機械工程材料 第三章材料的凝固

1、第一節(jié)第一節(jié) 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶第二節(jié)第二節(jié) 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶第三節(jié)第三節(jié) 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖第四節(jié)第四節(jié) 凝固組織及其控制凝固組織及其控制 l物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣涛镔|(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。態(tài)的過程稱為凝固。l物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫镔|(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的過程稱為結(jié)晶。態(tài)的過程稱為結(jié)晶。l物質(zhì)由一個相轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)由一個相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€相的過程稱為另一個相的過程稱為相變。因而結(jié)晶過程相變。因而結(jié)晶過程是相變過程。是相變過程。玻璃制品玻璃制品水晶水晶l一一. 冷卻曲線與過冷度冷卻曲線與過冷度l二二. 結(jié)晶的一般過程結(jié)晶的一般過程l三三. . 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變l一、冷卻曲線與過

2、冷一、冷卻曲線與過冷l1、冷卻曲線、冷卻曲線l金屬結(jié)晶時溫度與時間的金屬結(jié)晶時溫度與時間的關(guān)系曲線稱冷卻曲線。曲關(guān)系曲線稱冷卻曲線。曲線上水平階段所對應(yīng)的溫線上水平階段所對應(yīng)的溫度稱實際結(jié)晶溫度度稱實際結(jié)晶溫度T1。l曲線上水平階段是由于結(jié)曲線上水平階段是由于結(jié)晶時放出結(jié)晶潛熱引起的晶時放出結(jié)晶潛熱引起的. 純金屬的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線l2、過冷與過冷度、過冷與過冷度l純金屬都有一個理論結(jié)晶溫度純金屬都有一個理論結(jié)晶溫度T0(熔點或平衡結(jié)晶熔點或平衡結(jié)晶溫度溫度)。在該溫度下。在該溫度下, 液體和晶體處于動平衡狀態(tài)。液體和晶體處于動平衡狀態(tài)。l結(jié)晶只有在結(jié)晶只有在T0以下的實際以下的實際

3、結(jié)晶溫度下才能進行。結(jié)晶溫度下才能進行。霧凇霧凇l液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度以下開始結(jié)晶的現(xiàn)象度以下開始結(jié)晶的現(xiàn)象稱過冷。稱過冷。l理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差晶溫度的差 T稱過冷度稱過冷度 T= T0 T1l過冷度大小與冷卻速度過冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越大，過冷有關(guān)，冷速越大，過冷度越大。度越大。l1、結(jié)晶的基本過程、結(jié)晶的基本過程l結(jié)晶由晶核的形成和晶核結(jié)晶由晶核的形成和晶核的長大兩個基本過程組成的長大兩個基本過程組成.l液態(tài)金屬中存在著原子排液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)則的小原子團，它們列規(guī)則的小原子團，它們時聚時散，稱為晶坯。在時聚時散，稱為晶

4、坯。在T0以下以下, 經(jīng)一段時間后經(jīng)一段時間后(即即孕育期孕育期), 一些大尺寸的晶一些大尺寸的晶坯將會長大，稱為晶核。坯將會長大，稱為晶核。T0T1T液體和晶體自由能隨溫度變化液體和晶體自由能隨溫度變化晶核半徑與晶核半徑與G關(guān)系關(guān)系l晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核產(chǎn)生。晶核不斷形成，不斷長大，直到晶核產(chǎn)生。晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失。每個晶核最終長成一個晶粒，液體完全消失。每個晶核最終長成一個晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。兩晶粒接觸后形成晶界。l2、晶核的形成方式、晶核的形成方式l形核有兩種方式，即均勻形核和非均勻形核。形核有兩種

5、方式，即均勻形核和非均勻形核。l由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核稱均勻形核。由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核稱均勻形核。l以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱非均勻形核。以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱非均勻形核。非均勻形核更為普遍。非均勻形核更為普遍。均勻形核均勻形核非均勻形核示意圖非均勻形核示意圖l3、晶核的長大方式、晶核的長大方式l晶核的長大方式有兩種，即均勻長大和樹枝狀長大。晶核的長大方式有兩種，即均勻長大和樹枝狀長大。均勻長大均勻長大l在正溫度梯度下，晶體生長以平面狀態(tài)向前推進。在正溫度梯度下，晶體生長以平面狀態(tài)向前推進。正溫度梯度正溫度梯度l實際金屬結(jié)晶主要以樹枝狀長大實際金屬結(jié)晶

6、主要以樹枝狀長大.l這是由于存在這是由于存在負(fù)溫度梯度，負(fù)溫度梯度，且且晶晶核棱角處的散熱條件好，生長快，核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成一次軸，一次軸又會產(chǎn)生先形成一次軸，一次軸又會產(chǎn)生二次軸二次軸，樹枝間最后被填充。，樹枝間最后被填充。負(fù)溫度梯度負(fù)溫度梯度金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶冰的樹枝晶 構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于相變之一相變之一固態(tài)相變。固態(tài)相變。l1、鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變l鐵在固態(tài)冷卻過程中有兩次鐵在固態(tài)冷卻過程中有兩次晶體結(jié)構(gòu)變化，其變化為：晶體結(jié)構(gòu)變化，其變化為：1394912 -F

