第7碳相圖和鐵碳合金

1、圖 鐵碳相圖鐵碳相圖和鐵碳合金鐵碳相圖和鐵碳合金 鐵碳相圖鐵碳相圖&鐵碳相圖是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，對(duì)于鋼鐵材料的應(yīng)用鐵碳相圖是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，對(duì)于鋼鐵材料的應(yīng)用以及熱加工和熱處理工藝的制訂也具有重要的指導(dǎo)意義。以及熱加工和熱處理工藝的制訂也具有重要的指導(dǎo)意義。&鐵碳合金中的碳有兩種存在形式：滲碳體鐵碳合金中的碳有兩種存在形式：滲碳體Fe3C和石墨。和石墨?，F(xiàn)在，我們首先僅研究鐵到滲碳體的部分。這不僅簡(jiǎn)化了我現(xiàn)在，我們首先僅研究鐵到滲碳體的部分。這不僅簡(jiǎn)化了我們對(duì)鐵們對(duì)鐵-碳二元系的認(rèn)識(shí)難度，而且由于實(shí)際使用的金屬合碳二元系的認(rèn)識(shí)難度，而且由于實(shí)際使用的金屬合金其含碳量一般不

2、超過(guò)金其含碳量一般不超過(guò)5%，所以先來(lái)重點(diǎn)研究，所以先來(lái)重點(diǎn)研究Fe-Fe3C相圖相圖也是必要的也是必要的 。1.鐵碳合金中的組元及相鐵碳合金中的組元及相&鐵碳相圖的組元為純鐵和碳。鐵碳相圖的組元為純鐵和碳。&鐵碳相圖中的相有碳在鐵中形成的固溶體鐵素體（鐵碳相圖中的相有碳在鐵中形成的固溶體鐵素體（F）、）、奧氏體（奧氏體（A）、高溫鐵素體（）、高溫鐵素體（）和鐵與碳形成的間隙化合）和鐵與碳形成的間隙化合物滲碳體（物滲碳體（Fe3C）。）。圖 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（1）純鐵）純鐵 純鐵在從液相冷卻到固相過(guò)程中會(huì)發(fā)生以下相變：L -Fe (15381394C) -Fe(1394912

3、 C) -Fe(912 C ) 鐵的同素異形體： -Fe(BCC) -Fe(FCC) -Fe(BCC) 碳原子溶解在-Fe(低溫相)和-Fe(高溫相)中形成的固溶體，為bcc結(jié)構(gòu)。Fe原子位于點(diǎn)陣的結(jié)點(diǎn)上，而碳原子固溶到晶格的八面體間隙中。相的強(qiáng)度、硬度較低，但塑性和韌性較好。一般用F或表示。 碳原子溶解在-Fe中形成的固溶體為fcc結(jié)構(gòu)。Fe原子位于點(diǎn)陣的結(jié)點(diǎn)上，而碳原子固溶到晶格的八面體間隙中。一般用A或 表示。（2）鐵的固溶體）鐵的固溶體（3）滲碳體）滲碳體&滲碳體滲碳體wc=6.69%，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為1227，滲碳體不發(fā)生同素，滲碳體不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變；異晶轉(zhuǎn)變；230以下時(shí)有

4、弱以下時(shí)有弱鐵磁性，硬度很高鐵磁性，硬度很高（9501050HV），而塑性和），而塑性和韌性幾乎為零。韌性幾乎為零。&滲碳體是一個(gè)獨(dú)立的相。滲碳體是一個(gè)獨(dú)立的相。因其性能又脆又硬，沒(méi)有單因其性能又脆又硬，沒(méi)有單獨(dú)用它做為組織使用，而是獨(dú)用它做為組織使用，而是多與鐵素體或奧氏體共同組多與鐵素體或奧氏體共同組成雙相組織。成雙相組織。圖 滲碳體結(jié)構(gòu)示意圖 滲碳體滲碳體滲碳體(Fe3C)：是鐵和碳的化合物，含碳量為6.69。熔點(diǎn)為1227C，硬度很高(約為HB800)，脆性大，塑性很低。在一定溫度下能分解為石墨狀的游離碳。：從液態(tài)合金中結(jié)晶析出的共晶深碳體。其形態(tài)呈粗大較規(guī)則的板片狀。：從奧氏

