第三章材料的凝固純金屬的結(jié)晶合金的結(jié)晶鐵碳合金相圖凝固組織及其控制精選課件物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的過程稱為結(jié)晶。物質(zhì)由一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)相的過程稱為相變。因而結(jié)晶過程是相變過程。玻璃制品水晶精選課件3.1純金屬的結(jié)晶一.冷卻曲線與過冷度二.結(jié)晶的一般過程三.同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變精選課件3.1.1結(jié)晶的熱力學(xué)條件T0T1ΔT液體和晶體自由能隨溫度變化液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度以下開始結(jié)晶的現(xiàn)象稱過冷。理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差

T稱過冷度

T=T0–T1冷卻速度與過冷度大小有關(guān)，過冷度越大，冷速越大。精選課件純金屬都有一個(gè)理論結(jié)晶溫度T0(熔點(diǎn)或平衡結(jié)晶溫度)。在該溫度下,液體和晶體處于動(dòng)平衡狀態(tài).結(jié)晶只有在T0以下的實(shí)際結(jié)晶溫度下才能進(jìn)行。霧凇精選課件冷卻曲線與過冷1、冷卻曲線金屬結(jié)晶時(shí)溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線稱冷卻曲線。曲線上水平階段所對(duì)應(yīng)的溫度稱實(shí)際結(jié)晶溫度T1。曲線上水平階段是由于結(jié)晶時(shí)放出結(jié)晶潛熱引起的.

純金屬的冷卻曲線精選課件1、結(jié)晶的根本過程結(jié)晶由晶核的形成和晶核的長(zhǎng)大兩個(gè)根本過程組成.液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)那么的小原子團(tuán)，它們時(shí)聚時(shí)散，稱為晶胚。在T0以下,經(jīng)一段時(shí)間后(即孕育期),一些大尺寸的晶坯將會(huì)長(zhǎng)大，稱為晶核。3.1.2純金屬的結(jié)晶過程精選課件氣體、液體、晶體的結(jié)構(gòu)精選課件晶核形成后便向各方向生長(zhǎng)，同時(shí)又有新的晶核產(chǎn)生。晶核不斷形成，不斷長(zhǎng)大，直到液體完全消失。每個(gè)晶核最終長(zhǎng)成一個(gè)晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。精選課件2、晶核的形成方式形核有兩種方式，即均勻形核和非均勻形核。由液體中排列規(guī)那么的原子團(tuán)形成晶核稱均勻形核。以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱非均勻形核。非均勻形核更為普遍。均勻形核非均勻形核示意圖精選課件令精選課件

3、晶核的長(zhǎng)大方式晶核的長(zhǎng)大方式有兩種，即均勻長(zhǎng)大和樹枝狀長(zhǎng)大.均勻長(zhǎng)大樹枝狀長(zhǎng)大精選課件實(shí)際金屬結(jié)晶主要以樹枝狀長(zhǎng)大。是因存在負(fù)溫度梯度，且晶核棱角處散熱好，生長(zhǎng)快，先形成一次軸，一次軸產(chǎn)生二次軸…，樹枝間最后被填充。負(fù)溫度梯度精選課件樹枝狀長(zhǎng)大精選課件樹枝狀長(zhǎng)大的實(shí)際觀察精選課件樹枝狀長(zhǎng)大的實(shí)際觀察精選課件樹枝狀結(jié)晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶精選課件三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于相變之一—固態(tài)相變。鐵在固態(tài)冷卻過程中有兩次晶體結(jié)構(gòu)變化，其變化為：1394℃912℃-Fe?-Fe?-Fe物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象稱同素異純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變精選課件-Fe、-Fe為體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)，-Fe為面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)。都是鐵的同素異構(gòu)體。-Fe-Fe精選課件2、固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)⑴形核一般在某些特定部位發(fā)生〔如晶界、晶內(nèi)缺陷、特定晶面等〕。⑵由于固態(tài)下擴(kuò)散困難，因而過冷傾向大。⑶固態(tài)轉(zhuǎn)變伴隨著體積變化，易造成很大內(nèi)應(yīng)力。固態(tài)相變的晶界形核(Sn-0.5%Cu鑄態(tài)，255K)錫疫精選課件3.2合金的結(jié)晶一、二元相圖的建立二、二元相圖的根本類型與分析二元?jiǎng)蚓鄨D二元共晶相圖二元包晶相圖形成穩(wěn)定化合物的二元相圖具有共析反響的二元相圖二元相圖的分析步驟相圖與合金性能之間的關(guān)系精選課件合金的結(jié)晶過程比純金屬?gòu)?fù)雜，常用相圖進(jìn)行分析.相圖是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結(jié)晶過程的簡(jiǎn)明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。精選課件合金系是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金.組元是指組成合金的最簡(jiǎn)單、最根本、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)。多數(shù)情況下組元是指組成合金的元素。但對(duì)于既不發(fā)生分解、又不發(fā)生任何反響的化合物也可看作組元,如Fe-C合金中的Fe3C.Cu-Ni合金相圖L

