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1、會(huì)計(jì)學(xué)1鐵碳合金組織觀察與分析鐵碳合金組織觀察與分析X3.13.1純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3.1.13.1.1純金屬結(jié)晶的條件純金屬結(jié)晶的條件1 1、冷卻曲線(熱分析曲線)冷卻曲線(熱分析曲線) 金屬由高溫向低溫冷卻過(guò)程中所得到的溫度和金屬由高溫向低溫冷卻過(guò)程中所得到的溫度和時(shí)間關(guān)系曲線叫冷卻曲線。時(shí)間關(guān)系曲線叫冷卻曲線。2 2、冷卻曲線(熱分析曲線)的繪制過(guò)程、冷卻曲線(熱分析曲線)的繪制過(guò)程 冷卻曲線是溫度隨時(shí)間而變化的曲線,是用熱分冷卻曲線是溫度隨時(shí)間而變化的曲線,是用熱分析法測(cè)得的。析法測(cè)得的。 即將液態(tài)金屬放在坩堝中并以極其緩慢的速度冷即將液態(tài)金屬放在坩堝中并以極其緩慢的速度冷卻,在

2、冷卻過(guò)程中觀察記錄溫度卻,在冷卻過(guò)程中觀察記錄溫度T T隨時(shí)間隨時(shí)間t t的變化數(shù)據(jù)的變化數(shù)據(jù),并繪制成曲線圖,并繪制成曲線圖圖3-1純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線3、結(jié)晶過(guò)程的宏觀現(xiàn)象、結(jié)晶過(guò)程的宏觀現(xiàn)象由冷卻曲線可見(jiàn),由冷卻曲線可見(jiàn),開(kāi)始時(shí)開(kāi)始時(shí),液態(tài)金屬的,液態(tài)金屬的溫度隨時(shí)間降低溫度隨時(shí)間降低,冷卻至冷卻至T0時(shí)時(shí)不再隨不再隨時(shí)間而降低,冷卻曲線上時(shí)間而降低,冷卻曲線上出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)所對(duì)應(yīng)的溫度就是純金屬的這個(gè)平臺(tái)所對(duì)應(yīng)的溫度就是純金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度。因?yàn)榻Y(jié)晶時(shí)放出結(jié)晶潛熱,補(bǔ)償了此時(shí)向環(huán)境散發(fā)的熱量,使溫度保持恒定因?yàn)榻Y(jié)晶時(shí)放出結(jié)晶潛熱,補(bǔ)償了此時(shí)向環(huán)境散發(fā)的

3、熱量,使溫度保持恒定。溫度溫度T0稱為稱為平衡結(jié)晶溫度平衡結(jié)晶溫度。(一一) 過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷現(xiàn)象實(shí)際情況中,金屬的冷卻結(jié)晶不可能無(wú)限緩慢進(jìn)行,所以純金屬材料的實(shí)際情況中,金屬的冷卻結(jié)晶不可能無(wú)限緩慢進(jìn)行,所以純金屬材料的實(shí)際實(shí)際結(jié)晶溫度結(jié)晶溫度T1總是低于平衡結(jié)晶溫度總是低于平衡結(jié)晶溫度T0,這種現(xiàn)象叫這種現(xiàn)象叫過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷現(xiàn)象。過(guò)冷度過(guò)冷度:金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度T1(熔點(diǎn)熔點(diǎn))與理論結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度T0之差之差( T)。 T= T1- T0 過(guò)冷度影響因素過(guò)冷度影響因素: 冷卻速度、金屬性質(zhì)和純度。冷卻速度、金屬性質(zhì)和純度。 說(shuō)明:說(shuō)明:冷卻速度冷卻速度,則過(guò)冷度,則過(guò)冷

4、度,實(shí)際結(jié)晶溫度就越低。,實(shí)際結(jié)晶溫度就越低。實(shí)踐證明,液體金屬材料的結(jié)晶總是在過(guò)冷的情況下才能進(jìn)行(沒(méi)有過(guò)實(shí)踐證明,液體金屬材料的結(jié)晶總是在過(guò)冷的情況下才能進(jìn)行(沒(méi)有過(guò)冷,結(jié)晶不出穩(wěn)定的固體)。冷,結(jié)晶不出穩(wěn)定的固體)。 注意!注意!過(guò)冷度是金屬結(jié)晶的過(guò)冷度是金屬結(jié)晶的必要條件必要條件。(二二) 結(jié)晶潛熱結(jié)晶潛熱相變潛熱相變潛熱: 一摩爾物質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)相時(shí)一摩爾物質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)相時(shí), 伴隨著放出或吸收的伴隨著放出或吸收的熱量熱量.熔化潛熱熔化潛熱: 金屬熔化時(shí)金屬熔化時(shí),從固相轉(zhuǎn)化為液相吸收的熱量從固相轉(zhuǎn)化為液相吸收的熱量.結(jié)晶潛熱結(jié)晶潛熱: 金屬結(jié)晶時(shí)金屬結(jié)晶時(shí), 從液相

5、轉(zhuǎn)化為固相放出的熱量從液相轉(zhuǎn)化為固相放出的熱量.3.1.13.1.1純金屬結(jié)晶的條件純金屬結(jié)晶的條件過(guò)冷度結(jié)晶潛熱4、金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件、金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件亥姆霍茲自由能是受溫度、壓力、容積等亥姆霍茲自由能是受溫度、壓力、容積等多因素影響的多因素影響的物質(zhì)狀態(tài)函數(shù)物質(zhì)狀態(tài)函數(shù),從物理意義來(lái),從物理意義來(lái)說(shuō),是說(shuō),是指在一定條件下物質(zhì)中能夠自動(dòng)向外指在一定條件下物質(zhì)中能夠自動(dòng)向外界釋放做功的那一部分能量。界釋放做功的那一部分能量。u熱力學(xué)第二定律表明,在等溫等容的熱力學(xué)第二定律表明,在等溫等容的條件下,一切自發(fā)變化過(guò)程都是朝著亥條件下,一切自發(fā)變化過(guò)程都是朝著亥姆霍茲自由能降低的方向進(jìn)行。姆

6、霍茲自由能降低的方向進(jìn)行。圖圖3-23-2液體和晶體亥姆霍液體和晶體亥姆霍茲自由能隨溫度變化曲線茲自由能隨溫度變化曲線3.1.13.1.1純金屬結(jié)晶的條件純金屬結(jié)晶的條件溫度溫度低于低于T0時(shí)時(shí),即,即有一定過(guò)冷度有一定過(guò)冷度,晶體晶體的亥姆霍的亥姆霍茲自由能茲自由能低于液體低于液體,這時(shí),這時(shí)結(jié)晶可以自發(fā)進(jìn)行結(jié)晶可以自發(fā)進(jìn)行。過(guò)冷度過(guò)冷度 T T越大,液體和晶體的亥姆霍茲自由能差越大,液體和晶體的亥姆霍茲自由能差 E E越大,結(jié)晶傾向越大越大,結(jié)晶傾向越大。在溫度在溫度T0時(shí)時(shí),液體和晶體亥姆霍茲自由能,液體和晶體亥姆霍茲自由能相等,二者相等,二者處于平衡狀態(tài)處于平衡狀態(tài)。T0就是就是平衡結(jié)