5、體中析出的滲碳體稱之為二此滲碳體，一般在奧氏體晶界呈網(wǎng)狀分布。：從-Fe中析出的滲碳體，沿奧氏體晶界分布，呈片狀。（2）鐵的固溶體）鐵的固溶體晶格類(lèi)型晶格類(lèi)型最大含碳量最大含碳量性質(zhì)性質(zhì)鐵素體鐵素體（F）體心立方體心立方0.0218%室溫下鐵素體的性室溫下鐵素體的性能與純鐵相似。能與純鐵相似。奧氏體奧氏體（A）面心立方面心立方2.11%奧氏體具有良好的奧氏體具有良好的塑性、韌性和一定塑性、韌性和一定的強(qiáng)度、硬度。的強(qiáng)度、硬度。高溫鐵素體高溫鐵素體（ ）體心立方體心立方0.09%2.Fe-Fe3C相圖分析相圖分析圖 鐵碳相圖符符號(hào)號(hào)溫度溫度/ 含碳含碳量量/%含義含義A15380純鐵的熔點(diǎn)純鐵的

6、熔點(diǎn) B14950.53包晶轉(zhuǎn)變時(shí)包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的液態(tài)合金的成分成分 C11480.43共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) D12276.69Fe3C的熔點(diǎn)的熔點(diǎn) E11482.11碳在碳在 -Fe中中的最大溶解的最大溶解度度 F11486.69Fe3C的成分的成分 G9120與與同素異同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A3) 鐵碳相圖中的特征點(diǎn)鐵碳相圖中的特征點(diǎn)圖 鐵碳相圖符符號(hào)號(hào)溫度溫度/ 含碳含碳量量/%含義含義H14950.09碳在碳在-Fe中的最大中的最大溶解度溶解度 J14950.17包晶點(diǎn)包晶點(diǎn) K11486.69Fe3C的成分的成分 N13940與與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)變點(diǎn)(A4) P7270.021

7、8碳在碳在-Fe中的最中的最大溶解度大溶解度 S7270.77共析點(diǎn)共析點(diǎn) Q室溫室溫 0.0008室溫下碳在室溫下碳在-Fe中的溶解度中的溶解度 鐵碳相圖中的特征點(diǎn)（續(xù)）鐵碳相圖中的特征點(diǎn)（續(xù)）圖 鐵碳相圖特性特性線線 含含 義義 ABCD鐵碳合金的液相線鐵碳合金的液相線AHJECF鐵碳合金的固相線鐵碳合金的固相線HJBLB+ AJECFLCAE+Fe3C共晶轉(zhuǎn)變線共晶轉(zhuǎn)變線 GS奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開(kāi)始線奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開(kāi)始線 ES碳在奧氏體中的溶解度線碳在奧氏體中的溶解度線 PSKAs Fp+Fe3C 共析轉(zhuǎn)變線共析轉(zhuǎn)變線 PQ碳在鐵素體中的溶解度線碳在鐵素體中的溶解度線 鐵碳相圖中

8、的特征線鐵碳相圖中的特征線圖 鐵碳相圖JCHBL01495恒溫轉(zhuǎn)變線恒溫轉(zhuǎn)變線HJB&含碳量在含碳量在0.09%0.53%之間的合金冷之間的合金冷卻到卻到1495時(shí)，均要發(fā)生包晶反應(yīng)，形時(shí)，均要發(fā)生包晶反應(yīng)，形成奧氏體。成奧氏體。 &含碳量為含碳量為0.17%的鐵碳合金，在包晶的鐵碳合金，在包晶反應(yīng)終了時(shí)，反應(yīng)終了時(shí)，相與液相同時(shí)耗盡，變相與液相同時(shí)耗盡，變?yōu)閱蜗鄪W氏體。為單相奧氏體。&含碳量為含碳量為0.090.17%的鐵碳合金，在的鐵碳合金，在包晶反應(yīng)終了時(shí)，有多余的包晶反應(yīng)終了時(shí)，有多余的，隨后通，隨后通過(guò)通素異構(gòu)轉(zhuǎn)變變?yōu)閵W氏體。過(guò)通素異構(gòu)轉(zhuǎn)變變?yōu)閵W氏體。&