成分（wt%Ni）溫度（℃）CuNi精選課件相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。根據(jù)組元數(shù),分為二元相圖、三元相圖和多元相圖.Fe-C二元相圖三元相圖精選課件3.2.1二元相圖的建立幾乎所有的相圖都是通過實(shí)驗(yàn)得到的，最常用的是熱分析法。精選課件二元相圖的建立步驟為：[以Cu-Ni合金(白銅)為例]1.配制不同成分的合金，測(cè)出各合金的冷卻曲線，找出曲線上的臨界點(diǎn)〔停歇點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)〕。2.將臨界點(diǎn)標(biāo)在溫度-成分坐標(biāo)中的成分垂線上。3.將垂線上相同意義的點(diǎn)連接起來，并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字和字母。精選課件相圖中，結(jié)晶開始點(diǎn)的連線叫液相線。結(jié)晶終了點(diǎn)的連線叫固相線。精選課件3.2.2二元相圖的根本類型與分析兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無限互溶時(shí)所構(gòu)成的相圖稱二元?jiǎng)蚓鄨D。以Cu-Ni合金為例進(jìn)行分析。1、二元?jiǎng)蚓鄨D精選課件相圖由兩條線構(gòu)成，上面是液相線，下面是固相線。相圖被兩條線分為三個(gè)相區(qū)，液相線以上為液相區(qū)L，固相線以下為固溶體區(qū)，兩條線之間為兩相共存的兩相區(qū)〔L+〕。

LL+

成分（wt%Ni）溫度（℃）CuNi液相線固相線精選課件⑴合金的結(jié)晶過程除純組元外，其它成分合金結(jié)晶過程相似，以Ⅰ合金為例說明。當(dāng)液態(tài)金屬自高溫冷卻到t1溫度時(shí)，開始結(jié)晶出成分為

1的固溶體，其Ni含量高于合金平均成分.精選課件精選課件隨溫度下降，固溶體重量增加，液相重量減少。同時(shí)，液相成分沿液相線變化，固相成分沿固相線變化。液固相線不僅是相區(qū)分界線,也是結(jié)晶時(shí)兩相的成分變化線；勻晶轉(zhuǎn)變是變溫轉(zhuǎn)變.這種從液相中結(jié)晶出單一固相的轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變或勻晶反響。精選課件⑵杠桿定律處于兩相區(qū)的合金，不僅由相圖可知道兩平衡相的成分，還可用杠桿定律求出兩平衡相的相對(duì)重量。現(xiàn)以Cu-Ni合金為例推導(dǎo)杠桿定律：①確定兩平衡相的成分：設(shè)合金成分為x，過x做成分垂線。在成分垂線相當(dāng)于溫度t的o點(diǎn)作水平線，其與液固相線交點(diǎn)a、b所對(duì)應(yīng)的成分x1、x2即分別為液相和固相的成分。12

t精選課件那么QL+Q=1QLx1+Qx2=x解方程組得式中的x2-x、x2-x1、x-x1即為相圖中線段xx2(ob)、x1x2(ab)、x1x(ao)的長(zhǎng)度。②確定兩平衡相的相對(duì)重量設(shè)合金的重量為1，液相重量為QL，固相重量為Q