7、e -Fe -Fel物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象稱同素異物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象稱同素異純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變l -Fe、 -Fe為體心立方結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)， -Fe為面心立為面心立方結(jié)構(gòu)方結(jié)構(gòu)(FCC)。都是鐵的同素異構(gòu)體。都是鐵的同素異構(gòu)體。 -Fe -Fel2、固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點、固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點l形核一般在某些特定部形核一般在某些特定部位發(fā)生（如晶界、晶內(nèi)缺位發(fā)生（如晶界、晶內(nèi)缺陷、特定晶面等）。陷、特定晶面等）。l由于固態(tài)下擴散困難，由于固態(tài)下擴散困難，因而過冷傾向大。因而過冷傾向大。l固態(tài)轉(zhuǎn)變伴隨著體積變固態(tài)轉(zhuǎn)變伴隨著體積變化，易造成很大內(nèi)應(yīng)

8、力?；自斐珊艽髢?nèi)應(yīng)力。固態(tài)相變的晶界形核固態(tài)相變的晶界形核(Sn-0.5%Cu鑄態(tài)，鑄態(tài)，255K)l一、二元相圖的建立一、二元相圖的建立l二、二元相圖的基本類型與分析二、二元相圖的基本類型與分析l1、二元勻晶相圖、二元勻晶相圖l2、二元共晶相圖、二元共晶相圖l3、二元包晶相圖、二元包晶相圖l4、形成穩(wěn)定化合物的二元相圖、形成穩(wěn)定化合物的二元相圖l5、具有共析反應(yīng)的二元相圖、具有共析反應(yīng)的二元相圖l6、二元相圖的分析步驟、二元相圖的分析步驟l7、相圖與合金性能之間的關(guān)系、相圖與合金性能之間的關(guān)系l合金的結(jié)晶過程比純金屬復(fù)雜，常用相圖合金的結(jié)晶過程比純金屬復(fù)雜，常用相圖(Phase Diag

9、rams)進行分析進行分析.l相圖是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結(jié)晶過程的相圖是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結(jié)晶過程的簡明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。簡明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。l合金系是指由兩個或兩個以上元素按不同比例配制的合金系是指由兩個或兩個以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。一系列不同成分的合金。l組元是指組成合金的最簡單、組元是指組成合金的最簡單、最基本、能夠獨立存在的物最基本、能夠獨立存在的物質(zhì)。質(zhì)。l多數(shù)情況下組元是指組成合多數(shù)情況下組元是指組成合金的元素。但對于既不發(fā)生金的元素。但對于既不發(fā)生分解、又不發(fā)生任何反應(yīng)的分解、又不發(fā)生任何反應(yīng)的化合物也可看作組

10、元化合物也可看作組元, 如如Fe-C合金中的合金中的Fe3C。Cu-Ni合金相圖合金相圖L 成分（成分（wt %Ni）溫度（溫度（）CuNil相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。藝的重要依據(jù)。l根據(jù)組元數(shù)根據(jù)組元數(shù), , 分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。Fe-C二元相圖二元相圖三元相圖三元相圖l幾乎所有的相圖都是通過實驗得到的，最常用的是幾乎所有的相圖都是通過實驗得到的，最常用的是熱分析法。熱分析法

11、。l二元相圖的建立步驟為：二元相圖的建立步驟為：以以Cu-Ni合金合金(白銅白銅)為例為例l1. 配制不同成分的合金，測出各合金的冷卻曲線，配制不同成分的合金，測出各合金的冷卻曲線，找出曲線上的臨界點（停歇點或轉(zhuǎn)折點）。找出曲線上的臨界點（停歇點或轉(zhuǎn)折點）。l2. 將臨界點標(biāo)在溫度將臨界點標(biāo)在溫度-成分坐標(biāo)中的成分垂線上。成分坐標(biāo)中的成分垂線上。l3. 將垂線上相同意義的點連接起來，并標(biāo)上相應(yīng)將垂線上相同意義的點連接起來，并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字和字母。的數(shù)字和字母。l相圖中，結(jié)晶開始點的連線叫液相線。結(jié)晶終了相圖中，結(jié)晶開始點的連線叫液相線。結(jié)晶終了點的連線叫固相線。點的連線叫固相線。l兩組元在液態(tài)

12、和固兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無限互溶時態(tài)下均無限互溶時所構(gòu)成的相圖稱二所構(gòu)成的相圖稱二元勻晶相圖。元勻晶相圖。l以以Cu-Ni合金為例合金為例進行分析。進行分析。1、二元勻晶相圖、二元勻晶相圖l相圖由兩條線構(gòu)成，相圖由兩條線構(gòu)成，上面是液相線，下面上面是液相線，下面是固相線。是固相線。l相圖被兩條線分為三相圖被兩條線分為三個相區(qū)，液相線以上個相區(qū)，液相線以上為液相區(qū)為液相區(qū)L L ，固相線，固相線以下為以下為 固溶體區(qū)，固溶體區(qū)，兩條線之間為兩相共兩條線之間為兩相共存的兩相區(qū)（存的兩相區(qū)（L+ L+ ）。）。 LL+ 成分成分（wt%Ni）溫度溫度（）CuNi液相線固相線A portion of

13、 the copper-nickel phase diagram for which compositions and phase amounts are determined at point Bl 合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程 liquidus; solidus temperaturel除純組元外，其它成分合金結(jié)晶過程相似，以除純組元外，其它成分合金結(jié)晶過程相似，以合合金為例說明。金為例說明。l當(dāng)液態(tài)金屬自當(dāng)液態(tài)金屬自高溫冷卻到高溫冷卻到 t1溫度時，開始溫度時，開始結(jié)晶出成分為結(jié)晶出成分為 1的固溶體，的固溶體，其其Ni含量高于含量高于合金平均成分合金平均成分L L+ l隨溫度下降，隨溫