7、晶溫度平衡結(jié)晶溫度,即,即理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度。由于由于液體和晶體液體和晶體的的結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)不同,同一物質(zhì)的,同一物質(zhì)的液體和晶體在液體和晶體在不同溫度下不同溫度下的的亥姆霍茲自由能亥姆霍茲自由能變化是不同變化是不同的,如圖的,如圖3 32 2所示。所示。說(shuō)明說(shuō)明:由于由于液體和晶體液體和晶體的的結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)不同,同一物質(zhì)的,同一物質(zhì)的液體和晶體在液體和晶體在不同溫度下不同溫度下的的亥姆霍茲自由能亥姆霍茲自由能變化是不同變化是不同的,如圖的,如圖3 32 2所示。所示。3.1.23.1.2純金屬結(jié)晶的規(guī)律純金屬結(jié)晶的規(guī)律當(dāng)液態(tài)金屬的溫度下降到接近當(dāng)液態(tài)金屬的溫度下降到接近T T0 0時(shí),某

8、些局部區(qū)域時(shí),某些局部區(qū)域會(huì)有一些原子規(guī)則地排列起來(lái),形成原子小集團(tuán),會(huì)有一些原子規(guī)則地排列起來(lái),形成原子小集團(tuán),這些小集團(tuán)很不穩(wěn)定,遇到熱流和振動(dòng)就會(huì)立即消這些小集團(tuán)很不穩(wěn)定,遇到熱流和振動(dòng)就會(huì)立即消失,時(shí)聚時(shí)散,此起彼伏。失,時(shí)聚時(shí)散,此起彼伏。當(dāng)?shù)陀诶碚摻Y(jié)晶溫度時(shí),部分小集團(tuán)有了較好的穩(wěn)當(dāng)?shù)陀诶碚摻Y(jié)晶溫度時(shí),部分小集團(tuán)有了較好的穩(wěn)定性,將進(jìn)一步長(zhǎng)大成為結(jié)晶核心,稱為定性,將進(jìn)一步長(zhǎng)大成為結(jié)晶核心,稱為晶核晶核。液態(tài)金屬液態(tài)金屬形核形核晶核長(zhǎng)大晶核長(zhǎng)大完全結(jié)晶完全結(jié)晶3.1.23.1.2純金屬結(jié)晶的規(guī)律純金屬結(jié)晶的規(guī)律純金屬結(jié)晶的結(jié)晶過(guò)程純金屬結(jié)晶的結(jié)晶過(guò)程3.1.23.1.2純金屬結(jié)晶的

9、規(guī)律純金屬結(jié)晶的規(guī)律(2)(2)非自發(fā)形核非自發(fā)形核實(shí)際金屬液體實(shí)際金屬液體中常常會(huì)存在一些雜質(zhì)或異類質(zhì)中常常會(huì)存在一些雜質(zhì)或異類質(zhì)點(diǎn),結(jié)晶時(shí)它們優(yōu)先成為結(jié)晶核點(diǎn),結(jié)晶時(shí)它們優(yōu)先成為結(jié)晶核心,心,這種依附于雜質(zhì)表面而形成這種依附于雜質(zhì)表面而形成晶核的過(guò)程稱為晶核的過(guò)程稱為非自發(fā)形核非自發(fā)形核。晶核形成之后,會(huì)不斷吸收周晶核形成之后,會(huì)不斷吸收周圍液體中的金屬原子逐漸長(zhǎng)大。圍液體中的金屬原子逐漸長(zhǎng)大。開(kāi)始時(shí),因其內(nèi)部原子規(guī)則排開(kāi)始時(shí),因其內(nèi)部原子規(guī)則排列的特點(diǎn),外形比較規(guī)則,但由列的特點(diǎn),外形比較規(guī)則,但由于晶核長(zhǎng)大需要不斷散熱,所以于晶核長(zhǎng)大需要不斷散熱,所以在散熱條件比較優(yōu)越的在散熱條件比較

10、優(yōu)越的棱邊和頂棱邊和頂角處就會(huì)優(yōu)先長(zhǎng)大角處就會(huì)優(yōu)先長(zhǎng)大,如圖,如圖3-43-4所所示。示。其其生長(zhǎng)方式像樹(shù)枝一樣生長(zhǎng)方式像樹(shù)枝一樣,先長(zhǎng),先長(zhǎng)出枝干,再長(zhǎng)出分枝,最后把枝出枝干,再長(zhǎng)出分枝,最后把枝間填滿,得到間填滿,得到樹(shù)枝狀晶體樹(shù)枝狀晶體,簡(jiǎn)稱,簡(jiǎn)稱樹(shù)枝晶樹(shù)枝晶。3.1.23.1.2純金屬結(jié)晶的規(guī)律純金屬結(jié)晶的規(guī)律3.1.33.1.3金屬結(jié)晶后的晶粒大小金屬結(jié)晶后的晶粒大小表表3-13-1晶粒大小對(duì)純鐵力學(xué)性能的影響晶粒大小對(duì)純鐵力學(xué)性能的影響由表可見(jiàn),由表可見(jiàn),晶粒越細(xì)小晶粒越細(xì)小,不僅,不僅強(qiáng)度強(qiáng)度提提高高,而且,而且塑性、韌性塑性、韌性也不能提也不能提高高,這是因?yàn)?,這是因?yàn)榫ЯT郊?xì)

11、小晶粒越細(xì)小,晶界越多晶界越多,晶格畸變?cè)蕉嗑Ц窕冊(cè)蕉?,?qiáng)度、硬度,強(qiáng)度、硬度越高。越高。另外,晶粒另外,晶粒越細(xì)小越細(xì)小,晶界晶界就會(huì)就會(huì)越曲折越曲折,晶粒晶粒與晶粒與晶粒之間之間相互相互咬合咬合的的機(jī)會(huì)就機(jī)會(huì)就越多越多,越,越不利不利于于裂紋裂紋的的傳播傳播,變形變形能夠更加能夠更加均勻均勻地地頒布頒布到各到各個(gè)晶粒,個(gè)晶粒,不會(huì)不會(huì)因因應(yīng)力集中應(yīng)力集中而斷裂,所以塑性、韌性更好。而斷裂,所以塑性、韌性更好。3.1.33.1.3金屬結(jié)晶后的晶粒大小金屬結(jié)晶后的晶粒大小1. 1. 增加過(guò)冷度增加過(guò)冷度圖圖3-53-5形核率和長(zhǎng)大率與形核率和長(zhǎng)大率與TT之間的關(guān)系之間的關(guān)系u金屬金屬結(jié)晶結(jié)晶

12、后后大小取決于大小取決于形核率形核率N N和長(zhǎng)大率和長(zhǎng)大率G G。uN N越大,越大,G G越小,即越小,即N/GN/G越大越大則晶粒越細(xì)則晶粒越細(xì)。實(shí)踐證明,金屬結(jié)晶時(shí),實(shí)踐證明,金屬結(jié)晶時(shí),N N和和G G的值一般的值一般都都隨隨T的的增加增加而而增大增大的,如圖的,如圖3-53-5所示。所示。由圖可見(jiàn),當(dāng)由圖可見(jiàn),當(dāng)T T較小時(shí)較小時(shí),N N比比G G增增長(zhǎng)的長(zhǎng)的慢慢,而當(dāng),而當(dāng)T T較大時(shí)較大時(shí),N N比比G G增長(zhǎng)增長(zhǎng)要要快快得多,使得多,使單位體積單位體積中中晶核數(shù)目晶核數(shù)目大大大大增多增多,故,故晶粒變細(xì)晶粒變細(xì)。雖然增大雖然增大T能細(xì)化晶粒,但對(duì)于能細(xì)化晶粒,但對(duì)于鑄鑄錠或大鑄