.精選課件因此兩相的相對(duì)重量百分比為：兩相的重量比為：精選課件上式與力學(xué)中的杠桿定律完全相似，因此稱之為杠桿定律。即合金在某溫度下兩平衡相的重量比等于該溫度下與各自相區(qū)距離較遠(yuǎn)的成分線段之比。在杠桿定律中，杠桿的支點(diǎn)是合金的成分，杠桿的端點(diǎn)是所求的兩平衡相〔或兩組織組成物〕的成分.杠桿定律只適用于兩相區(qū)。例〔如圖〕精選課件合金的結(jié)晶只有在緩慢冷卻條件下才能得到成分均勻的固溶體。但實(shí)際冷速較快，結(jié)晶時(shí)固相中的原子來不及擴(kuò)散，使先結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高熔點(diǎn)元素〔如Cu-Ni合金中的Ni〕,⑶枝晶偏析后結(jié)晶的枝晶間含有較多的低熔點(diǎn)元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。精選課件在一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象稱作枝晶偏析。不僅與冷速有關(guān)，而且與液固相線的間距有關(guān)。冷速越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重.枝晶偏析會(huì)影響合金的力學(xué)、耐蝕、加工等性能.生產(chǎn)上常將鑄件加熱到固相線以下100-200℃長(zhǎng)時(shí)間保溫,以使原子充分?jǐn)U散、成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作擴(kuò)散退火。精選課件Cu-Ni合金的平衡組織與枝晶偏析組織平衡組織枝晶偏析組織精選課件2、二元共晶相圖當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶,并發(fā)生共晶反響時(shí)所構(gòu)成的相圖稱作共晶相圖。以Pb-Sn相圖為例進(jìn)行分析。Pb-Sn合金相圖成分（wt%Sn）溫度（℃）PbSn精選課件⑴相圖分析①相：相圖中有L、、三種相,

是溶質(zhì)Sn在

Pb中的固溶體，

是溶質(zhì)Pb在Sn中的固溶體。AB②相區(qū)：相圖中有:三個(gè)單相區(qū)：L、、；三個(gè)兩相區(qū)：

L+

、L+

、+；一個(gè)三相區(qū)：即水平線CED。精選課件④固溶線:溶解度點(diǎn)的連線稱固溶線.相圖中的CF、DG線分別為Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶線。③液固相線:液相線AEB,固相線ACEDB.A、B分別為Pb、Sn的熔點(diǎn).AB固溶體的溶解度隨溫度降低而下降。精選課件在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變稱作共晶轉(zhuǎn)變或共晶反響.⑤共晶線：水平線CED叫做共晶線。在共晶線對(duì)應(yīng)的溫度下(183

℃)，E點(diǎn)成分的合金同時(shí)結(jié)晶出C點(diǎn)成分的

固溶體和D點(diǎn)成分的

固溶體，形成這兩個(gè)相的機(jī)械混合物：LE?(

C+

D)AB精選課件共晶反響的產(chǎn)物，即兩相的機(jī)械混合物稱共晶體或共晶組織。發(fā)生共晶反響的溫度稱共晶溫度。代表共晶溫度和共晶成分的點(diǎn)稱共晶點(diǎn)。共晶體長(zhǎng)大示意圖

Sn原子擴(kuò)散Pb原子擴(kuò)散Pb-Sn共晶組織精選課件具有共晶成分的合金稱共晶合金。共晶線上，凡成分位于共晶點(diǎn)以左的合金稱亞共晶合金，位于共晶點(diǎn)以右的合金稱過共晶合金。凡具有共晶線成分的合金液體冷卻到共晶溫度時(shí)都將發(fā)生共晶反響。L+

CDAB精選課件⑵合金的結(jié)晶過程①含Sn量小于C點(diǎn)合金(Ⅰ合金)的結(jié)晶過程在2點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相

固溶體,這種直接從液相中結(jié)晶出的固相稱一次相或初生相..2精選課件溫度降到3點(diǎn)以下，固溶體被Sn過飽和，由于晶格不穩(wěn)，開始析出〔相變過程也稱析出〕新相—相。由已有固相析出的新固相稱二次相或次生相。形成二次相的過程稱二次析出,是固態(tài)相變的一種.H精選課件由于二次相析出溫度較低，一般十分細(xì)小。室溫下