14、度下降，固溶體重量增固溶體重量增加，液相重量加，液相重量減少。同時，減少。同時，液相成分沿液液相成分沿液相線變化，固相線變化，固相成分沿固相相成分沿固相線變化。線變化。l這種從液相中結(jié)晶出單一固相的轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變這種從液相中結(jié)晶出單一固相的轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變或勻晶反應(yīng)。或勻晶反應(yīng)。l成分變化是通過原子擴散完成的。當(dāng)合金冷卻到成分變化是通過原子擴散完成的。當(dāng)合金冷卻到t3時，最后一滴時，最后一滴L3成分的液體也轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w，此時成分的液體也轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w，此時 固溶體的成分又變固溶體的成分又變回到合金成分回到合金成分 3上上來。來。l液固相線不僅是相液固相線不僅是相區(qū)分界線區(qū)分界線, 也是結(jié)也是結(jié)

15、晶時兩相的成分變晶時兩相的成分變化線；勻晶轉(zhuǎn)變是化線；勻晶轉(zhuǎn)變是變溫轉(zhuǎn)變。變溫轉(zhuǎn)變。l 杠桿定律杠桿定律 (Level Rule)l處于兩相區(qū)的合金，不僅由相圖可知道兩平衡相的處于兩相區(qū)的合金，不僅由相圖可知道兩平衡相的成分，還可用杠桿定律求出兩平衡相的相對重量。成分，還可用杠桿定律求出兩平衡相的相對重量。l現(xiàn)以現(xiàn)以Cu-Ni合金為例推導(dǎo)杠桿定律：合金為例推導(dǎo)杠桿定律：l 確定兩平衡相的成分：設(shè)合金成分為確定兩平衡相的成分：設(shè)合金成分為x，過，過x做成做成分垂線。在成分垂線相當(dāng)分垂線。在成分垂線相當(dāng)于溫度于溫度t 的的o點作水平線，點作水平線，其與液固相線交點其與液固相線交點a、b所所對應(yīng)的成

16、分對應(yīng)的成分x1、x2即分別即分別為液相和固相的成分。為液相和固相的成分。12 tl則則 QL + Q =1 QL x1 + Q x2 =x 解方程組得解方程組得121122LxxxxQxxxxQ l式中的式中的x2-x、x2-x1、x-x1即為相圖中線段即為相圖中線段xx2 (ob)、x1x2 (ab)、 x1x(ao)的長度。的長度。l 確定兩平衡相的相對重量確定兩平衡相的相對重量l設(shè)合金的重量為設(shè)合金的重量為1，液相重量為，液相重量為QL，固相重量為，固相重量為Q 。l因此兩相的相對因此兩相的相對重量百分比為：重量百分比為：abaoxxxxQabobxxxxQ211212L 21L12L

17、xxQxxQ)aoob(xxxxQQ 或或l上式與力學(xué)中的杠桿定律完全相似，因此稱之為杠桿上式與力學(xué)中的杠桿定律完全相似，因此稱之為杠桿定律。即合金在某溫度下兩平衡相的重量比等于該溫定律。即合金在某溫度下兩平衡相的重量比等于該溫度下與各自相區(qū)距離較遠(yuǎn)的成分線段之比。度下與各自相區(qū)距離較遠(yuǎn)的成分線段之比。l在杠桿定律中，杠桿的支點是合金的成分，杠桿的端在杠桿定律中，杠桿的支點是合金的成分，杠桿的端點是所求的兩平衡相（或兩組織組成物）的成分。點是所求的兩平衡相（或兩組織組成物）的成分。l杠桿定律只適用于兩相區(qū)。杠桿定律只適用于兩相區(qū)。l例例（如圖）（如圖）%5 .61%10045. 058. 04

18、5. 053. 0 Q%5 .38%10045. 058. 053. 058. 0 LQl合金的結(jié)晶只有在緩慢冷卻合金的結(jié)晶只有在緩慢冷卻條件下才能得到成分均勻的條件下才能得到成分均勻的固溶體。但實際冷速較快，固溶體。但實際冷速較快，結(jié)晶時固相中的原子來不及結(jié)晶時固相中的原子來不及擴散，使先結(jié)晶出的枝晶軸擴散，使先結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高熔點元素（如含有較多的高熔點元素（如Cu-Ni合金中的合金中的Ni）, 后結(jié)晶后結(jié)晶的枝晶間含有較多的低熔點的枝晶間含有較多的低熔點元素元素(如如Cu-Ni合金中的合金中的Cu)。l 枝晶偏析枝晶偏析(Coring)l在一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)成分不均

19、勻的在一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象稱作枝晶偏析?，F(xiàn)象稱作枝晶偏析。l不僅與冷速有關(guān)，而且與液固相線的間距有關(guān)。不僅與冷速有關(guān)，而且與液固相線的間距有關(guān)。l冷速越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。冷速越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。l枝晶偏析會影響合金的力學(xué)、耐蝕、加工等性能。枝晶偏析會影響合金的力學(xué)、耐蝕、加工等性能。l生產(chǎn)上常將鑄件加熱到固相線以下生產(chǎn)上常將鑄件加熱到固相線以下100-200長時長時間保溫，以使原子充分?jǐn)U散、成分均勻，消除枝間保溫，以使原子充分?jǐn)U散、成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作擴散退火。晶偏析，這種熱處理工藝稱作擴散退火。Cu-Ni