13、件錠或大鑄件,由于,由于散熱慢散熱慢,要獲得較大,要獲得較大的的T很困難,而且很困難,而且過(guò)大過(guò)大的的冷卻速度冷卻速度往往往導(dǎo)致往導(dǎo)致鑄件開(kāi)裂鑄件開(kāi)裂而造成廢品。因此,而造成廢品。因此,生生產(chǎn)中還采用其他方法細(xì)化晶粒。產(chǎn)中還采用其他方法細(xì)化晶粒。說(shuō)明說(shuō)明: :2.2.變質(zhì)處理變質(zhì)處理變質(zhì)處理在冶金和鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛,如變質(zhì)處理在冶金和鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛,如鋼中鋼中加加入入鋁、鈦、釩、硼鋁、鈦、釩、硼等,等,鑄鐵鑄鐵中加入中加入硅鈣硅鈣等,鑄造等,鑄造鋁硅合鋁硅合金金中加入中加入鈉鹽鈉鹽等。等。定義定義: :應(yīng)用應(yīng)用: :3.3.附加振動(dòng)附加振動(dòng)3.1.43.1.4鑄錠的組織及其控制鑄

14、錠的組織及其控制3.1.43.1.4鑄錠的組織及其控制鑄錠的組織及其控制1.1.鑄錠的組織鑄錠的組織圖圖3-63-6鑄錠組織示意圖鑄錠組織示意圖由于凝固時(shí)由于凝固時(shí)表面表面和中心的和中心的結(jié)晶條件結(jié)晶條件不同不同, ,鑄錠的鑄錠的宏觀組織宏觀組織是是不均勻不均勻的的, ,通常由通常由表層表層細(xì)晶區(qū)細(xì)晶區(qū), ,柱狀晶區(qū)和中心等晶區(qū)柱狀晶區(qū)和中心等晶區(qū)三個(gè)晶區(qū)三個(gè)晶區(qū)組成組成1、表層細(xì)晶區(qū)、表層細(xì)晶區(qū):模壁激冷(大模壁激冷(大T )及非自發(fā)形核)及非自發(fā)形核細(xì)小晶粒薄層。細(xì)小晶粒薄層。2、柱狀晶區(qū)、柱狀晶區(qū):結(jié)晶潛熱使結(jié)晶潛熱使T且方向性散熱且方向性散熱垂直模壁單相長(zhǎng)大垂直模壁單相長(zhǎng)大柱狀晶區(qū)。柱

15、狀晶區(qū)。3、中心等軸晶區(qū)、中心等軸晶區(qū): T進(jìn)一步進(jìn)一步+結(jié)晶潛熱使溫度均勻結(jié)晶潛熱使溫度均勻以雜質(zhì)和被沖下的晶枝以雜質(zhì)和被沖下的晶枝 碎塊為晶核均勻長(zhǎng)大、形成粗大的等軸晶區(qū)。碎塊為晶核均勻長(zhǎng)大、形成粗大的等軸晶區(qū)。1.1.鑄錠的組織鑄錠的組織一般的鑄錠都是作為壞料,還要進(jìn)行軋制等各種加工,一般的鑄錠都是作為壞料,還要進(jìn)行軋制等各種加工,柱狀晶性能方向性強(qiáng)且柱狀晶性能方向性強(qiáng)且柱晶間結(jié)合薄弱,軋制時(shí)容易在柱晶處開(kāi)裂柱晶間結(jié)合薄弱,軋制時(shí)容易在柱晶處開(kāi)裂,故要尺量減少或避免形成明顯的,故要尺量減少或避免形成明顯的柱狀晶區(qū)柱狀晶區(qū)根據(jù)根據(jù)柱晶區(qū)的形成與溫度梯度的方向性有直接關(guān)系柱晶區(qū)的形成與溫度梯

16、度的方向性有直接關(guān)系,減少柱晶區(qū)需從破壞穩(wěn)定,減少柱晶區(qū)需從破壞穩(wěn)定的溫度梯度及柱晶的穩(wěn)定入手。如的溫度梯度及柱晶的穩(wěn)定入手。如降低澆注溫度、降低模具的散熱條件、增加降低澆注溫度、降低模具的散熱條件、增加液體流動(dòng)性或振動(dòng)以及變質(zhì)處理液體流動(dòng)性或振動(dòng)以及變質(zhì)處理等。等。柱狀晶區(qū)的特點(diǎn):柱狀晶區(qū)的特點(diǎn):鑄錠三晶區(qū)的形成:鑄錠三晶區(qū)的形成:減少柱狀晶區(qū)方法:減少柱狀晶區(qū)方法:2.2.鑄錠的缺陷鑄錠的缺陷(1)(1)縮孔和疏松縮孔和疏松縮孔縮孔:如果孔隙集中在凝固的如果孔隙集中在凝固的最后部位最后部位,則稱為縮孔,則稱為縮孔??梢酝ㄟ^(guò)可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)澆注工藝合理設(shè)計(jì)澆注工藝,預(yù)留出補(bǔ)縮的液體預(yù)留出補(bǔ)縮

17、的液體(如加冒口)等方(如加冒口)等方法控制。法控制。疏松:疏松:可以通過(guò)可以通過(guò)壓力鑄造壓力鑄造等方法予以消除。等方法予以消除。大多數(shù)金屬大多數(shù)金屬凝固凝固時(shí)時(shí)體積體積要要收縮收縮,如果沒(méi)有足夠的液體補(bǔ)充,便會(huì),如果沒(méi)有足夠的液體補(bǔ)充,便會(huì)形成孔隙。形成孔隙??s孔的處理:縮孔的處理:一旦鑄錠中出現(xiàn)縮孔則一旦鑄錠中出現(xiàn)縮孔則應(yīng)切除掉應(yīng)切除掉。減少縮孔的方法:減少縮孔的方法:減少疏松的方法:減少疏松的方法:如果孔隙分散地如果孔隙分散地分布于枝晶間分布于枝晶間,則稱為疏松。,則稱為疏松。合金中各部分合金中各部分化學(xué)成分不均勻化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為偏析偏析。鑄錠在結(jié)晶時(shí),由于各部位鑄錠在

18、結(jié)晶時(shí),由于各部位結(jié)晶先后順序不同結(jié)晶先后順序不同,合金中的,合金中的低熔點(diǎn)元素偏聚于最低熔點(diǎn)元素偏聚于最終結(jié)晶區(qū)終結(jié)晶區(qū),或由于結(jié)晶出的,或由于結(jié)晶出的固相與液相固相與液相的的比重相差較大比重相差較大,使,使固相上浮或下沉固相上浮或下沉,從而造成鑄錠從而造成鑄錠宏觀宏觀上的上的成分不均勻成分不均勻,稱為,稱為宏觀偏析宏觀偏析。金屬在液態(tài)下比在固態(tài)下溶解氣體多。液態(tài)金屬凝固時(shí),如果所析出的金屬在液態(tài)下比在固態(tài)下溶解氣體多。液態(tài)金屬凝固時(shí),如果所析出的氣體氣體來(lái)來(lái)不及逸出,就會(huì)不及逸出,就會(huì)保留在鑄錠中保留在鑄錠中,形成,形成氣孔氣孔。(2)(2)氣孔氣孔(3)(3)偏析偏析2.2.鑄錠的缺陷鑄

19、錠的缺陷內(nèi)表面未被氧化的氣孔在熱鍛或熱軋時(shí)可以焊合。如發(fā)生氧化,則必須去除。內(nèi)表面未被氧化的氣孔在熱鍛或熱軋時(shí)可以焊合。如發(fā)生氧化,則必須去除。適當(dāng)適當(dāng)控制澆注溫度控制澆注溫度和和結(jié)晶速度結(jié)晶速度可可減輕減輕宏觀偏析。宏觀偏析。處理:處理:處理:處理:宏觀偏析宏觀偏析3.23.2合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)概述概述3.23.2合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)3.2.13.2.1合金的基本概念合金的基本概念1.1.合金合金合金是指由合金是指由兩種或兩種以上兩種或兩種以上的的金屬元素或金屬元素與非金屬元素金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有組成的具有金屬特征金屬特征的物質(zhì)。的物質(zhì)。定義定義:例如,普通黃銅