Ⅱ的相對(duì)重量百分比為：由析出的二次

用

Ⅱ

表示。隨溫度下降，

和

相的成分分別沿CF線和DG線變化，

Ⅱ的重量增加。精選課件Ⅰ合金室溫組織為

+

Ⅱ

。成分大于D點(diǎn)合金結(jié)晶過程與Ⅰ合金相似,室溫組織為

+

Ⅱ。ABCDEFG精選課件②共晶合金的結(jié)晶過程液態(tài)合金冷卻到E點(diǎn)時(shí)同時(shí)被Pb和Sn飽和,發(fā)生共晶反響：LE?(C+D)。1’精選課件析出過程中兩相相間形核、互相促進(jìn)、共同長(zhǎng)大，因而共晶組織較細(xì),呈片、棒、點(diǎn)球等形狀.精選課件共晶組織形態(tài)

層片狀(Al-CuAl2定向凝固)條棒狀(Sb-MnSb橫截面)螺旋狀（Zn-Mg）Pb-Sn共晶組織精選課件共晶組織形態(tài)針狀共晶樹枝狀共晶放射狀共晶螺旋狀共晶精選課件在共晶轉(zhuǎn)變過程中，L、

、

三相共存,三個(gè)相的量在不斷變化，但它們各自成分是固定的。共晶組織中的相稱共晶相.共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，

和

相的相對(duì)重量百分比為：E(61.9)D(97.5)C(19.2)精選課件共晶結(jié)束后，隨溫度下降，

和

的成分分別沿CF線和DG線變化，并從共晶

中析出

Ⅱ，從共晶

中析出

Ⅱ，由于共晶組織細(xì),

Ⅱ與共晶

結(jié)合，

Ⅱ與共晶

結(jié)合，共晶合金的室溫組織仍為(

+

)共晶體。室溫下兩相的相對(duì)重量百分比是多少？Pb-Sn共晶合金組織精選課件③亞共晶合金(Ⅲ合金)的結(jié)晶過程合金液體在2點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到2點(diǎn)，固相成分變化到C點(diǎn)，液相成分變化到E點(diǎn),

此時(shí)兩相的相對(duì)重量為：精選課件在2點(diǎn)，具有E點(diǎn)成分的剩余液體發(fā)生共晶反響：L?(+)，轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織，共晶體的重量與轉(zhuǎn)變前的液相重量相等,即QE=QL反響結(jié)束后，在共晶溫度下、兩相的相對(duì)重量百分比為：精選課件溫度繼續(xù)下降，將從一次

和共晶

中析出

Ⅱ，從共晶

中析出

Ⅱ。其室溫組織為

Ⅰ+(

+

)+

Ⅱ。亞共晶合金的結(jié)晶過程精選課件④過共晶合金結(jié)晶過程與亞共晶合金相似,不同的是一次相為

,二次相為

Ⅱ室溫組織為

Ⅰ+(

+

)+

Ⅱ.精選課件Pb-Sn合金的結(jié)晶過程精選課件⑶組織組成物在相圖上的標(biāo)注組織組成物是指組成合金顯微組織的獨(dú)立局部。Ⅰ和Ⅰ,Ⅱ和Ⅱ,共晶體(+)都是組織組成物。相與相之間的差異主要在結(jié)構(gòu)和成分上。精選課件組織組成物之間的差異主要在形態(tài)上。如Ⅰ、Ⅱ和共晶的結(jié)構(gòu)成分相同，屬同一個(gè)相，但它們的形態(tài)不同，分屬不同的組織組成物。將組織組成物標(biāo)注在相圖中，可使所標(biāo)注的組織與顯微鏡下觀察到的組織一致。Pb-Sn亞共晶組織精選課件組織組成物在相圖上的標(biāo)注精選課件3、二元包晶相圖當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶，并發(fā)生包晶反響時(shí)所構(gòu)成的相圖稱作包晶相圖。以Pt-Ag相圖為例簡(jiǎn)要分析⑴相圖分析單相區(qū)：L、、β二相區(qū)：L+、L+、+三相區(qū)：L++〔水平線PDC〕精選課件在一定溫度下，由一個(gè)液相包著一個(gè)固相生成另一新固相的反響稱包晶轉(zhuǎn)變或包晶反響。水平線PDC稱包晶線，與該線成分對(duì)應(yīng)的合金在該溫度下發(fā)生包晶反響：LC+P?βD。該反響是液相L包著固相,新相β在L與α的界面上形核，并向L和兩個(gè)方向長(zhǎng)大。精選課件⑵合金的結(jié)晶過程①包晶成分合金：勻晶包晶二次析出。室溫組織為β+