20、合金的合金的平衡組織與枝晶偏析組織平衡組織與枝晶偏析組織平衡組織平衡組織枝晶偏析組織枝晶偏析組織l當(dāng)兩組元在液態(tài)當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶固態(tài)下有限互溶,并發(fā)生共晶反應(yīng)并發(fā)生共晶反應(yīng)時所構(gòu)成的相圖時所構(gòu)成的相圖稱作共晶相圖。稱作共晶相圖。l以以 Pb-Sn 相圖為相圖為例進行分析。例進行分析。Pb-Sn合金相圖合金相圖成分（成分（wt%Sn）溫度（溫度（）PbSnl 相圖分析相圖分析l 相：相圖中有相：相圖中有L、 、 三種相三種相, 是溶質(zhì)是溶質(zhì)Sn在在 Pb中的固溶體，中的固溶體， 是溶是溶質(zhì)質(zhì)Pb在在Sn中的固溶體。中的固溶體。l 相區(qū)：相圖中有三個相區(qū)：相

21、圖中有三個單相區(qū)：單相區(qū)： L、 、 ；三；三個兩相區(qū)：個兩相區(qū)： L+ 、L+ 、 + ；一個三相區(qū)：即；一個三相區(qū)：即水平線水平線CED。ABl 固溶線固溶線: 溶解度溶解度點的連線稱固溶線點的連線稱固溶線。相圖中的相圖中的CF、DG線分別為線分別為 Sn在在 Pb中和中和 Pb在在 Sn中的中的固溶線。固溶線。l固溶體的溶解度隨固溶體的溶解度隨溫度降低而下降。溫度降低而下降。l 液固相線：液相線液固相線：液相線AEB，固相線，固相線ACEDB。A、B分別為分別為Pb、Sn的熔點。的熔點。AB在一定溫度下，由一定成在一定溫度下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩個分的液相同時結(jié)晶出兩個成分和結(jié)構(gòu)

22、都不相同的新成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變稱作共晶轉(zhuǎn)變固相的轉(zhuǎn)變稱作共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。或共晶反應(yīng)。 l 共晶線：水平線共晶線：水平線CED叫做共晶線。叫做共晶線。l在共晶線對應(yīng)的溫度下（在共晶線對應(yīng)的溫度下（183 ），），E點成分的合金同點成分的合金同時結(jié)晶出時結(jié)晶出C點成分的點成分的 固溶體和固溶體和D點成分的點成分的 固溶體，固溶體，形成這兩個相的機械混形成這兩個相的機械混 合物：合物：LE ( C + D)ABl共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，即兩共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，即兩相的機械混合物稱共晶相的機械混合物稱共晶體或共晶組織。發(fā)生共體或共晶組織。發(fā)生共晶反應(yīng)的溫度稱共晶溫晶反應(yīng)的溫度稱共晶溫度。代表共晶

23、溫度和共度。代表共晶溫度和共晶成分的點稱共晶點。晶成分的點稱共晶點。Pb-Sn共晶組織共晶組織共晶體長大示意圖共晶體長大示意圖 Sn原子原子擴散擴散Pb原子原子擴散擴散l具有共晶成分的合金稱共晶合金。在共晶線上，凡具有共晶成分的合金稱共晶合金。在共晶線上，凡成分位于共晶點以左的合金稱亞共晶合金，位于共成分位于共晶點以左的合金稱亞共晶合金，位于共 晶點以右的合晶點以右的合金稱過共晶合金稱過共晶合金。金。l凡具有共晶線凡具有共晶線成分的合金液成分的合金液體冷卻到共晶體冷卻到共晶溫度時都將發(fā)溫度時都將發(fā)生共晶反應(yīng)。生共晶反應(yīng)。L+ CDABl 合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程l 含含Sn量小于量小于C點

24、合金點合金(合金合金)的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程l在在3點以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相點以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相 固溶體，這種固溶體，這種直接從液相中結(jié)晶出的固相稱一次相或初生相。直接從液相中結(jié)晶出的固相稱一次相或初生相。.2l溫度降到溫度降到3點以下，點以下， 固溶體被固溶體被Sn過飽和，由于晶過飽和，由于晶格不穩(wěn)，開始析出（相變過程也稱析出）新相格不穩(wěn)，開始析出（相變過程也稱析出）新相 相。由已有固相析出的新固相稱二次相或次生相。相。由已有固相析出的新固相稱二次相或次生相。l形成二次相的過程稱二次析出形成二次相的過程稱二次析出, 是固態(tài)相變的一種。是固態(tài)相變的一種。Hl由于二次由于二次相析出溫相

25、析出溫度較低，度較低，一般十分一般十分細(xì)小。細(xì)小。%1004 FGFQ 室溫下室溫下 的相對重量百分比為：的相對重量百分比為：l由由 析出的二次析出的二次 用用 表示。表示。l隨溫度下降，隨溫度下降， 和和 相的成分分別沿相的成分分別沿CF線和線和DG線變線變化，化， 的重量增加。的重量增加。Q Ql合金室溫組織合金室溫組織為為 + 。l成分大于成分大于 D點合金結(jié)晶點合金結(jié)晶過程與過程與合金相似，室合金相似，室溫組織為溫組織為 + 。ABCDEFGl 共晶合金共晶合金(合金合金)的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程l液態(tài)合金冷卻到液態(tài)合金冷卻到E 點時同時被點時同時被Pb和和Sn飽和飽和, 發(fā)生共發(fā)生共晶反

