分析45鋼結(jié)晶過程及其組織轉(zhuǎn)變

45鋼結(jié)晶過程及其組織轉(zhuǎn)變一、學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)問目標(biāo)：了解鐵碳合金相圖的含義分清鋼與鐵的區(qū)分；生疏鐵碳合金根本相組織；明確鐵碳合金相圖的點、線、區(qū)域的含義；把握典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及其組織轉(zhuǎn)變；力量目標(biāo)：能分析典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及其組織轉(zhuǎn)變；·能確定鐵碳合金相圖在零件選材、毛坯加工、熱處理等方面的應(yīng)用。二、任務(wù)引入鐵碳合金在結(jié)晶時由于鐵和碳的含量不同會結(jié)晶出不同的晶體45鋼結(jié)晶后在冷卻過程中隨溫度變化晶體構(gòu)造會發(fā)生變化。三、相關(guān)學(xué)問以鐵和碳兩種元素為主所組成的鐵碳合金。含碳量wc≤2.11％的鐵碳合金叫鋼，含碳量wc≥2.11FeCFeC、3 2FeCFe2CFeCwc＜6.69%3的鐵碳合金，故鐵碳合金相圖也可以認(rèn)為是Fe FeC相圖。3〔一〕鐵碳合金的根本組織鐵素體碳溶于Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體，稱為鐵素體，用F表示。Fe是體心立方晶格，由于晶格原子之間的間隙較小，所以碳在Fe中的溶解度也較小，在室溫時727wc=0.0218%。由于鐵素體的含碳量低，所以鐵素體的組織和性能與純鐵相像，即具有良好的塑性和韌性，而強度和硬度較低。奧氏體碳溶于Fe晶格間隙中形成的間隙固溶體，為奧氏體，用A1-17所示。Fe是面心立方晶格，由于晶格原子之間的間隙較大，所以奧氏體的溶碳力量較強，在l148℃時，溶碳量可達(dá)2.11％。由于奧氏體的溶碳量比鐵素體多，因此奧氏體的強度和硬度較鐵素體高，并且是單一的固溶體，所以其塑性較好，變形抗力較低。絕大多數(shù)鋼，在進(jìn)展壓力加工和熱處理時，都加熱到奧氏體區(qū)域?！瞐〕奧氏體晶胞示意圖 圖1-17 奧氏體滲碳體滲碳體是含碳量為6.69%的鐵與碳形成的一種具有簡單的斜方晶體構(gòu)造的金屬化合物〔圖1-1強化相，以不同的外形、大小以及不同的分布消滅在鋼組織中，對鋼的性能很大的影響。珠光體〔其顯微組織如圖1-1，用P珠光體的含碳量為0.77肯定的塑性。圖1-18 滲碳體〔Fe3C〕的晶胞示意圖 圖1-19 珠光體顯微組織萊氏體4.31148℃時同時由液體中結(jié)晶出奧氏體和滲碳體后所形成的復(fù)合組織即高溫萊氏體，用Ld表示。由于奧氏體在727℃時轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室溫d硬度高、塑性差?！捕矲e－Fe3C相圖Fe FeC相圖是表示在極緩慢加熱〔3我們爭論的鐵碳合金只限于Fe我們爭論的鐵碳合金只限于FeFeC3〔w＝c6.69％〕范圍內(nèi)。圖1-20 簡化的Fe-Fe3C相圖3相圖縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示含碳量。橫坐標(biāo)左端〔原點〕為wc=0%，是純鐵；wc=6.69%FeC。3Fe FeC相圖中特性點、線的含義3Fe FeC相圖中幾個主要特性點的溫度、含碳量及其物理含義見表1-1。3Fe FeC1-2。