II精選課件②PD成分合金：勻晶包晶二次析出。室溫組織為

+βII+β+

II精選課件③DC成分合金：勻晶包晶勻晶二次析出室溫組織為β+

II。精選課件4、形成穩(wěn)定化合物的二元相圖穩(wěn)定化合物是指在熔化前不發(fā)生分解的化合物(如Mg-Si系的Mg2Si和Fe-C系的Fe3C)。其成分固定，在相圖中是一條垂線(代表一個(gè)單相區(qū))。垂足是其成分,頂點(diǎn)是其熔點(diǎn),結(jié)晶過程同純金屬.分析這類相圖時(shí)，可把穩(wěn)定化合物當(dāng)作純組元看待，將相圖分成幾個(gè)局部進(jìn)行分析.精選課件相的過程。共析轉(zhuǎn)變也是固態(tài)相變。最常見的共析轉(zhuǎn)變是鐵碳合金中的珠光體轉(zhuǎn)變:

S?

P+Fe3C。5、具有共析反響的二元相圖共析反響(共析轉(zhuǎn)變)是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時(shí)析出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固(

—奧氏體，

—鐵素體，F(xiàn)e3C—滲碳體)精選課件⒈分清相圖中包括哪些根本類型相圖⒉確定相區(qū)3.分析典型合金的結(jié)晶過程 6、二元相圖的分析步驟精選課件Fe-Fe3C相圖⒉確定相區(qū)⑴相區(qū)接觸法那么：相鄰兩個(gè)相區(qū)的相數(shù)差為1⑵單相區(qū)確實(shí)定①液相線以上為液相區(qū);精選課件②靠純組元的封閉區(qū)是以該組元為基單相固溶體區(qū);③

相圖中的垂線可能是穩(wěn)定化合物(單相區(qū))，也可能是相區(qū)分界線；④

相圖中部出現(xiàn)的成分可變的單相區(qū)是以化合物為基的單相固溶體區(qū)；⑤

相圖中每一條水平線必定與三個(gè)單相區(qū)點(diǎn)接觸。精選課件⑶兩相區(qū)確實(shí)定：兩個(gè)單相區(qū)之間夾有一個(gè)兩相區(qū)，該兩相區(qū)的相由兩相鄰單相區(qū)的相組成。⑷三相區(qū)確實(shí)定:二元相圖中的水平線是三相區(qū)，其三個(gè)相由與該三相區(qū)點(diǎn)接觸的三個(gè)單相區(qū)的相組成。精選課件恒溫下由一個(gè)固相同時(shí)析出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的新固相。

?

+

共析反應(yīng)恒溫下由一個(gè)液相包著一個(gè)固相生成另一個(gè)新的固相。L

+

?

包晶反應(yīng)恒溫下由一個(gè)液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的新固相。L?

+

共晶反應(yīng)說明反應(yīng)式圖形特征反應(yīng)名稱常見三相等溫水平線上的反響精選課件⑴作出典型合金冷卻曲線示意圖二元合金冷卻曲線的特征是:①在單相區(qū)和兩相區(qū)冷卻曲線為一斜線。⒊分析典型合金的結(jié)晶過程精選課件②由一個(gè)相區(qū)進(jìn)入另一相區(qū)時(shí),冷卻曲線出現(xiàn)拐點(diǎn):a.由相數(shù)少的相區(qū)進(jìn)入相數(shù)多的相區(qū)曲線向右拐;b.由相數(shù)多的相區(qū)進(jìn)入相數(shù)少的相區(qū)曲線向左拐。③發(fā)生三相等溫轉(zhuǎn)變時(shí)，冷卻曲線呈一水平臺(tái)階。

精選課件⑵分析合金結(jié)晶過程①畫出組織轉(zhuǎn)變示意圖。②計(jì)算各相、各組織組成物相對(duì)重量百分比：a.在單相區(qū)，合金由單相組成，相的成分、重量即合金的成分、重量。精選課件b.