9、;含碳量為含碳量為0.170.53%的鐵碳合金，在的鐵碳合金，在包晶反應(yīng)終了時(shí)，有多余的液相，隨后包晶反應(yīng)終了時(shí)，有多余的液相，隨后冷卻過(guò)程中結(jié)晶成為奧氏體。冷卻過(guò)程中結(jié)晶成為奧氏體。圖 鐵碳相圖CFeLECC311480恒溫轉(zhuǎn)變線恒溫轉(zhuǎn)變線ECF& 萊氏體（又稱高溫萊萊氏體（又稱高溫萊氏體）共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，氏體）共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，用符號(hào)用符號(hào)“Ld”表示。表示。&變態(tài)萊氏體（又稱低溫變態(tài)萊氏體（又稱低溫萊氏體）是由珠光體、二萊氏體）是由珠光體、二次滲碳體和共晶滲碳體組次滲碳體和共晶滲碳體組成，用符號(hào)成，用符號(hào)“Ld”表示。表示。圖 鐵碳相圖圖 共晶白口鑄鐵平衡組織CFeLECC

10、311480恒溫轉(zhuǎn)變線恒溫轉(zhuǎn)變線PSK&珠光體是鐵素體和滲碳珠光體是鐵素體和滲碳體兩相的混合物，是共析體兩相的混合物，是共析反應(yīng)的產(chǎn)物，用符號(hào)反應(yīng)的產(chǎn)物，用符號(hào)“P”表示。表示。&珠光體是一種雙相組織。珠光體是一種雙相組織。一般情況下，兩相呈層片一般情況下，兩相呈層片狀分布，強(qiáng)度較高、硬度狀分布，強(qiáng)度較高、硬度適中、有一定塑性。適中、有一定塑性。CFePCS37270 圖 鐵碳相圖圖 共析鋼的室溫組織 CFePCS37270 ES、PQ、GS線線&ES線是碳在奧氏體中的溶解度線是碳在奧氏體中的溶解度曲線。含碳量大于曲線。含碳量大于0.77%的合金，的合金，從從1148冷

11、到冷到727的過(guò)程中，將的過(guò)程中，將自?shī)W氏體中析出滲碳體，這種滲碳自?shī)W氏體中析出滲碳體，這種滲碳體稱為二次滲碳體體稱為二次滲碳體(Fe3CII)。&PQ線是碳在鐵素體中的溶解度線是碳在鐵素體中的溶解度曲線。鐵碳合金由曲線。鐵碳合金由727冷卻到室冷卻到室溫的過(guò)程中，鐵素體中會(huì)有滲碳體溫的過(guò)程中，鐵素體中會(huì)有滲碳體析出，這種滲碳體稱為三次滲碳體析出，這種滲碳體稱為三次滲碳體(Fe3CIII)。&GS線是冷卻過(guò)程中，奧氏體向線是冷卻過(guò)程中，奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線；或者說(shuō)是加鐵素體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線；或者說(shuō)是加熱過(guò)程中，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的熱過(guò)程中，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線（具有同素

12、異晶轉(zhuǎn)變的純金終了線（具有同素異晶轉(zhuǎn)變的純金屬，其固溶體也具有同素異晶轉(zhuǎn)變，屬，其固溶體也具有同素異晶轉(zhuǎn)變，但其轉(zhuǎn)變溫度有變化）。但其轉(zhuǎn)變溫度有變化）。圖 鐵碳相圖A AD DC CE EF FS SQ QP PG GK K1 15 53 38 81 12 22 27 71 11 14 48 87 72 27 79 91 12 26 60 00 00 06 6. .6 69 94 4. .3 32 2. .1 11 10 0. .7 77 70 0. .0 02 21 18 8L LA A + + F Fe e3 3C CL L+ +A AA AF F + + F Fe e3 3C CF FF