20、是由銅與鋅組成的合金;例如,普通黃銅是由銅與鋅組成的合金;鋼和鑄鐵是由碳與鐵組成的合金。鋼和鑄鐵是由碳與鐵組成的合金。合金的優(yōu)勢(shì)合金的優(yōu)勢(shì):2.2.組元組元組成合金的組成合金的基本的物質(zhì)基本的物質(zhì)叫組元。叫組元。定義:定義:組元大多數(shù)是組元大多數(shù)是元素元素,如鐵碳合金的主要組元是,如鐵碳合金的主要組元是鐵和碳鐵和碳,有時(shí)也可將,有時(shí)也可將穩(wěn)定的化穩(wěn)定的化合物合物作為組元,如作為組元,如滲碳體滲碳體FeFe3 3C C等。等。組元的特性:組元的特性:由兩個(gè)組元組成的合金稱為由兩個(gè)組元組成的合金稱為二元合金二元合金,由三個(gè)組元組成的合金稱為,由三個(gè)組元組成的合金稱為三元合金三元合金等等。當(dāng)組元不變

21、,而當(dāng)組元不變,而組元比例發(fā)生變化組元比例發(fā)生變化,可以得到一系列不同成分的合金,這一,可以得到一系列不同成分的合金,這一系列相同組元的合金稱為系列相同組元的合金稱為合金系合金系。其性能差別如此之大,起決定作用的是其性能差別如此之大,起決定作用的是“組織組織”和和“相相”兩個(gè)因素。兩個(gè)因素。所以,在研究合金的組織、性能之前必須先了解合金組織中的相及其結(jié)構(gòu)。所以,在研究合金的組織、性能之前必須先了解合金組織中的相及其結(jié)構(gòu)。即是使是即是使是相同化學(xué)成分的合金材料,其性能也可以有顯著區(qū)別相同化學(xué)成分的合金材料,其性能也可以有顯著區(qū)別。例如,同一。例如,同一化學(xué)成分的某種刃具鋼,其淬火態(tài)的刃具可以切削

22、其退火態(tài)的制件。化學(xué)成分的某種刃具鋼,其淬火態(tài)的刃具可以切削其退火態(tài)的制件。關(guān)于合金的幾個(gè)概念:關(guān)于合金的幾個(gè)概念:合金性能的決定因素:合金性能的決定因素:3.3.相相4.4.組織組織一般將用一般將用肉眼和放大鏡觀察到肉眼和放大鏡觀察到的組織稱為的組織稱為宏觀組織宏觀組織,在,在顯微鏡下顯微鏡下觀察到觀察到的組織稱為的組織稱為微觀組織微觀組織。只由只由一種相組成一種相組成的組織稱為的組織稱為單相組織單相組織;由;由幾種不同的相組成幾種不同的相組成的組的組織稱為織稱為多相組織多相組織。組織:組織:宏觀組織與微觀組織:宏觀組織與微觀組織:?jiǎn)蜗嘟M織與多相組織:?jiǎn)蜗嘟M織與多相組織:3.2.23.2.2

23、固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)1.1.固溶體固溶體固溶體中固溶體中含量較多含量較多的組元稱為的組元稱為溶劑溶劑,含量較少含量較少的組元稱為的組元稱為溶質(zhì)溶質(zhì),固溶體的固溶體的晶格類型與溶劑組元的晶格類型相同晶格類型與溶劑組元的晶格類型相同按溶質(zhì)原子在溶劑晶格種所處位置不同分:按溶質(zhì)原子在溶劑晶格種所處位置不同分:間隙固溶體間隙固溶體置換固溶體置換固溶體按固溶度分:按固溶度分:無(wú)限固溶體無(wú)限固溶體有限固溶體有限固溶體溶質(zhì)原子在固溶體中的溶解有一定限度溶質(zhì)原子在固溶體中的溶解有一定限度。溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格結(jié)構(gòu)中溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格結(jié)構(gòu)中。1.1.固溶體固溶體圖圖3-73

24、-7間隙固溶體結(jié)構(gòu)示意圖間隙固溶體結(jié)構(gòu)示意圖形成條件形成條件:溶質(zhì)原子半徑很小而溶劑晶格間隙較大溶質(zhì)原子半徑很小而溶劑晶格間隙較大, ,一一般般 R R溶質(zhì)溶質(zhì)/ /R R溶劑溶劑0.590.59時(shí),才能形成間隙固溶體。時(shí),才能形成間隙固溶體。為有限固溶體為有限固溶體1.1.固溶體固溶體圖圖3-83-8間隙固溶體晶格畸變示意圖間隙固溶體晶格畸變示意圖特性特性:溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格間隙后溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格間隙后, ,將使溶劑將使溶劑晶格發(fā)生畸,晶晶格發(fā)生畸,晶格常數(shù)增大格常數(shù)增大(如圖(如圖3 38 8所示),使合金的所示),使合金的強(qiáng)度、硬度增加強(qiáng)度、硬度增加。溶入的溶入的溶質(zhì)原子越多溶質(zhì)原

25、子越多,引起的,引起的晶格畸變?cè)酱缶Ц窕冊(cè)酱蟆?.1.固溶體固溶體圖圖3-93-9置換固溶體示意圖置換固溶體示意圖u在置換固溶體中,溶質(zhì)在溶劑中的溶解度主要取決于兩者在置換固溶體中,溶質(zhì)在溶劑中的溶解度主要取決于兩者原子半徑的差別原子半徑的差別以以及它們?cè)诩八鼈冊(cè)谥芷诒碇械南嗷ノ恢弥芷诒碇械南嗷ノ恢煤秃途Ц耦愋途Ц耦愋?。u當(dāng)兩組元在元素周期表中當(dāng)兩組元在元素周期表中位置越靠近位置越靠近,且,且晶格晶格類型相同類型相同,原子半徑相近原子半徑相近時(shí),往往可以任何比例時(shí),往往可以任何比例無(wú)限互相溶解,無(wú)限互相溶解,形成無(wú)限置換固溶體形成無(wú)限置換固溶體,u例如銅和鎳便能形成無(wú)限置換固溶體。例如銅和鎳

26、便能形成無(wú)限置換固溶體。u反之反之,則只能,則只能形成有限置換固溶體形成有限置換固溶體,u例如銅(面心立方晶格)和鋅(密排六方晶格例如銅(面心立方晶格)和鋅(密排六方晶格)只能形成有限置換固溶體。)只能形成有限置換固溶體。置換固溶體溶解度的決定因素:置換固溶體溶解度的決定因素:1.固溶體圖圖3-103-10置換固溶體畸變示意圖置換固溶體畸變示意圖固溶強(qiáng)化是提高材料力學(xué)性能的重要途徑之一。固溶強(qiáng)化是提高材料力學(xué)性能的重要途徑之一。固溶強(qiáng)化:固溶強(qiáng)化:2.2.金屬化合物金屬化合物圖圖3-113-11金屬化合物晶格示意圖金屬化合物晶格示意圖u金屬化合物金屬化合物是各種合金鋼、硬質(zhì)是各種合金鋼、硬質(zhì)合