在兩相區(qū)，兩相的成分隨溫度沿各自的相線變化,各相和各組織組成物的相對(duì)重量可由杠桿定律求出.合金成分為杠桿的支點(diǎn)，相或組織組成物的成分為杠桿的端點(diǎn)。c.

在三相區(qū)，三個(gè)相成分固定，重量不斷變化，杠桿定律不適用。合金成分相1成分相2成分相1重量相2重量合金成分組織1成分組織2成分組織1重量組織2重量??????精選課件7、相圖與合金性能之間的關(guān)系⑴相圖與合金力學(xué)性能、物理性能的關(guān)系①兩相機(jī)械混合物的合金:性能與合金成分呈直線關(guān)系，是兩相性能的算術(shù)平均值，如：

混=

?Q

+

β?Qβ

HB混=HB

?Q

+HBβ?Qβ(Q

、Qβ為兩相相對(duì)重量)精選課件②單相固溶體的合金：性能隨成分呈曲線變化，隨溶質(zhì)含量增加，σ、HB、

增加，塑性下降。③形成穩(wěn)定化合物的合金：性能-成分曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。精選課件⑵相圖與鑄造性能的關(guān)系①固溶體合金液固相線間距大、偏析傾向大,樹枝晶興旺,流動(dòng)性降低,補(bǔ)縮能力下降,分散縮孔增加.②共晶合金結(jié)晶溫度低,流動(dòng)性好，縮孔集中，偏析小，鑄造性能好。精選課件第三節(jié)鐵碳合金相圖鐵碳合金—碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用最廣的合金。含碳量為0.0218%~2.11%的稱鋼含碳量為2.11%~6.69%的稱鑄鐵。精選課件鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它們都可以作為純組元看待。含碳量大于Fe3C成分〔6.69%〕時(shí)，合金太脆，已無實(shí)用價(jià)值。實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe-Fe3C相圖。FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)→精選課件鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最根本的工具，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論根底,是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù).精選課件一、鐵碳合金的組元和相碳在δ-Fe中的固溶體稱δ-鐵素體，用δ

表示。

都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在727℃時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多面體晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體⒈組元：Fe、Fe3C⒉相⑴鐵素體：碳在

-Fe中的固溶體稱鐵素體,用F

或

表示。

精選課件⑵奧氏體:碳在

-Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或

表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148℃時(shí)最大為2.11%。組織為不規(guī)那么多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在區(qū)進(jìn)行.碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體精選課件⑶滲碳體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強(qiáng)度低，脆性大，塑性幾乎為零。Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),該反響對(duì)鑄鐵有重要意義。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體精選課件二、鐵碳合金相圖的分析⒈特征點(diǎn)?????LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

6.69精選課件⒉特征線⑴液相線—ABCD，固相線—AHJECF⑵三條水平線：HJB：包晶線LB+δH?

J

ECF：共晶線LC?

E+Fe3C共晶產(chǎn)物是

與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作萊氏體,用Le表示。為蜂窩狀,以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體精選課件PSK：共析線

S?FP+Fe3C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是

與Fe3C的機(jī)械混合物,稱作珠光體，用P表示。珠光體L+δL+

L+Fe3Cδ+

+Fe3C

+

F+Fe3C珠光體的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。PSK線又稱A1線。A1精選課件⑶其它相線GS,GP—

?

固溶體轉(zhuǎn)變線,GS又稱A3

線.HN,JN—δ?