13、 F+ +A AF Fe e( (F Fe e3 3C C) )T TL LF Fe e3 3C CWc / %簡(jiǎn)化后的Fe-Fe3C相圖2.典型鐵碳合金的平衡凝固典型鐵碳合金的平衡凝固（1）共析鋼）共析鋼 共析鋼凝固過(guò)程示意圖（2）亞共析鋼）亞共析鋼亞共析鋼凝固過(guò)程示意圖 20、45和60鋼的室溫組織 （3）過(guò)共析鋼）過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼凝固過(guò)程示意圖 過(guò)共析鋼光學(xué)顯微組織照片 （4）共晶白口鑄鐵）共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵的凝固過(guò)程示意圖 圖 共晶白口鑄鐵的光學(xué)顯微組織照片（5）亞共晶白口鑄鐵）亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵的凝固過(guò)程示意圖 亞共晶白口鑄鐵的光學(xué)顯微組織照片（6）過(guò)共晶白口鑄鐵）過(guò)

14、共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵的凝固過(guò)程示意圖 過(guò)共晶白口鑄鐵的光學(xué)顯微組織照片按組織分區(qū)的鐵碳合金相圖 APAFAP+AFe3CIIAP+LdLLdLLA+AFe3CIIAP+LdLLdLFe3CIL+LdLLd計(jì)算含碳量為計(jì)算含碳量為3.0%的鐵碳合金在室溫下組織組成物的質(zhì)量百的鐵碳合金在室溫下組織組成物的質(zhì)量百分比。分比。LA2.113.04.30LdFe3CIIP0.77 2.116.69%6 .40%10011. 230. 411. 20 . 3%dL%46%)6 .401 (77. 069. 611. 269. 6%P碳和雜質(zhì)元素對(duì)碳鋼組織和性能的影響碳和雜質(zhì)元素對(duì)碳鋼組織和性能的影響

15、含碳量與Fe-Fe3C合金相組成物相對(duì)量、組織組成物相對(duì)量的關(guān)系 1.碳的影響碳的影響含碳量對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響&在在C%1%后，隨含碳量的后，隨含碳量的增加，鋼的硬度增加，但強(qiáng)度、增加，鋼的硬度增加，但強(qiáng)度、塑性、韌性降低，這是因?yàn)樗苄浴㈨g性降低，這是因?yàn)镕e3C成連續(xù)網(wǎng)狀分布，進(jìn)一步成連續(xù)網(wǎng)狀分布，進(jìn)一步破壞了鐵素體基體之間的連接破壞了鐵素體基體之間的連接作用所造成。作用所造成。思考題思考題u1.如何用簡(jiǎn)單的方法鑒別低碳鋼和鑄鐵如何用簡(jiǎn)單的方法鑒別低碳鋼和鑄鐵?u2.鋼鉚釘為什么一般用低碳鋼制成鋼鉚釘為什么一般用低碳鋼制成?u3.為什么鋼適宜用于壓力成形為什么鋼適宜用于壓力成形,而

16、鑄鐵適宜用于鑄造成形而鑄鐵適宜用于鑄造成形?u4.大家唱的大家唱的“比鐵還硬比鐵還硬,比鋼還強(qiáng)比鋼還強(qiáng)”能不能改成能不能改成“比鋼還硬比鋼還硬,比鐵還強(qiáng)比鐵還強(qiáng)”? ?&錳在鋼中的存在也屬于有益元素，它與氧有較強(qiáng)的親合錳在鋼中的存在也屬于有益元素，它與氧有較強(qiáng)的親合力，具有較好的脫氧能力，在煉鋼時(shí)作為脫氧劑加入。力，具有較好的脫氧能力，在煉鋼時(shí)作為脫氧劑加入。&另外錳與硫的親合力很強(qiáng)，在鋼液中與硫形成另外錳與硫的親合力很強(qiáng)，在鋼液中與硫形成MnS，起，起到去硫作用，大大的消除了硫的有害影響。到去硫作用，大大的消除了硫的有害影響。&鋼中的含錳量一般為鋼中的含錳量一般為0.