27、金及許多非鐵金屬的重要組成相合金及許多非鐵金屬的重要組成相。第二相強(qiáng)化:第二相強(qiáng)化:生產(chǎn)中常利用將生產(chǎn)中常利用將金屬化合物相金屬化合物相分布分布在在固溶體相固溶體相的的基體上基體上來(lái)提高合金的來(lái)提高合金的強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度,從而達(dá)到,從而達(dá)到強(qiáng)化金屬材強(qiáng)化金屬材料料的的目的目的,稱為,稱為第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化。其也是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之其也是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一。一。3.3.合金的組織合金的組織3.33.3二元合金相圖二元合金相圖純金屬結(jié)晶后只能得到純金屬結(jié)晶后只能得到單相的固溶體單相的固溶體;合金結(jié)晶后,既可獲得;合金結(jié)晶后,既可獲得單相的固溶體,單相的固溶體,也可獲得單相的金屬

28、化合物也可獲得單相的金屬化合物,更常見(jiàn)的是獲得既有,更常見(jiàn)的是獲得既有固溶體固溶體又有又有金屬化合物金屬化合物的多的多相組織。相組織。 相圖就是表示合金系中合金的相圖就是表示合金系中合金的狀態(tài)與溫度、成分狀態(tài)與溫度、成分之間之間關(guān)系及變化規(guī)律關(guān)系及變化規(guī)律的圖的圖解,是表示合金系在解,是表示合金系在平衡條件下平衡條件下(可理解為以極其緩慢地速度冷卻或加熱,使可理解為以極其緩慢地速度冷卻或加熱,使其在各溫度位置有足夠時(shí)間充分轉(zhuǎn)變以達(dá)到平衡其在各溫度位置有足夠時(shí)間充分轉(zhuǎn)變以達(dá)到平衡),在),在不同溫度、成分下各相不同溫度、成分下各相關(guān)系關(guān)系的圖解。的圖解。純金屬、合金結(jié)晶后的產(chǎn)物:純金屬、合金結(jié)晶

29、后的產(chǎn)物:那么,一定成分的合金在某個(gè)溫度下是固態(tài)還是液態(tài)?會(huì)形成什么樣的組織?那么,一定成分的合金在某個(gè)溫度下是固態(tài)還是液態(tài)?會(huì)形成什么樣的組織?合金相圖:合金相圖:合金相圖的作用及意義合金相圖的作用及意義:概述概述:3.33.3二元合金相圖二元合金相圖圖圖3-123-12二元合金相圖表示法二元合金相圖表示法1 1、配制合金系,熔化;、配制合金系,熔化;2 2、測(cè)冷卻曲線確定臨界點(diǎn);、測(cè)冷卻曲線確定臨界點(diǎn);3.3.畫(huà)溫度畫(huà)溫度- -成分坐標(biāo)標(biāo)定臨界點(diǎn);成分坐標(biāo)標(biāo)定臨界點(diǎn);4.4.具有相同意義的點(diǎn)連線。具有相同意義的點(diǎn)連線。 0 20 50 80 100 Cu% 100 80 50 20 0 N

30、i %時(shí)間時(shí)間時(shí)間時(shí)間100%Cu20%Ni50%Ni80%Ni100%Ni溫度溫度 1500 1400130012001100溫溫度度 溫溫度度 1083118011301245132513701410LL+ABCu 10 30 50 70 90 Ni Ni (%)14533.3.23.3.2二元合金相圖的測(cè)繪二元合金相圖的測(cè)繪目前,合金相圖都是根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制出來(lái)的,最常用的為目前,合金相圖都是根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制出來(lái)的,最常用的為熱分析法。下面以銅鎳合金為例,簡(jiǎn)單介紹用熱分析法繪相圖熱分析法。下面以銅鎳合金為例,簡(jiǎn)單介紹用熱分析法繪相圖的過(guò)程。的過(guò)程。勻晶相圖:勻晶相圖:兩組元在液態(tài)

31、和固態(tài)下都以任何比例相互溶解,即兩組元在液態(tài)和固態(tài)下都以任何比例相互溶解,即在固態(tài)下能形成無(wú)限固溶體,則其為勻晶相圖。在固態(tài)下能形成無(wú)限固溶體,則其為勻晶相圖。(如(如 Cu-Ni Cu-Au Au-Ag Fe-NiCu-Ni Cu-Au Au-Ag Fe-Ni等)等)3.3.33.3.3勻晶相圖勻晶相圖現(xiàn)以銅鎳合金相圖為例,對(duì)勻晶相圖及其合金的結(jié)晶過(guò)程進(jìn)現(xiàn)以銅鎳合金相圖為例,對(duì)勻晶相圖及其合金的結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行分析。行分析。3.3.33.3.3勻晶相圖勻晶相圖CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 純銅純銅熔點(diǎn)熔點(diǎn)純鎳純

32、鎳熔點(diǎn)熔點(diǎn)液相線液相線固相線固相線液相區(qū)液相區(qū)固相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)(結(jié)晶區(qū)液固兩相區(qū)(結(jié)晶區(qū))1.銅銅-鎳勻晶相圖分析鎳勻晶相圖分析合金結(jié)晶時(shí),從液相合金結(jié)晶時(shí),從液相L L中結(jié)晶出單相的中結(jié)晶出單相的 固固溶體,這種結(jié)晶過(guò)程稱為溶體,這種結(jié)晶過(guò)程稱為勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變abcdT,CtL L L勻晶轉(zhuǎn)變 L 冷卻曲線CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 勻晶合金與純金屬不同,它沒(méi)有一個(gè)恒定的熔點(diǎn),勻晶合金與純金屬不同,它沒(méi)有一個(gè)恒定的熔點(diǎn),而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。2

33、.2.銅銅- -鎳勻晶轉(zhuǎn)變過(guò)程鎳勻晶轉(zhuǎn)變過(guò)程合金的平衡結(jié)晶過(guò)程合金的平衡結(jié)晶過(guò)程及組織及組織合金的平衡結(jié)晶過(guò)程合金的平衡結(jié)晶過(guò)程及組織及組織條件:冷卻速度非常緩條件:冷卻速度非常緩慢(銅原子和鎳原子有慢(銅原子和鎳原子有足夠的時(shí)間進(jìn)行充分?jǐn)U足夠的時(shí)間進(jìn)行充分?jǐn)U散)散)2.2.銅銅- -鎳勻晶轉(zhuǎn)變過(guò)程鎳勻晶轉(zhuǎn)變過(guò)程2.2.銅銅- -鎳勻晶轉(zhuǎn)變過(guò)程鎳勻晶轉(zhuǎn)變過(guò)程2.2.銅銅- -鎳勻晶轉(zhuǎn)變過(guò)程鎳勻晶轉(zhuǎn)變過(guò)程3.3.43.3.4共晶相圖共晶相圖共晶相圖:共晶相圖:3.3.43.3.4共晶相圖共晶相圖PbSnSn%T, C液相線液相線L固相線固相線 + L+ L + 固溶線固溶線 固溶線固溶線ABEM

34、NFG共晶相圖簡(jiǎn)介共晶相圖簡(jiǎn)介1.鉛鉛-錫共晶相圖分析錫共晶相圖分析液溶體液溶體以鉛為主成分的固溶體以鉛為主成分的固溶體以錫為主成分的固溶體以錫為主成分的固溶體PbSnSn%T, C液相線液相線L固相線固相線 + L+ L + 固溶線固溶線 固溶線固溶線ABEMNFG共晶相圖簡(jiǎn)介共晶相圖簡(jiǎn)介1.鉛鉛-錫共晶相圖分析錫共晶相圖分析液溶體液溶體以鉛為主成分的固溶體以鉛為主成分的固溶體以錫為主成分的固溶體以錫為主成分的固溶體純鉛的熔點(diǎn)純鉛的熔點(diǎn)(327)純鉛的熔點(diǎn)純鉛的熔點(diǎn)(327) 相的最大相的最大固溶點(diǎn)固溶點(diǎn) 相的最相的最大固溶點(diǎn)大固溶點(diǎn)共晶點(diǎn)(共成分共晶點(diǎn)(共成分61.9%;共晶溫;共晶溫度度