固溶體轉(zhuǎn)變線，ES—碳在

-Fe中的固溶線。又稱Acm線。PQ—碳在

-Fe中的固溶線。AcmA3精選課件⑶三個(gè)三相區(qū)：即HJB(L+

+

)、ECF(L+

+Fe3C)、PSK(

+

+Fe3C)三條水平線⒊相區(qū)⑴五個(gè)單相區(qū)：L、

、

、

、Fe3C

⑵七個(gè)兩相區(qū):L+

、L+

、L+Fe3C、

+

、

+Fe3C、

+

、

+Fe3C精選課件三、典型合金的平衡結(jié)晶過程⑵鋼(0.0218~2.11%C)高溫組織為單相奧氏體

①亞共析鋼(0.0218~0.77%C)②共析鋼(0.77%C)③過共析鋼(0.77~2.11%C)鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：⑴工業(yè)純鐵(<0.0218%C)組織為單相鐵素體。工業(yè)純鐵精選課件⑶白口鑄鐵(2.11~6.69%C)鑄造性能好,硬而脆①亞共晶白口鑄鐵(2.11~4.3%C)②共晶白口鑄鐵(4.3%C)③過共晶白口鑄鐵(4.3~6.69%C)精選課件工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程

合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

，3-4點(diǎn)間

→

，5-6點(diǎn)間

→

。到7點(diǎn)，從

中析出Fe3C。NSJBH

L+

+

+

精選課件工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程

精選課件

隨溫度下降，F(xiàn)e3CⅢ量不斷增加,合金的室溫下組織為F+Fe3CⅢ。室溫下Fe3CⅢ最大量為:

從鐵素體中析出的滲碳體稱三次滲碳體，用Fe3CⅢ表示。

Fe3CⅢ以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。精選課件㈡共析鋼的結(jié)晶過程

合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

,到S點(diǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：

S?

P+Fe3C,

全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。精選課件共析鋼的結(jié)晶過程精選課件珠光體在光鏡下呈指紋狀.變結(jié)束時(shí)，珠光體中相的相對(duì)重量百分比為：珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。S點(diǎn)以下，共析

中析出Fe3CⅢ，與共析Fe3C結(jié)合不易分辨。室溫組織為P.Q珠光體精選課件室溫下，珠光體中兩相的相對(duì)重量百分比是多少？Q43219精選課件㈢亞共析鋼的結(jié)晶過程0.09~0.53%C亞共析鋼冷卻時(shí)發(fā)生包晶反響.以0.45%C的鋼為例合金在4點(diǎn)以前通過勻晶—包晶—?jiǎng)蚓Х错懭哭D(zhuǎn)變?yōu)?。?點(diǎn)，由中析出。到5點(diǎn),成分沿GS線變到S點(diǎn)，發(fā)生共析反響轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。溫度繼續(xù)下降，中析出Fe3CⅢ，由于與共析Fe3C結(jié)合,且量少,忽略不計(jì).

+Fe3CⅢGSPABJH精選課件亞共析鋼的結(jié)晶過程精選課件S’共析溫度下相的相對(duì)重量為：組織組成物的相對(duì)重量為：

精選課件室溫下相的相對(duì)重量為：室溫下組織組成物的相對(duì)重量為：S’利用平衡組織中珠光體所占的面積百分比，可以近似估算亞共析鋼的含碳量:

C%=P面積%×0.77%(忽略

中含碳量，P面積%=QP)精選課件亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.0218~0.77%C范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織精選課件㈣過共析鋼的結(jié)晶過程

合金在1~2點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

,到3點(diǎn),開始析出Fe3C。從奧氏體中析出的Fe3C稱二次滲碳體,用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈網(wǎng)狀分布.溫度下降,Fe3CⅡ量增加。到4點(diǎn)，

成分沿ES線變化到S點(diǎn)，余下的

轉(zhuǎn)變?yōu)镻。在共析溫度下Fe3CⅡ的相對(duì)量？精選課件過共析鋼的結(jié)晶過程精選課件過共析鋼室溫組織為P+Fe3CⅡ。Fe3CⅡ量隨含碳量而增加,含碳量為2.11%時(shí),Fe3CⅡ量最大：含1.4%C鋼的組織精選課件室溫下兩相的相對(duì)重量百分比：室溫下兩組織組成物相對(duì)重量百分比:12345S’精選課件㈤共晶白口鐵的結(jié)晶過程液相冷卻到C點(diǎn)發(fā)生共晶反響全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體Le,Le是共晶與共晶Fe3C的機(jī)械混合物，呈蜂窩狀。Fe3C

精選課件共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，兩相的相對(duì)重量百分比為:C點(diǎn)以下,

成分沿ES線變化，共晶

將析出Fe3CⅡ.