31-1FeFeC相圖中的特性點點的符號溫度〔點的符號溫度〔C〕含義純鐵的熔點共晶點，滲碳體的熔點碳在Fe中最大溶解度純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點共析點，A15380C11484.3D12276.69E11482.11G9120S7270.771-2FeFeC相圖中的特性線特性線溫度〔特性線溫度〔C〕含義ACD1538～1227液相線。從液態(tài)合金中分別結(jié)晶出奧氏體〔AC線〕FeC〔CD線〕3cm固相線。奧氏體結(jié)晶終了并在ECF發(fā)生共晶AECF1538～1148轉(zhuǎn)變，即GS〔A3〕912～1148奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開頭線ES〔A 〕1148～727碳在Fe中的溶解度曲線PSK〔A1〕727共析轉(zhuǎn)變線FeFe

C1-20所示。3鐵碳合金的分類類：工業(yè)純鐵，含碳量小于0.0218％的鐵碳合金。鋼，含碳量為0.0218％~2.11％的鐵碳合金。依據(jù)其含碳量及室溫組織的不同，以S點為界分為三類：共析鋼，含碳量0.77％；亞共析鋼，含碳量0.0218~0.77％；過共析鋼，含0.77~2.11％。白口鑄鐵，含碳量為2.11~6.69％的鐵碳合金。依據(jù)白口鑄鐵室溫組織的特點，以C點圖1-21 典型鐵碳合金在FeFeC相圖中的位置3為界分為三類：共晶白口鑄鐵，含碳量4.3％；亞共晶白口鑄鐵，含碳量2.11~4.3％；過共4.3~6.69％。典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及其組織轉(zhuǎn)變共析鋼〔0.77％〕1-21中合金Ⅰ為共析鋼。共析鋼在高溫時是液體狀態(tài)，當(dāng)降溫至1點時，開頭從液體中結(jié)晶出奧氏體，l-2點間是液體和奧氏體晶體。當(dāng)冷至22-3點區(qū)間沒有組織和成分的變化。當(dāng)合金冷至3點〔即S點〕時，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：A0.77%

7〔FFeC〕3化。共析鋼在室溫時的組織是珠光體，呈層片狀。亞共析鋼〔0.77％〕1-210.451點時，開頭結(jié)2點結(jié)晶完畢。2—33點時，奧氏體中開頭析出鐵素體，隨著溫度下降，析出鐵素體的量增多，3-4點區(qū)間為鐵素體和奧氏體兩相。44點以下至室溫，合金組織不發(fā)生變化。亞共析鋼的室溫組織為珠光體和鐵素體，其顯微組織如圖1-22所示?！?〕過共析鋼〔0.77％~2.11％〕1-211.212點結(jié)晶完畢，2-33點時，奧氏體含碳量到達(dá)飽和，連續(xù)冷卻，過剩的碳便以二次滲碳體(FC)形式析出。析出的二次滲碳體一般沿奧氏體晶界分布，呈網(wǎng)狀。在3-4點區(qū)間，合金的組織是奧氏體和二次滲碳體。到達(dá)4點時，奧氏體就發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，變成為珠光體。4點以下直至室溫，合金組織不再發(fā)生轉(zhuǎn)變?！诧@微組織如圖1-2二次滲碳體的數(shù)量也愈多。圖1-22 亞共析鋼的顯微組織×500 圖1-23 過共析鋼的顯微組織〔4〕4.3％)1-21中的合金Ⅳ是共晶白口鑄鐵。在高溫時處于液態(tài)，冷至l點時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：L4.3%