35、1831.鉛鉛-錫共晶相圖分析錫共晶相圖分析l 共晶轉(zhuǎn)變可用式共晶轉(zhuǎn)變可用式 表示。表示。 其意義為其意義為E E點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的L L相在相在183183時(shí)同時(shí)結(jié)晶時(shí)同時(shí)結(jié)晶出出M M點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的 固溶體和固溶體和N N點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的 固溶體固溶體 NMEL C183。2.結(jié)晶過(guò)程分析結(jié)晶過(guò)程分析PbSnT, CL + L + L + 183MNE010020030097.5%61.9%19.2%FBA合金合金合金合金合金合金合金合金合金合金WSn(%)GFGT/ CtL L LL+ 冷卻曲線冷卻曲線 + 1234PbSnT/ CL + L + L + 183MNE室溫組織室溫組織:

36、+ 100200300BA結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程: L L+ + 成分在(成分在(0M點(diǎn))的點(diǎn))的合金合金以鉛為主以鉛為主,錫錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于小于固溶體固溶體的最大固溶度的最大固溶度19.2%19.2%1.當(dāng)合金當(dāng)合金溶液冷卻時(shí),首先溶液冷卻時(shí),首先與與AEAE線相交,這時(shí)從液相線相交,這時(shí)從液相L L中結(jié)中結(jié)晶出晶出 固溶體。固溶體。2.2.沒(méi)有共晶反應(yīng)過(guò)程,而是經(jīng)沒(méi)有共晶反應(yīng)過(guò)程,而是經(jīng)過(guò)勻晶反應(yīng)形成單相過(guò)勻晶反應(yīng)形成單相 固溶體。固溶體。3. 固溶體固溶度達(dá)到飽和固溶體固溶度達(dá)到飽和,溫度再降低時(shí),多余的,溫度再降低時(shí),多余的錫以錫以固溶體的形式從固溶體的形式從 固固溶體內(nèi)析出,稱之

37、為次生溶體內(nèi)析出,稱之為次生相,以相,以 表示表示,室溫,室溫 組組織組成物織組成物為為 + 成分在(成分在(N點(diǎn)點(diǎn)100%)的)的合金合金以錫為主以錫為主,鉛鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于小于固溶體固溶體的最大固溶的最大固溶度度2.5%2.5%FGT/ CtL L LL+ 冷卻曲線冷卻曲線 + 1234PbSnT/ CL + L + L + 183MNE室溫組織室溫組織: + 100200300BA結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程: L L+ + 1.當(dāng)合金當(dāng)合金溶液冷卻時(shí),首先溶液冷卻時(shí),首先與與BEBE線相交,這時(shí)從液相線相交,這時(shí)從液相L L中結(jié)中結(jié)晶出晶出固溶體。固溶體。2.2.沒(méi)有共晶反應(yīng)過(guò)程,而是經(jīng)

38、沒(méi)有共晶反應(yīng)過(guò)程,而是經(jīng)過(guò)勻晶反應(yīng)形成單相過(guò)勻晶反應(yīng)形成單相 固溶體。固溶體。3. 的固溶度隨溫度的下的固溶度隨溫度的下降而減小,當(dāng)溫度降至室降而減小,當(dāng)溫度降至室溫時(shí),會(huì)有少量的溫時(shí),會(huì)有少量的 從從中析出。中析出。tL( + )L( + )LL( + ) 共晶體共晶體冷卻曲線冷卻曲線( + )SnL + L + L + MNEBFPbT/ C 183100200300AT/ C成分為成分為共晶點(diǎn)成分(共晶點(diǎn)成分(WSn%)的合金為共晶的合金為共晶合金。合金。GWSn(%)61.9%室溫組織室溫組織: + 共晶體共晶體結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程: L L+( + ) + 1.1.液態(tài)合金溫度降至液態(tài)合

39、金溫度降至E E點(diǎn)(點(diǎn)(183183)時(shí),發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,即在恒溫下)時(shí),發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,即在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出同時(shí)結(jié)晶出M M點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的 固溶體和固溶體和N N點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的 固溶體。固溶體。2. 當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí),從當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí),從 和和固溶固溶體中分別析出少量的體中分別析出少量的 和和 ,由于,由于析出的析出的 和和 都相應(yīng)地同都相應(yīng)地同 和和相相連在一起,共晶體的形態(tài)和成分不連在一起,共晶體的形態(tài)和成分不發(fā)生變化,合金的室溫組織全部為發(fā)生變化,合金的室溫組織全部為共晶體。共晶體。01020304050607080901000100200300400500 PbWSn(%)TL 1

40、83327A19.2MFL+ + 61.9E t/sT/LL + t1 + t2t2 t1t2L + ( + )共共 初初+ 室溫組織:室溫組織: 初初 + + ( + )共晶共晶亞共晶合金合金亞共晶合金合金成分在成分在(ME點(diǎn))的合金點(diǎn))的合金稱為亞共晶稱為亞共晶合金合金。1.合金合金溶液冷卻時(shí),溶液冷卻時(shí),首先與首先與AE線相交,這時(shí)從液相線相交,這時(shí)從液相L中結(jié)晶出飽中結(jié)晶出飽和狀態(tài)的和狀態(tài)的固溶體,稱為初生固溶體,稱為初生相相。3. 當(dāng)溫度再下降,先結(jié)晶的當(dāng)溫度再下降,先結(jié)晶的固溶體固溶體析出少量次生相析出少量次生相,亞共晶合金的,亞共晶合金的顯微組織如圖,深色的初生顯微組織如圖,深色

41、的初生固溶體固溶體和條紋狀共晶組織(和條紋狀共晶組織(+)。2.2.初生初生固溶體含錫量小于合金的含固溶體含錫量小于合金的含錫量,隨著初生錫量,隨著初生的結(jié)晶,剩余的液的結(jié)晶,剩余的液相相L L中含錫量成分逐漸增加(隨中含錫量成分逐漸增加(隨AEAE線變線變化),當(dāng)溫度降至共晶溫度化),當(dāng)溫度降至共晶溫度183183時(shí),時(shí),剩余液相剩余液相L L的成分剛好達(dá)到共晶成分(的成分剛好達(dá)到共晶成分(W WSnSn%=61.9%=61.9%),這時(shí)這部分剩余液相發(fā)),這時(shí)這部分剩余液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,形成以生共晶轉(zhuǎn)變,形成以和和交替分布交替分布的共晶組織的共晶組織+ +。結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程: L L+ L

42、+ +(+) + +( + )t/sT/t1t2t2L + + 01 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 001 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 L L + WSn(%)G t1t2SnPb L BAMNFL+ L+ + ET( + )過(guò)共晶合金合金過(guò)共晶合金合金成分在成分在(E點(diǎn)點(diǎn)N點(diǎn))點(diǎn))的的合金合金稱為過(guò)稱為過(guò)共晶合金共晶合金。室溫組織:室溫組織: 初初 + + ( + )共晶共晶結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程: L L+ L+ +(+) + +( + )1.合金合金溶液冷卻時(shí),溶液冷卻時(shí),首先與首先與BE線相交,這時(shí)從液相線相交,這時(shí)從液相L中

