[材料科学]第三章 铁碳合金和铁碳相图.ppt

第三章 铁碳合金和铁碳相图 组 元： 纯铁、渗碳体 基 本 相： 高温铁素体（δ）、 铁素体（α）、 奥氏体（γ） 基本组织： 珠光体（P）、 莱氏体（Le/Le’） 纯铁 亚共析钢用途实例 共析钢的应用举例 过共析钢应用举例 T12 钢 碳含量 1.2％ 碳含量对铁碳合金室温组织的影响 硬　　　度 强　　　度 Ｃ％↑, 亚共析钢中P增多而F减少。P的强度高。组织越细密, 则强度值越高。F的强度较低。所以亚共析钢的强度随Ｃ％↑而增大。 共析成分之上, 由于强度很低的Fe3CII沿晶界出现, 合金强度的增高变慢, 到约0.9%C时, Fe3CII沿晶界形成完整的网, 强度迅速降低, 随着碳质量分数的进一步增加, 强度不断下降, 到2.11%C后, 合金中出现Le时, 强度已降到很低的值。 再增加碳含量时, 由于合金基体都为脆性很高的Fe3C, 强度变化不大且值很低, 趋于Fe3C的强度(约20 MPa～30 MPa)。 塑　　　性 铁碳合金中Fe3C是极脆的相, 没有塑性。合金的塑性变形全部由F提供。所以随碳含量的增大, F量不断减少时, 合金的塑性连续下降。到合金成为白口铸铁时, 塑性就降到近于零值了。 §6 金属铸锭宏观组织 凝固后在铸造状态(或还要经过热处理)下使用的金属件称为铸件，凝固后还要经历塑性变形的金属件称为铸锭。 铸锭实际上是一个形状简单的铸件.具有很典型的铸态组织。铸锭剖面大致存在三个不同特征的区 铸锭三晶区：表面细晶粒区，柱状晶粒区，中心等轴区 柱状晶粒区 分枝少，晶质细密 晶粒粗大，各向异性 　　　　横向性能差；　　　　 柱状晶交界处有夹杂和气体 　　　　热加工时易开裂， 获得：大的温度梯度 　　　　单向散热，定向凝固 等轴晶粒区 晶界面积大，杂质分布分散 各晶粒位向不同，性能均匀，没有方向性； 枝晶彼此嵌人，没有脆弱面。 缺点是枝晶发达，树枝晶间液相凝固收缩留下很多分散孔洞(显微缩松)，因此凝固后全属组织不够致密。 获得：较低的浇注温度；孕育处理；机械振动、电磁搅拌 过共晶白口铁的平衡结晶过程 单相液体的冷却 共晶反应：剩余L→Le（γ+Fe3C） 共晶γ相析出Fe3CⅡ不可见 共析反应： Le（γ+Fe3C） → Le’（P+Fe3C） 匀晶反应： L→ Fe3C相 室温组织： Le’（P+Fe3C） + Fe3C 小结 a+Fe3CⅢ a+P P P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+Le’ Le’ Fe3C+Le’ 返回 　　硬度主要决定于组织中组成相或组织组成物的硬度和质量分数, 随碳含量的增加, 由于硬度高的Fe3C增多, 硬度低的F减少,合金的硬度呈直线关系增大, 由全部为F的硬度约80 HB增大到全部为Fe3C时的约800 HB。 含碳量对铁碳合金力学性能的影响 含碳量对铁碳合金力学性能的影响 返回 含碳量对铁碳合金力学性能的影响 一、Si 脱氧剂，（且强化F,提高淬透性） 但SiO2易成为非金属夹杂, ∴Si%0.5% Si+O2→SiO2 二、Mn 脱氧剂，除硫剂，（且强化F,提高淬透性），但MnO、MnS易成为非金属夹杂物, ∴Mn%0.8% M n+S→MnO Mn+S→MnS 不利作用：引起热脆,S％0.050%. 原因： FeS（Tm=1190℃）；(Fe+FeS)（Tm=989℃）；(Fe+FeS +FeO)（Tm=940℃）;锻造温度：1150-1250℃ 有利作用：提高切削加工性 三、S 3.5 钢中的杂质元素 四、P 不利作用：引起冷脆, P％0.045%。 （原因：固溶于F→钢强硬度↑，塑韧性↓↓） 有利作用：提高切削加工性,使弹片易碎等 五、 N、H、O 1. 一般情况下均是有害元素 N —— 时效形成氮化物→脆化 H —— 氢脆， 白点→塑韧性↓↓  O —— 形成氧化物 → 非金属夹杂 2. 控制方法： N —— 加入Al→AlN H —— 冶金时防止进入， 去氢退火 O —— 加脱氧剂 Si,Mn等 3.5 钢中的杂质元素 图3-6 铸件的宏观组织形成过程示意图 * §3.1 铁碳合金中的组元和基本相 §3.2 Fe-Fe3C相图 §3.3 典型合金的平衡结晶 §3.4 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 §3.5 钢中杂质元素对组织性能的影响 第三章 铁碳合金和铁碳相图 §3.1 铁碳