17、250.80%，它一部分溶入鐵素體，它一部分溶入鐵素體起到固溶強(qiáng)化作用，提高鐵素體的強(qiáng)度，錳還可溶入滲碳體起到固溶強(qiáng)化作用，提高鐵素體的強(qiáng)度，錳還可溶入滲碳體形成合金滲碳體（形成合金滲碳體（Fe，Mn）3C，使鋼具有較高的強(qiáng)度；，使鋼具有較高的強(qiáng)度；&另一部分錳與硫形成另一部分錳與硫形成MnS，與氧形成，與氧形成MnO，這些非金屬，這些非金屬夾雜物大部分進(jìn)入爐渣。夾雜物大部分進(jìn)入爐渣。2.錳的影響錳的影響&硅在鋼中的存在屬于有益元素，由于它與氧有很大的親硅在鋼中的存在屬于有益元素，由于它與氧有很大的親合力，具有很好地脫氧能力。在煉鋼時(shí)作為脫氧劑加入，合力，具有很好地脫氧能力。在

18、煉鋼時(shí)作為脫氧劑加入，Si+2FeO=2Fe+SiO2,硅與氧化鐵反應(yīng)生成二氧化硅（硅與氧化鐵反應(yīng)生成二氧化硅（SiO2）非金屬夾雜物，一般大部分進(jìn)入爐渣，消除了非金屬夾雜物，一般大部分進(jìn)入爐渣，消除了FeO的有害作的有害作用。但如果它以?shī)A雜物形式存在于鋼中，將影響鋼的性能。用。但如果它以?shī)A雜物形式存在于鋼中，將影響鋼的性能。&碳鋼中的含硅量一般碳鋼中的含硅量一般Si%0.4%，它大部分溶入鐵素體，它大部分溶入鐵素體，起固溶強(qiáng)化作用，提高鐵素體的強(qiáng)度，而使鋼具有較高的強(qiáng)起固溶強(qiáng)化作用，提高鐵素體的強(qiáng)度，而使鋼具有較高的強(qiáng)度。度。3.硅的影響硅的影響&硫在鋼中是有害的雜質(zhì)。硫在鋼

19、中是有害的雜質(zhì)。&液態(tài)時(shí)液態(tài)時(shí)Fe、S能夠互溶，固態(tài)時(shí)能夠互溶，固態(tài)時(shí)Fe幾乎不溶解硫，而與硫形成熔點(diǎn)幾乎不溶解硫，而與硫形成熔點(diǎn)為為1190的化合物的化合物FeS。形成的共。形成的共晶體（晶體（r-Fe+FeS）以離異共晶形式）以離異共晶形式分布在分布在r-Fe晶界處。晶界處。&若將含有硫化鐵共晶體的鋼加若將含有硫化鐵共晶體的鋼加熱到軋制、鍛造溫度時(shí)，共晶體熔熱到軋制、鍛造溫度時(shí)，共晶體熔化，進(jìn)行軋制或鍛造時(shí)，鋼將沿晶化，進(jìn)行軋制或鍛造時(shí)，鋼將沿晶界開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱為鋼的界開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱為鋼的“熱脆熱脆”或或“紅脆紅脆”。4.硫的影響硫的影響圖 Fe-S相圖&磷在鋼

20、中的存在一般屬于磷在鋼中的存在一般屬于有害元素。有害元素。&在在1049時(shí)，磷在時(shí)，磷在Fe中的中的最大溶解度可達(dá)最大溶解度可達(dá)2.55%，在室，在室溫時(shí)溶解度仍在溫時(shí)溶解度仍在1%左右，因左右，因此磷具有較高的固溶強(qiáng)化作此磷具有較高的固溶強(qiáng)化作用，使鋼的強(qiáng)度、硬度顯著用，使鋼的強(qiáng)度、硬度顯著提高，但也使鋼的塑性，韌提高，但也使鋼的塑性，韌性劇烈降低，特別是使鋼的性劇烈降低，特別是使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇升高，這脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇升高，這種現(xiàn)象稱為冷脆。種現(xiàn)象稱為冷脆。 5.磷的影響磷的影響圖 Fe-P相圖6.氮的影響氮的影響圖 Fe-N相圖&氮在鋼中的存在一般認(rèn)為是有害元素。氮在