43、結(jié)晶出飽中結(jié)晶出飽和狀態(tài)的和狀態(tài)的 固溶體。固溶體。2. 2. 結(jié)晶的結(jié)晶的固溶體含錫量大于合金的固溶體含錫量大于合金的含錫量,隨著含錫量,隨著的結(jié)晶,剩余的液相的結(jié)晶,剩余的液相L L中含錫量逐漸減?。S中含錫量逐漸減小(隨BEBE線變化),線變化),當(dāng)溫度降至共晶溫度當(dāng)溫度降至共晶溫度183183時(shí),剩余液時(shí),剩余液相相L L的成分也達(dá)到共晶成分的成分也達(dá)到共晶成分,形成共晶,形成共晶組織組織+ +。3. 當(dāng)溫度再下降,先結(jié)晶的當(dāng)溫度再下降,先結(jié)晶的 固溶固溶體析出少量次生相體析出少量次生相,過(guò)共晶合金,過(guò)共晶合金的顯微組織如圖,深色的初生的顯微組織如圖,深色的初生固固溶體和條紋狀共晶組織

44、(溶體和條紋狀共晶組織(+)。)。組織組成物在相圖上的標(biāo)注組織組成物在相圖上的標(biāo)注LL+L+(+)+(+)(+)+PbSnSn,%溫度,相組成物標(biāo)注相圖相組成物標(biāo)注相圖3.43.4鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖概述概述:3.43.4鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖3.4.13.4.1純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變圖圖3-283-28純鐵在常壓下的純鐵在常壓下的冷卻曲線冷卻曲線 當(dāng)溫度等外界條件變化時(shí),晶格類當(dāng)溫度等外界條件變化時(shí),晶格類型會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變,稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變型會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變,稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是一種固態(tài)轉(zhuǎn)變一種固態(tài)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn):1、有一定的平衡

45、、有一定的平衡轉(zhuǎn)變溫度(相變點(diǎn)轉(zhuǎn)變溫度(相變點(diǎn))2、轉(zhuǎn)變時(shí)需要過(guò)冷、轉(zhuǎn)變時(shí)需要過(guò)冷3、轉(zhuǎn)變過(guò)程也是由、轉(zhuǎn)變過(guò)程也是由形核和長(zhǎng)大來(lái)完成的形核和長(zhǎng)大來(lái)完成的4、需要較、需要較大的過(guò)冷度大的過(guò)冷度5、會(huì)產(chǎn)生較、會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力大的內(nèi)應(yīng)力注意注意:純鐵的純鐵的磁性轉(zhuǎn)磁性轉(zhuǎn)變不是變不是相變,相變,晶格不晶格不發(fā)生轉(zhuǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)變。變。3.4.23.4.2鐵碳全合金的基本組織及其性能鐵碳全合金的基本組織及其性能概述:概述:3.4.23.4.2鐵碳全合金的基本組織及其性能鐵碳全合金的基本組織及其性能鐵素體鐵素體l 組元:組元:Fe、 Fe3Cl 相相l(xiāng) 鐵素體:鐵素體:l碳在碳在 -Fe中的固溶體稱中的固溶體稱

46、鐵素鐵素體體, 用用F 或或 表示。表示。3.4.23.4.2鐵碳全合金的基本組織及其性能鐵碳全合金的基本組織及其性能l組織為不規(guī)則多面體晶粒組織為不規(guī)則多面體晶粒,晶界較直。,晶界較直。無(wú)磁性,強(qiáng)無(wú)磁性,強(qiáng)度低、塑性好度低、塑性好,鋼材熱加鋼材熱加工都在工都在 區(qū)進(jìn)行區(qū)進(jìn)行.l碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。奧氏體奧氏體lFeFe3 3C C是組元,又是基本相,也是組元,又是基本相,也是一個(gè)亞穩(wěn)相,在一定條件是一個(gè)亞穩(wěn)相,在一定條件下可發(fā)生分解:下可發(fā)生分解:FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C( (石墨石墨), ), 該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。意義。l由于碳

47、在由于碳在 -Fe-Fe中的溶解度很中的溶解度很小,因而小,因而常溫下碳在鐵碳合常溫下碳在鐵碳合金中主要以金中主要以FeFe3 3C C或或石墨石墨的形式的形式存在。存在。l是鐵碳合金中主要的強(qiáng)化相是鐵碳合金中主要的強(qiáng)化相,通常分為:通常分為:一次滲碳體一次滲碳體Fe3CFe3C(液體中直接結(jié)晶生(液體中直接結(jié)晶生成,塊狀分布);成,塊狀分布);二次滲碳二次滲碳體體Fe3C(由奧氏中析出,(由奧氏中析出,網(wǎng)狀分布)網(wǎng)狀分布) ;三次滲碳體三次滲碳體Fe3C(鐵素體中析出,斷(鐵素體中析出,斷續(xù)片狀分布)續(xù)片狀分布) 鑄鐵中的石墨鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體鋼中的滲碳體l珠光體的組織特點(diǎn)是兩相珠光體

48、的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布呈片層相間分布,性能介性能介于兩相之間,具有較高的于兩相之間,具有較高的強(qiáng)度和硬度,具有一定的強(qiáng)度和硬度,具有一定的塑性和韌性,是一種綜合塑性和韌性,是一種綜合性能較好的組織。性能較好的組織。珠光體珠光體萊氏體萊氏體3.4.33.4.3FeFe- - F Fe e3 3C C相圖分析相圖分析鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖:是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之 間關(guān)系的理論基礎(chǔ);間關(guān)系的理論基礎(chǔ);是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù)。是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù)。簡(jiǎn)化后的簡(jiǎn)化后的Fe- Fe3C相圖如下圖

49、所示相圖如下圖所示: Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TA+Fe3CFA+FF+ Fe3C0.77%CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖液相線固相線A(C)AcmA3F(C)共析線,A1共晶線3.4.33.4.3FeFe- - F Fe e3 3C C相圖分析相圖分析表表3-2 3-2 簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化Fe- Fe3CFe- Fe3C相圖中的特性點(diǎn)相圖中的特性點(diǎn)特性點(diǎn)特性點(diǎn)符號(hào)符號(hào)溫度溫度/ c c(% %)含義含義A A153815380 0熔點(diǎn)

50、:純鐵的熔點(diǎn)熔點(diǎn):純鐵的熔點(diǎn)C C114811484.34.3共晶點(diǎn):發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變共晶點(diǎn):發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L L4.34.3Ld(ALd(A2.11%2.11%+Fe+Fe3 3C C共晶共晶) )D D122712276.696.69熔點(diǎn):滲碳體的熔點(diǎn)熔點(diǎn):滲碳體的熔點(diǎn)E E114811482.112.11碳在碳在-Fe-Fe中的最大溶解度點(diǎn)中的最大溶解度點(diǎn)G G9129120 0同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)S S7277270.770.77共析點(diǎn):發(fā)生共析轉(zhuǎn)變共析點(diǎn):發(fā)生共析轉(zhuǎn)變A A0.77%0.77%p(Fp(F0.0218%0.0218%+Fe+Fe3 3C C共析共析) )P P727

51、7270.02180.0218碳在碳在-Fe-Fe中的最大溶解度點(diǎn)中的最大溶解度點(diǎn)Q Q室溫室溫0.00080.0008室溫下碳在室溫下碳在-Fe-Fe中的溶解度中的溶解度五個(gè)重要的成份點(diǎn)五個(gè)重要的成份點(diǎn): P、S、E、C、Fe3C成分點(diǎn)。成分點(diǎn)。1.1.主要特性點(diǎn)主要特性點(diǎn)(1 1)ACAC線線 液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線。即:。即:LALA。(2 2)CDCD線線 液體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線液體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線。即:。即:LFeLFe3 3CC。 ACDACD線統(tǒng)稱為液相線線統(tǒng)稱為液相線,在此線之上合金全部處于液相狀態(tài),用符號(hào),在此線之上合金全部處于液相狀態(tài),用符號(hào)