26、應(yīng)：晶反應(yīng)：LE ( C+ D) 。19.2wt%Sn溫度, 1l析出過程中兩相相間析出過程中兩相相間形核、互相促進、共形核、互相促進、共同長大，因而共晶組同長大，因而共晶組織較細(xì)，呈片、棒、織較細(xì)，呈片、棒、點球等形狀。點球等形狀。層片狀層片狀(Al-CuAl2定向凝固定向凝固)條棒狀條棒狀(Sb-MnSb橫截面橫截面)螺旋狀（螺旋狀（Zn-Mg）Pb-Sn共晶組織共晶組織針狀共晶針狀共晶樹枝狀共晶樹枝狀共晶放射狀共晶放射狀共晶螺旋狀共晶螺旋狀共晶l在共晶轉(zhuǎn)變過程中，在共晶轉(zhuǎn)變過程中，L、 、 三相共存三相共存, 三個相的三個相的量在不斷變化，但它們各量在不斷變化，但它們各自成分是固定的。自

27、成分是固定的。l共晶組織中的相稱共晶相共晶組織中的相稱共晶相.共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時，共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時， 和和 相的相對重量百分比為：相的相對重量百分比為：%6 .54%100%4 .45%1002 .195 .979 .615 .97%100 QQCDEDQE(61.9)D(97.5)C(19.2)l共晶結(jié)束后，隨溫度下降，共晶結(jié)束后，隨溫度下降， 和和 的成分分別沿的成分分別沿CF線線和和DG線變化，并從共晶線變化，并從共晶 中析出中析出 ，從共晶，從共晶 中析中析出出 ，由于共晶組織細(xì)，由于共晶組織細(xì)， 與共晶與共晶 結(jié)合，結(jié)合， 與共與共晶晶 結(jié)合，共晶合金的室溫組織仍為結(jié)合，共晶合金的室溫組織

28、仍為 ( + ) 共晶體。共晶體。室溫下兩相的相對重量百分比是多少？室溫下兩相的相對重量百分比是多少？FGFEQ,FGGEQ Pb-Sn共晶合金組織共晶合金組織l 亞共晶合金亞共晶合金(合金合金)的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程l合金液體在合金液體在2點以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到點以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到2點，固相成點，固相成分變化到分變化到C點，液相成分變化到點，液相成分變化到E點點, 此時兩相的相對此時兩相的相對重量為：重量為：%1002%,1002)( CEEQCECQQEL l在在2點，具有點，具有E點成分的剩余液體發(fā)生共晶反應(yīng)：點成分的剩余液體發(fā)生共晶反應(yīng)： L ( + ) ，轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織，共晶體的

29、重量與轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織，共晶體的重量與轉(zhuǎn)變前的液相重量相等變前的液相重量相等, 即即QE =QLl反應(yīng)結(jié)束后，在共晶溫度下反應(yīng)結(jié)束后，在共晶溫度下 、 兩相的相對重量百兩相的相對重量百分比為：分比為：%1002%,1002 CDCQCDDQ %CEEQ%,CEC10021002 l溫度繼續(xù)下降，將從一次溫度繼續(xù)下降，將從一次 和共晶和共晶 中析出中析出 ，從，從共晶共晶 中析出中析出 。其室溫。其室溫組織為組織為 + ( + ) + 。亞共晶合金亞共晶合金的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程l 過共晶合金結(jié)晶過程過共晶合金結(jié)晶過程l與亞共晶合金相似，不同的與亞共晶合金相似，不同的是一次相為是一次相為 , 二

30、次相為二次相為 l室溫組織為室溫組織為 +( + )+ 。l 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l組織組成物是指組成合金顯微組織的獨立部分。組織組成物是指組成合金顯微組織的獨立部分。l 和和 , 和和 ,共晶體共晶體( + )都是組都是組織組成物?？椊M成物。l相與相之間相與相之間的差別主要的差別主要在結(jié)構(gòu)和成在結(jié)構(gòu)和成分上。分上。l組織組成物之間的差別主要在形態(tài)上。如組織組成物之間的差別主要在形態(tài)上。如 、 和共晶和共晶 的結(jié)構(gòu)成分相同，屬同一個相，但它們的的結(jié)構(gòu)成分相同，屬同一個相，但它們的形態(tài)不同，分屬不同的組織組成物。形態(tài)不同，分屬不同的組織組成物。l將組織組成物標(biāo)注在相圖

31、中，可使所標(biāo)注的組織與將組織組成物標(biāo)注在相圖中，可使所標(biāo)注的組織與顯微鏡下觀察到的組織一致。顯微鏡下觀察到的組織一致。Pb-Sn亞共晶組織亞共晶組織組織組成組織組成物在相圖物在相圖上的標(biāo)注上的標(biāo)注l共析轉(zhuǎn)變也是固共析轉(zhuǎn)變也是固態(tài)相變。態(tài)相變。l最常見的共析轉(zhuǎn)最常見的共析轉(zhuǎn)變是鐵碳合金中變是鐵碳合金中的珠光體轉(zhuǎn)變的珠光體轉(zhuǎn)變: S P+ Fe3C 。l共析反應(yīng)共析反應(yīng)(共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變)是指在一定溫度下，由一定成是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時析出兩個成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固分的固相同時析出兩個成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過程。相的過程。PS( 奧氏體，奧氏體， 鐵素體，鐵素體，F(xiàn)e3C滲

