机械工程材料教学课件作者封金祥第4章.ppt

４.３　典型合金结晶过程分析 过共晶白口铸铁的室温显微组织如图４－１４所示，图中白色条状为一次渗碳体，基体组织为低温莱氏体。所有过共晶白口铸铁的结晶过程和组织均相似，只是合金成分越接近Ｃ点共晶成分，室温组织中莱氏体量越多，一次渗碳体量越少。 各典型合金以液态冷却到室温的组织如图４－１５所示，直观地反映出了各合金在不同温度下的状态。 上一页 返回 ４.４　含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 ４.４.１　含碳量对铁碳合金力学性能的影响 铁素体硬度、强度低，但塑性好。渗碳体硬而脆，亚共析钢随含碳量增加，珠光体量增加。由于珠光体的强化作用，钢的强度、硬度升高，但塑性、韧性下降。 当含碳量达到０.７７％ 时， 组织中１００％为珠光体，钢的性能即珠光体的性能。当含碳量大于０.９０％以后，过共析钢中的二次渗碳体在奥氏体晶界形成连续网状，使室温组织中有网状Ｆｅ３ＣⅡ，因而强度下降，但硬度直线上升。 下一页 返回 ４.４　含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 当含碳量大于２.１１％时，组织中出现以渗碳体为基体的莱氏体，此时合金出现脆性，并且随着含碳量增加，脆性增大，因此白口铸铁在工业上很少使用。含碳量对钢力学性能的影响如图４－１６所示。 ４.４.２　含碳量对铁碳合金工艺性能的影响 （１）切削加工性能。中碳钢的切削加工性能较好，含碳量过低（０.１０％ ～０.２５％），不易断屑，同时不能得到良好的加工表面；含碳量过高，硬度升高，对刀具磨损严重，不利于切削。一般来说，钢的硬度在１７０～２５０ＨＢ时，切削加工性最佳。 上一页 下一页 返回 ４.４　含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 （２）可锻性。低碳钢塑性好，有利于锻造（轧制）。随着含碳量的增加，可锻性变差。由于奥氏体塑性好，易变形，一般锻造、热轧都在奥氏体区进行，但在这个区域内开锻（开轧）温度不能过高，以免钢材过烧，而终锻（终轧）温度不宜太低，以免产生裂纹。 （３）铸造性。共晶成分合金结晶温度低、流动性好，适宜铸造。远离共晶成分合金，液、固相线间距大，凝固过程中易出现树枝状晶体，阻碍后续液体充满型腔，使铸造性变差，容易形成分散缩孔和偏析 （４）焊接性。钢的塑性越好，焊接性就越好，所以低碳钢比高碳钢焊接性好。 （５）热处理性。含碳量对钢的几种热处理都有影响，将在后续章节中介绍。 上一页 返回 ４.５　Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图的应用 ４.５.１　作为选用钢铁材料的依据 铁碳合金相图所表示的成分、组织和性能的规律为钢材的选用提供了依据。例如，制造要求塑性、韧性好，而强度不太高的构件，如铆钉、螺钉、螺帽、轴承套和轴承垫等，可选用含碳量较低的钢；要求强度、塑性、韧性都比较好的构件，如轴、齿轮、丝杠和活塞等，可选用含碳量适中的钢；各种工具要求硬度高、耐磨性好，则应选用含碳量较高的钢。 下一页 返回 ４.５　Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图的应用 ４.５.２　制定铸、锻和热处理等热加工工艺的依据 （１）在铸造上。根据Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图的液相线可以找出不同成分的铁碳合金的熔点，从而确定合适的熔化、浇注温度。从相图上可以看出钢的熔化与浇注温度比铸铁高，还可以看出靠近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低，而且凝固温度区间较小，故具有良好的铸造性能，这类合金适宜铸造，所以在铸造生产中获得了广泛应用。 （２）在锻造上。由于奥氏体塑性好，有利于塑性变形，因此钢材轧制或锻造的温度范围选择在单一奥氏体区。 上一页 下一页 返回 ４.５　Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图的应用 （３）在热处理工艺上。Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图是选择各种热处理加热温度的依据，具体方法将在第６章详细讨论。 铁碳合金相图虽然得到了广泛应用，但仍有一定的局限性。应用相图时还需考虑其他合金元素、杂质及生产中加热和冷却速度快慢等因素对相图的影响，应用时还需借助其他知识和参照其他相图进行准确分析。 上一页 返回 图４－１　铁的冷却曲线及固态下的晶体结构 返回 表４－１　铁碳合金中基本组成物的力学性能 返回 图４－２　Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图 返回 图４－３　简化后的Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图 返回 表４－２　铁碳合金相图的特征点 返回 表４－３　铁碳合金分类 返回 图４－４　共析钢的冷却曲线及组织转变示意图 返回 图４－５　亚共析钢（ｗＣ ＝０.４５）的冷却曲线及组织转变示意图 返回 图４－６　亚共析钢的室温显微组织 返回 图４－７　过共析钢的冷却曲线及组织转变示意图 返回 图４－８　过共析钢显微组织 返回 图４－９　共晶白口铸铁的冷却曲线及组织转变示意图 返回 图４－１０　共晶白口铸铁的显微组织 返回 图４－１１　亚共晶白口铸铁的冷却曲线及组织转变示意图 返回 图４－１２　亚共晶白口铸铁的显微组织 返回 图４－１３　过共晶白口铸铁的冷却曲线及组织转变示意图 返回 图４－１４　过共晶白口铸铁的室温显微组织 返回 图４－１５　以