52、L L表示。表示。(3 3)AEAE線線 液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線。(4 4)ECFECF水平線水平線 共晶線共晶線。AECFAECF線統(tǒng)稱為固相線線統(tǒng)稱為固相線,液體合金冷卻至此線全部結(jié)晶為固體,此線以下為固相區(qū)。,液體合金冷卻至此線全部結(jié)晶為固體,此線以下為固相區(qū)。(5 5)ESES線線 又稱又稱AcmAcm線線,是碳在奧氏體中的溶解度曲線是碳在奧氏體中的溶解度曲線。即:。即:LFeLFe3 3CC。(6 6)GSGS線線 又稱又稱A3A3線線,(7 7)GPGP線線 奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線。(8 8)PSKPSK水平線水平線 共析線(

53、共析線(727727),又稱又稱A1A1線線。(9 9)PQPQ線線 碳在鐵素體中的溶解度曲線碳在鐵素體中的溶解度曲線。四條重要的線四條重要的線: ECF、ES、GS、PSQ。 Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TA+Fe3CFA+FF+ Fe3C0.77%CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖液相線固相線A(C)AcmA3F(C)共析線,A1共晶線(1)單相區(qū)單相區(qū) 簡(jiǎn)化的簡(jiǎn)化的Fe- Fe3C相圖中有相圖中有F、A、L和和Fe3C 四個(gè)單相

54、區(qū)四個(gè)單相區(qū)。(2)兩相區(qū)兩相區(qū) 簡(jiǎn)化的簡(jiǎn)化的Fe- Fe3C相圖中有相圖中有五個(gè)兩相區(qū)五個(gè)兩相區(qū),即,即 L+A兩相區(qū)、兩相區(qū)、L+Fe3C兩相區(qū)、兩相區(qū)、A+Fe3C兩相區(qū)、兩相區(qū)、A+F兩相兩相 區(qū)和區(qū)和F+ Fe3C兩相區(qū)兩相區(qū)。每個(gè)兩相區(qū)都與相應(yīng)的兩個(gè)單相區(qū)相鄰每個(gè)兩相區(qū)都與相應(yīng)的兩個(gè)單相區(qū)相鄰;兩條三相共存線兩條三相共存線,即即共晶線共晶線ECF,L、A和和Fe3C三相共存,三相共存,共析線共析線PSK,A、F和和Fe3C三相共存。三相共存。 v二個(gè)重要溫度二個(gè)重要溫度: 1148 、727 。根據(jù)鐵碳合金的含碳量及組織的不同,可將鐵碳合金分為:根據(jù)鐵碳合金的含碳量及組織的不同,可

55、將鐵碳合金分為:1)工業(yè)純鐵)工業(yè)純鐵 c0.0218%。2)鋼)鋼 0.0218%c2.11%,又可分為:又可分為: 亞共析鋼亞共析鋼 0.0218%c0.77%; 共析鋼共析鋼 c=0.77%; 過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 0.77%c2.11%。3)白口鑄鐵)白口鑄鐵 2.11%c6.69%,又可分為以下三種:又可分為以下三種: 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 2.11%c4.3% 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 c=4.3% 過(guò)共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵 4.3%c6.69%3.4.43.4.4典型合金的結(jié)晶過(guò)程及組典型合金的結(jié)晶過(guò)程及組織織圖圖3-303-30六種鐵碳合金在相圖中的位置六種鐵碳合金在相

56、圖中的位置3.4.43.4.4典型合金的結(jié)晶過(guò)程及組典型合金的結(jié)晶過(guò)程及組織織共析鋼共析鋼亞共析鋼亞共析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼共晶白共晶白口鑄鐵口鑄鐵亞共晶白亞共晶白口鑄鐵口鑄鐵過(guò)共晶白過(guò)共晶白口鑄鐵口鑄鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TA+Fe3CFA+FF+ Fe3C0.77%CK亞共析鋼 過(guò)共析鋼亞共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵工業(yè)純鐵共析鋼共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵3.4.43.4.4典型合金的結(jié)晶過(guò)程及組織典型合金的結(jié)晶過(guò)程及組織工業(yè)純鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程冷卻過(guò)程中勻晶反應(yīng):冷卻過(guò)程中勻晶反應(yīng)

57、:L相相相相 相中沿晶界析出片狀Fe3C工業(yè)純鐵(工業(yè)純鐵(C%0.0218%) 相組成物:相組成物:F+Fe3C C%0.0008% ; F C%L+A-A-A+F-F+Fe3CIII單相液體的冷卻勻晶反應(yīng)L相中析出相(奧氏體A)單相固溶體的冷卻相發(fā)生共析反應(yīng)生成珠光體P1.1.共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析共析鋼共析鋼 C%=0.77% L-L+A-A-A+P-PL-L+A-A-A+P-P相組成物:相組成物:F F和和FeFe3 3C C組織組成物組織組成物 : P 珠光體珠光體1.1.共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析珠光體珠光體共析鋼的結(jié)晶過(guò)程共析鋼的結(jié)晶過(guò)程室溫組織為

58、:室溫組織為:P(F+Fe3C)L相冷卻相冷卻L相相 相相L相相+ 相相 相,并且相,并且L相有剩余相有剩余剩余剩余L相相 相相單相的冷卻單相的冷卻相相 相,但相,但相有剩余相有剩余共析反應(yīng):剩余共析反應(yīng):剩余相相P(+Fe3C),存在先析),存在先析相相2.亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析亞共析鋼亞共析鋼 0.0218%C%L+A-A-A+F-A+P+F-P+F 相組成物相組成物:F,F(xiàn)e3C 45鋼金相鋼金相 2.亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析含含0.45%C鋼的組織鋼的組織含含0.20%C鋼的組織鋼的組織含含0.60%C鋼的組織鋼的組織亞共析鋼室溫下的組織為亞共

59、析鋼室溫下的組織為F+P。在在0.02180.77%C 范圍內(nèi)珠光體范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。的量隨含碳量增加而增加。亞共析鋼的亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程LL+A AA+F先共析先共析AS(0.77% C) P室溫組織為:室溫組織為:P+F 單相液體的冷卻L相 相單相固溶體(奧氏體)的冷卻相中析出二次滲碳體(Fe3C)共析轉(zhuǎn)變: 相( +Fe3C),存在Fe3C3.過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 0.77%C%L+A-A-A+Fe3CII-A+P+Fe3CII-P+Fe3CIIT12鋼金相鋼金相相組成物:F,F(xiàn)e3C組織組成物:P,F(xiàn)e3CII 3.過(guò)共

60、析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析含含1.4%C鋼的組織鋼的組織3.過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程含含1.4%C鋼的組織鋼的組織室溫組織:室溫組織:P+Fe3C單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng):共晶反應(yīng):LLd(+Fe3C)共晶共晶中的中的相不斷析出相不斷析出Fe3C,不可見(jiàn)。,不可見(jiàn)。 Ld (+Fe3C+ Fe3C)共析反應(yīng):共析反應(yīng): Ld(+Fe3C) Ld(P+Fe3C + Fe3C) 4.4.共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過(guò)程分析共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過(guò)程分析共晶白口鐵(共晶白口鐵(C%=4.3%) L-L+Ld-Ld (A+Fe3C共晶

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