Fe3CⅡ與共晶Fe3C

結(jié)合，不易分辨。1’2

Fe3C精選課件溫度降到2點(diǎn),成分到達(dá)0.77%,此時(shí),相的相對(duì)重量:在2點(diǎn),共晶發(fā)生共析反響，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由P與Fe3C組成的共晶體稱低溫萊氏體,用Le’表示.

2點(diǎn)以下，共晶體中珠光體的變化同共析鋼。S精選課件共晶白口鐵的結(jié)晶過程精選課件共晶白口鐵室溫組織為L(zhǎng)e’(P+Fe3C),它保存了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)特征。室溫下兩相的相對(duì)重量百分比為:精選課件㈥亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程合金在1~2點(diǎn)間析出

。到2點(diǎn)，液相成分變到C點(diǎn)，并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。2~3點(diǎn)間從

中析出Fe3CⅡ,一次

的Fe3CⅡ被共晶

襯托出來。到3點(diǎn)，

轉(zhuǎn)變?yōu)镻.精選課件亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程精選課件亞共晶白口鐵室溫組織為P+Fe3CⅡ+Le’。室溫下組織組成物相對(duì)重量百分比為：ECFD1234N室溫下相的相對(duì)重量百分比?精選課件㈦過共晶白口鐵的結(jié)晶過程1~2點(diǎn)間從液相中析出Fe3C,這種滲碳體稱一次滲碳體，用Fe3CⅠ表示，呈粗條片狀。到2點(diǎn)，余下的液相成分變到C點(diǎn)并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。DFK3Fe3C124精選課件2點(diǎn)以下,Fe3CⅠ成分重量不再變化,Le變化同共晶合金,其室溫組織為Fe3CⅠ+Le’。精選課件組織組成物與相組成物標(biāo)注區(qū)別主要在

+Fe3C和㈧組織組成物在鐵碳合金相圖上的標(biāo)注

+Fe3C

+Fe3C

+Fe3C兩個(gè)相區(qū).

+Fe3C相區(qū)中有四個(gè)組織組成物區(qū),

+Fe3C相區(qū)中有七個(gè)組織組成物區(qū).精選課件FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+

L+

F

ALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LeLeLe+Fe3CⅠLe’+Fe3CⅠLe’P+Fe3CⅡ+Le’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%溫度精選課件㈨含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響⒈含碳量對(duì)室溫平衡組織的影響含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：鋼鐵素體

亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白口鑄鐵二次滲碳體工業(yè)純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼鐵分類組織組成物相對(duì)量%相組成物相對(duì)量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體精選課件滲碳體不易受硝酸酒精溶液的腐蝕，在顯微鏡下呈白亮色。它的顯微個(gè)組織形態(tài)很多，可呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀或板狀。滲碳體的大小、形態(tài)和分布對(duì)鋼的性能有很大影響。一次滲碳體：Fe3C直接從液體中結(jié)晶出來，呈板條狀分布。二次滲碳體：Fe3C從奧氏體中析出，并沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀分布。三次滲碳體：Fe3C從鐵素體中析出，并沿鐵素體晶界呈薄片狀分布。精選課件共晶滲碳體萊氏體中的滲碳體。共析滲碳體珠光體中的滲碳體。上述滲碳體并無本質(zhì)區(qū)別，其含碳量、晶體結(jié)構(gòu)和本身的性質(zhì)均相同。精選課件⒉含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降.0.77%C時(shí),組織為100%P,鋼的性能即P的性能。＞0.9%C，F(xiàn)e3CⅡ?yàn)榫Ы邕B續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C，組織中有以Fe3C為基的Le’合金太脆.精選課件⒊含碳量對(duì)工藝性能的影響①切削性能:中碳鋼適宜②可鍛性能:低碳鋼好③焊接性能:低碳鋼好④鑄造性能:共晶鑄鐵好⑤熱處理性能:第六章介紹鑄造焊縫組織模鍛切削加工的基本形式車刨鉆銑磨精選課件第四節(jié)凝固組織及其控制1、晶粒度表示晶粒大小的尺度叫晶粒度?？捎镁Я５钠骄娣e或平均直徑表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等級(jí)來表示晶粒大小。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分八級(jí)，一級(jí)最粗，八級(jí)最細(xì)。通過100