1℃〔AFeC〕3L-2點間，萊氏體中的奧氏2織不發(fā)生變化。1-24。圖1-24共晶白口鑄鐵的顯微組織圖1-25亞共晶白口鑄鐵的顯微組織圖1-26 過共晶白口鑄鐵的顯微組織亞共晶白口鑄鐵(2.11％~4.3％)和過共晶白口鑄鐵(4.3％~6.69％)的結(jié)〔AC、CD〕到共晶轉(zhuǎn)變線〔ECF〕之間，亞共晶白口鑄鐵先從金屬液中結(jié)晶出奧氏體，過共晶白口鑄鐵先從金屬液中結(jié)晶出一次滲碳體碳體＋低溫萊氏體，顯微組織如圖1-25。過共晶白口鑄鐵的室溫組織為一次滲碳體＋低溫1-26。四、任務(wù)實施依據(jù)鐵碳合金相圖分析可知：45鋼〔wc=0.45%〕結(jié)晶后得到單相奧氏體，隨著溫度降低，鐵發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，奧氏體一局部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，此時鋼組織為A+F，溫度連續(xù)下降到727C時發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，此時組織為P+F，始終到室溫組織不再變化。五、力量訓(xùn)練分析T8鋼的室溫組織及性能3T8為含碳量wc=0.8%P+FeC。3由于滲碳體組織硬而脆，所以T8鋼硬度高，有肯定塑韌性，故常常制作手工刃具。六、閱歷溝通鐵碳合金相圖的應(yīng)用聯(lián)系。對于金屬材料，相圖是爭論合金的重要工具，利用它可以大致推斷合金的組織性能、熱處理工藝性、鑄造性能及其他性能等，為材料的選用及工藝制定供給依據(jù)。在選材方面的應(yīng)用量漸漸削減，滲碳體的量則有所增加，合金的組織按以下挨次發(fā)生變化：FFPPPFeCPFeCL′L′FeC3 3 d d 33由此可知：含碳量越高，鋼中的硬脆相FeC越多，鋼的強度和硬度越高，而塑性和韌3性越低。但含碳量超過0.9％時，由于網(wǎng)狀滲碳體的消滅，使鋼的強度明顯降低，當(dāng)含碳量達(dá)1.3%~1.4%時，已不能保證工程使用。0.25%的鋼制作；對于工作中承受沖擊載荷，以及要求較高強度、塑韌性的機器零件，應(yīng)選用含碳量為0.25%~0.55%的鋼；對于要求耐磨性好、硬度高的各種工模具，應(yīng)選用碳含量大于0.55%的鋼；對于外形簡單、不受沖擊、要求耐磨的鑄件應(yīng)選用白口鑄鐵。在鑄造方面的應(yīng)用流淌性越差，分散縮孔也多，凝固后的枝晶偏析也越嚴(yán)峻，因此合金的鑄造性差般在液相線以上50~100℃。在熱處理方面的應(yīng)用有相的變化，故鋼和鑄鐵可以進(jìn)展退火、正火、淬火和回火等熱處理。另外，碳和其他合金學(xué)熱處理的緣由。這方面的應(yīng)用將在其次章中具體介紹。在鍛造方面的應(yīng)用單相奧氏體狀態(tài)，才具有較好的塑性，易于塑性變形。溫度愈高，塑性愈好，愈易產(chǎn)生塑性制在固相線以下100~200GS線以上；對于過共析鋼應(yīng)掌握在稍高于PSK線以上。問題爭論?什么是硬度，HBS、HBW、HRC各代表用什么方法測出的硬度?各種硬度測試方法的特點有何不同？簡述各力學(xué)性能指標(biāo)是在什么載荷作用下測試的？試對晶體、晶格、晶胞、單晶體和多晶體作簡潔解釋。常見金屬晶格類型有哪幾種?試?yán)L圖說明。晶體的各向異性是如何產(chǎn)生的？為何實際晶體一般都顯示不出各向異性？實際金屬晶體中存在哪些晶體缺陷？對性能有何影響？什么是過冷度？過冷度和冷卻速度有何關(guān)系？晶粒大小對力學(xué)性能有何影響，掌握晶粒大小的途徑有哪些？?解釋以下概念，并說明其性能和顯微組織特征：鐵素體，奧氏體，滲碳體，珠光體，萊氏體。FeFeC相圖，確定以下三種鋼在給定溫度時的組織。鋼號20鋼號20〔wc=0.2%〕T8〔wc=0.8%〕T12〔wc=1.