32、碳體滲碳體)鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖l共析反應(yīng)的產(chǎn)物是共析體（鐵碳合金中的共析體稱珠共析反應(yīng)的產(chǎn)物是共析體（鐵碳合金中的共析體稱珠光體），也是兩相的機械混合物（鐵素體光體），也是兩相的機械混合物（鐵素體+滲碳體滲碳體)。l與共晶反應(yīng)不同與共晶反應(yīng)不同的是，共析反應(yīng)的是，共析反應(yīng)的母相是固相，的母相是固相，而不是液相。而不是液相。l另外，由于固態(tài)另外，由于固態(tài)轉(zhuǎn)變過冷度大，轉(zhuǎn)變過冷度大，因而共析組織比因而共析組織比共晶組織細(xì)。共晶組織細(xì)。珠光體珠光體lPearlite is a two-phased, lamellar (or layered) structure composed of alt

33、ernating layers of alpha-ferrite (88 wt%) and cementite (12%) that occurs in some steels and cast irons. 恒溫下由一個固相同時恒溫下由一個固相同時析出兩個成分結(jié)構(gòu)不同析出兩個成分結(jié)構(gòu)不同的新固相。的新固相。 + 共析反應(yīng)共析反應(yīng)恒溫下由一個液相包著恒溫下由一個液相包著一個固相生成另一個新一個固相生成另一個新的固相。的固相。L + 包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)恒溫下由一個液相同時恒溫下由一個液相同時結(jié)晶出兩個成分結(jié)構(gòu)不結(jié)晶出兩個成分結(jié)構(gòu)不同的新固相。同的新固相。L L + 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)說明說明反應(yīng)式反

34、應(yīng)式圖形特征圖形特征反應(yīng)名稱反應(yīng)名稱常見三相等溫水平線上的反應(yīng)常見三相等溫水平線上的反應(yīng)l鐵碳合金鐵碳合金碳鋼和碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用最廣的合金。最廣的合金。l含碳量為含碳量為0.0218% 2.11%的稱鋼的稱鋼l含碳量為含碳量為 2.11% 6.69%的稱鑄鐵。的稱鑄鐵。lSteel is an alloy consisting mostly of iron, with a carbon content between 0.2% and 2.04% by weight, depending on grade. Carbon is the most cost-effectiv

35、e alloying material for iron, but various other alloying elements are used such as manganese, chromium, vanadium, and tungsten. Carbon and other elements act as a hardening agent, preventing dislocations in the iron atom crystal lattice from sliding past one another. l鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：

36、Fe3C、 Fe2C、 FeC，它們都可以作為純組元看待。，它們都可以作為純組元看待。l含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）時，合金太脆，）時，合金太脆，已無實用價值。已無實用價值。l實際所討論的鐵碳合金相圖是實際所討論的鐵碳合金相圖是Fe- Fe3C相圖。相圖。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%) 鐵碳合金相圖是鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最研究鐵碳合金最基本的工具，是基本的工具，是研究碳鋼和鑄鐵研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、的成分、溫度、組織及性能之間組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)關(guān)系的理論基礎(chǔ),是制定熱加工、是制定熱加工、熱處理、冶煉和熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù)鑄造等

37、工藝依據(jù).l碳在碳在-Fe中的固溶體稱中的固溶體稱 -鐵素體，用鐵素體，用 表示。表示。 l都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在在727時最大為時最大為0.0218%，室溫下僅為，室溫下僅為0.0008%。l鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。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鐵素體鐵素體, 用用F 或或 表示。表示。 lFerrite or alpha iron (-Fe) is a materials sci

38、ence term for iron, or a solid solution with iron as the main constituent, with a body centred cubic crystal structure. It is the component which gives steel and cast iron their magnetic properties, and is the classic example of a ferromagnetic material. l 奧氏體奧氏體:l碳在碳在 -Fe中的固溶體稱奧氏體。用中的固溶體稱奧氏體。用A或或 表

39、示。表示。l是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，大，1148時最大為時最大為2.11%。l組織為不規(guī)則多面體組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強晶粒，晶界較直。強度低、塑性好，鋼材度低、塑性好，鋼材熱加工都在熱加工都在 區(qū)進行區(qū)進行.l碳鋼室溫組織中無奧碳鋼室溫組織中無奧氏體。氏體。奧氏體奧氏體lAustenite (or gamma phase iron) is a metallic non-magnetic solid solution of iron and an alloying element. In plain-carbon

40、steel, austenite exists above the critical eutectoid temperature of 1000 K (about 727 C); other alloys of steel have different eutectoid temperatures. It is named after Sir William Chandler Roberts-Austen. (1843-1902)l 滲碳體：即滲碳體：即Fe3C, 含碳含碳6.69%, 用用Fe3C或或Cm表示。表示。lFe3C硬度高硬度高、強度低強度低( b 35MPa), 脆性大脆性大,

41、塑性幾乎為零塑性幾乎為零lFe3C是一個亞穩(wěn)相，在一是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：定條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), 該反該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。應(yīng)對鑄鐵有重要意義。l由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以碳合金中主要以Fe3C或石或石墨的形式存在。墨的形式存在。 鑄鐵中的石墨鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體鋼中的滲碳體lCementite (Delta Iron) or iron carbide is a chemical compound with the formula Fe3C (or Fe2C:Fe),