21、鋼中的存在一般認(rèn)為是有害元素。&N在在中的最大溶解度在中的最大溶解度在650為為2.8%N，在，在中的最大中的最大溶解度在溶解度在590約為約為0.1%N,而在室溫時(shí)的溶解度很小低于而在室溫時(shí)的溶解度很小低于0.001%N，因此將鋼由高溫快速冷卻后，可得到溶氮過(guò)飽和，因此將鋼由高溫快速冷卻后，可得到溶氮過(guò)飽和的鐵素體。這種溶氮過(guò)飽和的鐵素體是不穩(wěn)定的，在室溫長(zhǎng)的鐵素體。這種溶氮過(guò)飽和的鐵素體是不穩(wěn)定的，在室溫長(zhǎng)時(shí)間放置時(shí)時(shí)間放置時(shí)N將以將以Fe4N的形式析出，使鋼的強(qiáng)度、硬度升高，的形式析出，使鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性降低，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化。塑性、韌性降低，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬

22、化。&為了減輕氮的有害作用，就必須減少鋼中的含氮量或加為了減輕氮的有害作用，就必須減少鋼中的含氮量或加入入Al、V、Nb、Ti等元素，使它們優(yōu)先形成穩(wěn)定的氮化物，等元素，使它們優(yōu)先形成穩(wěn)定的氮化物，以減小氮所造成的時(shí)效敏感性。以減小氮所造成的時(shí)效敏感性。7.氫的影響氫的影響&氫在鋼中的存在也是有害元素，它是由潮濕的煉鋼原料氫在鋼中的存在也是有害元素，它是由潮濕的煉鋼原料和爐氣而進(jìn)入鋼中的。和爐氣而進(jìn)入鋼中的。&氫在鋼中的溶解度甚微，但嚴(yán)重的影響鋼的性能，氫溶氫在鋼中的溶解度甚微，但嚴(yán)重的影響鋼的性能，氫溶入鐵中形成間隙固溶體，使鋼的塑性大大降低，脆性大大升入鐵中形成間隙

23、固溶體，使鋼的塑性大大降低，脆性大大升高，這種現(xiàn)象稱為氫脆。高，這種現(xiàn)象稱為氫脆。&含有較多氫的鋼，在加熱熱軋時(shí)溶入，冷卻時(shí)溶解度降含有較多氫的鋼，在加熱熱軋時(shí)溶入，冷卻時(shí)溶解度降低，析出的氫結(jié)合成氫分子，使鋼的塑性大大降低，脆性大低，析出的氫結(jié)合成氫分子，使鋼的塑性大大降低，脆性大大升高，加上熱軋時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)它們的綜合作用力大大升高，加上熱軋時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)它們的綜合作用力大于鋼的時(shí)，在鋼中就會(huì)產(chǎn)生許多微細(xì)裂紋如頭發(fā)絲一樣，也于鋼的時(shí)，在鋼中就會(huì)產(chǎn)生許多微細(xì)裂紋如頭發(fā)絲一樣，也稱發(fā)裂，這種組織缺陷稱為白點(diǎn)。稱發(fā)裂，這種組織缺陷稱為白點(diǎn)。8.氧的影響氧的影響&氧在鋼中的

24、存在也是有害元素，由于煉鋼是一個(gè)氧化過(guò)氧在鋼中的存在也是有害元素，由于煉鋼是一個(gè)氧化過(guò)程，氧在鋼液中起到去除雜質(zhì)的積極作用，但在隨后的脫氧程，氧在鋼液中起到去除雜質(zhì)的積極作用，但在隨后的脫氧過(guò)程中不能完全將它除凈，氧在鋼中的溶解度很小，在過(guò)程中不能完全將它除凈，氧在鋼中的溶解度很小，在700時(shí)為時(shí)為0.008%，在，在500時(shí)在鐵素體中的溶解度時(shí)在鐵素體中的溶解度0.001%。&氧溶入鐵素體一般降低鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性，氧在鋼氧溶入鐵素體一般降低鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性，氧在鋼中主要以氧化物方式存在，如（中主要以氧化物方式存在，如（FeO、Fe203、Fe304、MnO、SiO2、Al2O

