.1 C曲線C曲線過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線是表示不同溫度下過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間

12、關(guān)系的曲線。 要了解鋼經(jīng)過(guò)熱處置后的組織轉(zhuǎn)變，必需掌握C曲線的相關(guān)知識(shí)。以及C曲線與鐵碳相圖之間的區(qū)別。鐵碳相圖上沒(méi)有表現(xiàn)出時(shí)間要素的影響。它所表達(dá)的內(nèi)容, 是在溫度變化極其緩慢、時(shí)間趨于無(wú)限長(zhǎng)時(shí)的組織轉(zhuǎn)變結(jié)果。所以, 它表示的是一種平衡形狀, 因此鐵碳相圖又稱(chēng)作鐵碳平衡形狀圖。相圖中的各個(gè)相均為平衡相, 僅與化學(xué)成分和溫度有關(guān)。所以說(shuō)鐵碳相圖描畫(huà)的是理想形狀下的組織，實(shí)踐消費(fèi)實(shí)際中要根據(jù)C曲線確定室溫組織。 C曲線是以時(shí)間為橫坐標(biāo)、以溫度為縱坐標(biāo)而制出的實(shí)驗(yàn)曲線。該曲線表示某確定成分的鐵碳合金在加熱到單相奧氏體組織形狀后, 冷卻速度不同時(shí)更確切地說(shuō)是以不同的冷卻速度冷卻至某確定溫度下時(shí) ,

13、過(guò)冷奧氏體將需用多長(zhǎng)時(shí)間、轉(zhuǎn)變?yōu)楹畏N組織形狀。應(yīng)該留意, 鋼的曲線是鋼的固有特性的表現(xiàn), 僅與鋼的化學(xué)成分有關(guān)。每一種確定成分的鋼都有它本人的曲線, 不同成分的鋼那么有不同的曲線。圖3.1 共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線圖3.2 X70鋼延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線C曲線左邊一條曲線表示反響開(kāi)場(chǎng)線，右邊一條為反響終了線。鼻尖溫度以上區(qū)域?yàn)橹楣怏w轉(zhuǎn)變區(qū)，鼻尖溫度以下為貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。根據(jù)共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線，可知共析鋼要淬火構(gòu)成馬氏體組織其冷卻速度必需大于臨界冷卻速度Vk，所以共析鋼要淬火得到馬氏體組織必需進(jìn)展水冷。采用爐冷或空冷后的組織為珠光體組織，采用油冷所得到的組織為貝氏體和馬氏體。圖3.3 共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變圖反映了過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的規(guī)律，是制定等溫?zé)崽幹霉に嚨母鶕?jù)。然而，實(shí)踐消費(fèi)中的熱處置大多數(shù)采用延續(xù)冷卻的方式，雖然此時(shí)也可以利用等溫轉(zhuǎn)變圖來(lái)分析過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程，但這種分析只是粗略的，有時(shí)甚至?xí)贸鲥e(cuò)誤的結(jié)果，因此建立延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖是非常必要的。圖3.4 共析鋼延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線只需高溫區(qū)的的珠光體轉(zhuǎn)變和低溫區(qū)的馬氏體轉(zhuǎn)變，而無(wú)中溫區(qū)的貝氏體轉(zhuǎn)變。圖中的橫