42、 and an orthorhombic crystal structure. It is a hard, brittle material, normally classified as a ceramic in its pure form, though it is more important in metallurgy. 二、鐵碳合金相圖的分析二、鐵碳合金相圖的分析l 特征點特征點 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + l 特征線特征線l 液相線液相線ABCD， 固相線固相線AHJECFD l 三條水平線：三條水平線：lHJB：包晶線：包晶線LB+H J lECF：共晶

43、線：共晶線LC E+Fe3Cl共晶產(chǎn)物是共晶產(chǎn)物是 與與Fe3C的機械的機械混合物，稱作萊氏體混合物，稱作萊氏體, 用用Le表示。為蜂窩狀表示。為蜂窩狀, 以以Fe3C為為基，性能硬而脆?；阅苡捕?。萊氏體萊氏體lPSK：共析線：共析線 S FP+ Fe3Cl共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是 與與Fe3C的機械混合物，稱的機械混合物，稱作珠光體，用作珠光體，用P表示。表示。珠光體珠光體L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3Cl珠光體的組織特點是珠光體的組織特點是兩相呈片層相間分布兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。性能介于兩相之間。 PSK線又稱線又稱A1線線 。l

44、其它相線其它相線lGS,GP 固溶體固溶體轉(zhuǎn)變線轉(zhuǎn)變線, GS又稱又稱A3 線。線。lHN,JN 固溶體固溶體轉(zhuǎn)變線，轉(zhuǎn)變線，lES碳在碳在 -Fe中的固中的固溶線。又稱溶線。又稱Ac m線。線。lPQ碳在碳在 -Fe中的固中的固溶線。溶線。l 三個三相區(qū)：即三個三相區(qū)：即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三條水平線三條水平線 l 相區(qū)相區(qū)l 五個單相區(qū)：五個單相區(qū)： L、 、 、 、Fe3C l 七個兩相區(qū)七個兩相區(qū): L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C l 鋼鋼(0.02182.11%C)高溫組織為單相高

45、溫組織為單相 l 亞共析鋼亞共析鋼 (0.02180.77%C)l 共析鋼共析鋼 (0.77%C)l 過共析鋼過共析鋼 (0.772.11%C)l鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：l 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵(0.0218% C) 組織為單相鐵素體。組織為單相鐵素體。亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過共析鋼過共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵l 白口鑄鐵白口鑄鐵 (2.116.69%C) 鑄造性能好鑄造性能好, 硬而脆硬而脆l(xiāng) 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 (2.114.3%C)l 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵(4.

46、3%C)l 過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 (4.36.69%C)l工業(yè)純鐵的工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程結(jié)晶過程 l合金液體在合金液體在1-2點間轉(zhuǎn)變?yōu)辄c間轉(zhuǎn)變?yōu)?，3-4點間點間 ，5-6點間點間 。到到7點，從點，從 中中析出析出Fe3C。NSJBH L+ + + l工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程 隨溫度下降，隨溫度下降，F(xiàn)e3C量不斷量不斷增加，合金的增加，合金的室溫下組織為室溫下組織為F+ Fe3C。l室溫下室溫下Fe3C最大量為最大量為: %3 . 0%1000008. 069. 60008. 00218. 0III3CFe Ql從鐵素體中析出的滲碳體稱三次滲碳體，用從鐵素體中析出的滲碳

47、體稱三次滲碳體，用Fe3C表示。表示。 Fe3C以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。l 共析鋼的結(jié)晶過程共析鋼的結(jié)晶過程 l合金液體在合金液體在1-2點間轉(zhuǎn)變點間轉(zhuǎn)變?yōu)闉?。到。到S點點發(fā)生共析轉(zhuǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：變： S P+Fe3C, 全部轉(zhuǎn)變?nèi)哭D(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。為珠光體。l共析鋼的結(jié)晶過程共析鋼的結(jié)晶過程l珠光體在光鏡下呈指紋狀珠光體在光鏡下呈指紋狀.l變結(jié)束時，珠光體中相的變結(jié)束時，珠光體中相的相對重量百分比為：相對重量百分比為：l珠光體中的滲碳體稱共析珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。滲碳體。lS點以下，共析點以下，共析 中析出中析出Fe3C，與共析，與共析Fe3C結(jié)合

48、結(jié)合不易分辨。室溫組織為不易分辨。室溫組織為P.%.%.%Q,%.PKSKQC Fe321188810088802180696770696 珠光體珠光體Ql室溫下，珠光體中兩室溫下，珠光體中兩相的相對重量百分比相的相對重量百分比是多少？是多少？%.%.%Q%.QLLQC Fe3511588100588000806967706964 Q43219l 亞共析鋼的結(jié)晶過程亞共析鋼的結(jié)晶過程l0.090.53%C亞共析鋼亞共析鋼冷卻時發(fā)生包晶反應(yīng)冷卻時發(fā)生包晶反應(yīng).l以以0.45%C的鋼為例的鋼為例l合金在合金在4點以前通過勻點以前通過勻晶晶包晶包晶勻晶反應(yīng)全勻晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)椴哭D(zhuǎn)變?yōu)?。到。到4點，

49、由點，由 中析出中析出 。到。到5點點, 成分沿成分沿GS線變到線變到S點，點， 發(fā)生發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。溫度繼續(xù)下降，共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。溫度繼續(xù)下降， 中析出中析出Fe3C，由于與共析，由于與共析Fe3C結(jié)合結(jié)合, 且量少且量少, 忽略不計忽略不計. +Fe3CGSPABJH亞共析鋼的結(jié)晶過程亞共析鋼的結(jié)晶過程l利用平衡組織中珠光體所利用平衡組織中珠光體所占的面積百分比，可以近占的面積百分比，可以近似估算亞共析鋼的含碳量似估算亞共析鋼的含碳量:C%=P面積面積%0.77% (忽略忽略 中含碳量，中含碳量，P面積面積%=QP)共析溫度下相的相對重量為：共析溫度下相的相對重量為： %P