25、3等），所以它對(duì)鋼的性能的影響主要取決于這等），所以它對(duì)鋼的性能的影響主要取決于這些氧化物的性能，數(shù)量、大小和分布等。些氧化物的性能，數(shù)量、大小和分布等。4.4.3 合金鑄件的組織與缺陷合金鑄件的組織與缺陷&鑄件從宏觀組織來(lái)看，可分為激冷晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和等鑄件從宏觀組織來(lái)看，可分為激冷晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和等軸晶區(qū)。軸晶區(qū)。&鑄件主要的宏觀缺陷有縮孔、縮松、氣泡、裂紋、偏析鑄件主要的宏觀缺陷有縮孔、縮松、氣泡、裂紋、偏析等。等。1.鑄錠（件）的三晶區(qū)鑄錠（件）的三晶區(qū)圖 鑄錠組織的形成&鑄件凝固后宏觀組織具有鑄件凝固后宏觀組織具有三個(gè)性質(zhì)、晶體形態(tài)不同的三個(gè)性質(zhì)、晶體形態(tài)不同

26、的三個(gè)區(qū)域：三個(gè)區(qū)域：&激冷區(qū)激冷區(qū)&柱狀晶區(qū)柱狀晶區(qū)&等軸晶區(qū)等軸晶區(qū)2.偏析偏析& 合金凝固時(shí)，隨著結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行，在液、固相中的溶合金凝固時(shí)，隨著結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行，在液、固相中的溶質(zhì)要發(fā)生重新分布。在非平衡凝固條件下，凝固速度比較快，質(zhì)要發(fā)生重新分布。在非平衡凝固條件下，凝固速度比較快，溶質(zhì)原子來(lái)不及重新分布，使得先后結(jié)晶的固相中成份不均溶質(zhì)原子來(lái)不及重新分布，使得先后結(jié)晶的固相中成份不均勻，這種現(xiàn)象稱為偏析。根據(jù)產(chǎn)生偏析的范圍不同，可分為勻，這種現(xiàn)象稱為偏析。根據(jù)產(chǎn)生偏析的范圍不同，可分為宏觀偏析和微觀偏析。宏觀偏析和微觀偏析。 &宏觀偏析是大范圍

27、的成分不均勻的現(xiàn)象，又稱遠(yuǎn)程偏析。宏觀偏析是大范圍的成分不均勻的現(xiàn)象，又稱遠(yuǎn)程偏析。&微觀偏析是晶粒尺度范圍的成分不均勻現(xiàn)象，又稱短程微觀偏析是晶粒尺度范圍的成分不均勻現(xiàn)象，又稱短程偏析。偏析。（1）宏觀偏析）宏觀偏析&宏觀偏析表現(xiàn)為鑄錠宏觀偏析表現(xiàn)為鑄錠(件件)從里層到外層或從上到下成份不從里層到外層或從上到下成份不均勻。均勻。&根據(jù)表現(xiàn)形式不同，可分為正偏析、反偏析和比重偏析。根據(jù)表現(xiàn)形式不同，可分為正偏析、反偏析和比重偏析。 正常偏析（正偏析）正常偏析（正偏析）&當(dāng)平衡分配系數(shù)當(dāng)平衡分配系數(shù)k01的合金以平直界面定向凝固時(shí)，沿的合金以平直界面定向凝固時(shí)，沿

28、著垂直于界面的縱向會(huì)產(chǎn)生明顯的成份不均勻。先凝固的固著垂直于界面的縱向會(huì)產(chǎn)生明顯的成份不均勻。先凝固的固相溶質(zhì)濃度低于后凝固部分。這種內(nèi)外成份不均勻的現(xiàn)象是相溶質(zhì)濃度低于后凝固部分。這種內(nèi)外成份不均勻的現(xiàn)象是正常凝固的結(jié)果，故稱為正常偏析或正偏析。正常凝固的結(jié)果，故稱為正常偏析或正偏析。&正常偏析的程度與凝固速度、液體對(duì)流以及溶質(zhì)擴(kuò)散條正常偏析的程度與凝固速度、液體對(duì)流以及溶質(zhì)擴(kuò)散條件等因素有關(guān)。當(dāng)凝固速度比較慢，液體對(duì)流比較強(qiáng)，溶質(zhì)件等因素有關(guān)。當(dāng)凝固速度比較慢，液體對(duì)流比較強(qiáng)，溶質(zhì)原子能夠向液體縱深擴(kuò)散，使剩余液體中的溶質(zhì)濃度逐漸升原子能夠向液體縱深擴(kuò)散，使剩余液體中的溶質(zhì)濃度逐漸

29、升高。凝固后所產(chǎn)生的正常偏析就比較嚴(yán)重。高。凝固后所產(chǎn)生的正常偏析就比較嚴(yán)重。&在正常偏析程度比較大的情況下，最后凝固的液體溶質(zhì)在正常偏析程度比較大的情況下，最后凝固的液體溶質(zhì)濃度高，有時(shí)會(huì)形成其它非平衡相。濃度高，有時(shí)會(huì)形成其它非平衡相。反常偏析反常偏析&反偏析正好是與正偏析相反，即在反偏析正好是與正偏析相反，即在k01合金鑄錠合金鑄錠(件件)中中表層溶質(zhì)濃度高于內(nèi)層的溶質(zhì)濃度。表層溶質(zhì)濃度高于內(nèi)層的溶質(zhì)濃度。&目前認(rèn)為反偏析形成的主要原因與鑄模中心的液體倒流目前認(rèn)為反偏析形成的主要原因與鑄模中心的液體倒流有關(guān)。由于在合金凝固時(shí)，先凝固部分發(fā)生收縮，在枝晶之有關(guān)。由于

30、在合金凝固時(shí)，先凝固部分發(fā)生收縮，在枝晶之間產(chǎn)生空隙和負(fù)壓，使鑄模中心溶質(zhì)濃度較高的液體沿技晶間產(chǎn)生空隙和負(fù)壓，使鑄模中心溶質(zhì)濃度較高的液體沿技晶間隙吸回到表層，形成反偏析。間隙吸回到表層，形成反偏析。 比重偏析比重偏析&比重偏析是由于合金凝固時(shí)形成的先共晶相與液體比重比重偏析是由于合金凝固時(shí)形成的先共晶相與液體比重不同而引起先共晶相上浮或下沉，從而導(dǎo)致了鑄錠不同而引起先共晶相上浮或下沉，從而導(dǎo)致了鑄錠(件件)中組中組成相上下分布和成份不均勻的一種宏觀偏析。這種宏觀偏析成相上下分布和成份不均勻的一種宏觀偏析。這種宏觀偏析主要存在于共晶系和偏晶系合金中，并在緩慢冷卻條件下產(chǎn)主要存在于共晶

31、系和偏晶系合金中，并在緩慢冷卻條件下產(chǎn)生的。生的。&防止或減輕比重偏析的方法有：增大冷卻速度，使先共防止或減輕比重偏析的方法有：增大冷卻速度，使先共晶相來(lái)不及上浮或下沉；加入第三組元，形成高熔點(diǎn)的、比晶相來(lái)不及上浮或下沉；加入第三組元，形成高熔點(diǎn)的、比重與液體相近的樹(shù)枝狀新相，阻止偏析相的沉浮。重與液體相近的樹(shù)枝狀新相，阻止偏析相的沉浮。2.2.顯微偏析顯微偏析&微觀偏析是在一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成份不均勻的現(xiàn)象。微觀偏析是在一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成份不均勻的現(xiàn)象。&根據(jù)凝固時(shí)晶體生長(zhǎng)形態(tài)的不同，可分為枝晶偏析、胞根據(jù)凝固時(shí)晶體生長(zhǎng)形態(tài)的不同，可分為枝晶偏析、胞狀偏析和晶界偏析。狀偏析和晶界偏析。 （1 1）胞狀偏析）胞狀偏析&當(dāng)成份過(guò)冷比較小時(shí)，固溶體以胞狀方式生長(zhǎng)。當(dāng)成份過(guò)冷比較小時(shí)，固溶體以胞狀方式生長(zhǎng)。&對(duì)于對(duì)于k01的合金，在凹陷的胞界處將富集著溶質(zhì)。這種的合金，在凹陷的胞界處將富集著溶質(zhì)。這種胞內(nèi)和胞界處成份不均勻的現(xiàn)