50、KKQ%,PKPQCFe100510053 組織組成物的相對重量為：組織組成物的相對重量為： %PSSQ%PSPQP10051005 ，Sl室溫下相的相對重量室溫下相的相對重量百分比為：百分比為：l室溫下組織組成物的相對重量百分比為：室溫下組織組成物的相對重量百分比為：CFeCFeQ%QLLQ%.CQLQQ33100610000080696000806 PPQ%QS SQ%,.CQSQQ 100610000080770000806 Sl亞共析鋼室溫下的組織亞共析鋼室溫下的組織為為F+P。l在在0.02180.77%C 范圍范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。增加而增加。含含

51、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l 過共析鋼的結(jié)晶過程過共析鋼的結(jié)晶過程 l合金在合金在12點轉(zhuǎn)變?yōu)辄c轉(zhuǎn)變?yōu)?, 到到3點點, 開始析出開始析出Fe3C。從奧氏。從奧氏體中析出的體中析出的Fe3C稱二次滲碳體稱二次滲碳體, 用用Fe3C表示表示, 其沿晶其沿晶界呈網(wǎng)狀分布界呈網(wǎng)狀分布.l溫度下降溫度下降, Fe3C量增加。量增加。到到4點，點， 成分成分沿沿ES線變化到線變化到S點，余下的點，余下的 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镻。在共析溫度下在共析溫度下FeFe3 3C C的相對量？的相對量？過共析鋼的結(jié)晶過程過共析鋼的結(jié)晶過程l過共析鋼室溫組織為

52、過共析鋼室溫組織為P+ Fe3C 。lFe3C量隨含碳量而增加量隨含碳量而增加, 含碳量為含碳量為2.11%時時, Fe3C量最大：量最大：%6 .22%10077. 069. 677. 011. 23 IICFeQ含含1.4%C鋼的組織鋼的組織l室溫下兩相的相對室溫下兩相的相對重量百分比：重量百分比： Q%QLQQ%.C.QLLQCFe 10051000008069669653l室溫下兩組織組成物室溫下兩組織組成物的相對重量百分比：的相對重量百分比：12345SPCFePQ%L S SQ%,.C.L SLQ 100510077069669653l 共晶白口鐵的結(jié)晶過程共晶白口鐵的結(jié)晶過程 l

53、合金冷卻到合金冷卻到C點發(fā)生共晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體點發(fā)生共晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體(Le),萊氏體是共晶萊氏體是共晶 與共晶與共晶Fe3C的機械混合物的機械混合物, 呈蜂窩狀呈蜂窩狀.Fe3C l共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時，兩相的相對重量百分比為共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時，兩相的相對重量百分比為:%.Q%.%.QCFe847252100112696346963 ， lC點以下點以下, 成分沿成分沿ES線變化，共晶線變化，共晶 將析出將析出Fe3C。 Fe3C與共晶與共晶Fe3C 結(jié)合，不易分辨。結(jié)合，不易分辨。12 Fe3Cl溫度降到溫度降到2點點, 成分達到成分達到0.77%, 此時此時, 相的相對重量相的相對重量

54、: l在在2點點, 共晶共晶 發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由%.Q%.%.QCFe659440100770696346963 ， P與與 Fe3C組成的組成的共晶體稱低溫萊共晶體稱低溫萊氏體氏體, 用用Le表示表示. 2 點以下，共晶點以下，共晶體中體中P 的變化同的變化同共析鋼。共析鋼。S共晶白口鐵共晶白口鐵的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程l共晶白口鐵室共晶白口鐵室溫組織為溫組織為Le (P+ Fe3C), 它它保留了共晶轉(zhuǎn)保留了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)變產(chǎn)物的形態(tài)特征。特征。l室溫下兩相的室溫下兩相的相對重量百分相對重量百分比為：比為： %3 .64%7 .35%100

55、%7 .35%1000008. 069. 63 . 469. 63 CFeQQ l 亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程l合金在合金在12點間析出點間析出 。到。到2點，液相成分變到點，液相成分變到C點點,并轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑥D(zhuǎn)變?yōu)長e。23點間從點間從 中析出中析出Fe3C，一次，一次 的的Fe3C被共晶被共晶 襯托出來。到襯托出來。到3點，點， 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镻。亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程l亞共晶白口鐵室溫組織亞共晶白口鐵室溫組織為為P+Fe3C+Le。l室溫下組織組成物相對室溫下組織組成物相對重量百分比為重量百分比為 ：IIIICFeLeCFeLeLeQQ%Q.ECCQEC

56、EQQ3310077069677011222 ECFD1234N室溫下相的相對重量百分比室溫下相的相對重量百分比?l 過共晶白口鐵的結(jié)晶過程過共晶白口鐵的結(jié)晶過程l12點間從液相中析出點間從液相中析出Fe3C, 這種滲碳體稱一次滲碳這種滲碳體稱一次滲碳體，用體，用 Fe3C表示，呈粗條片狀。到表示，呈粗條片狀。到2點，余下的液點，余下的液相成分變到相成分變到C點并轉(zhuǎn)變?yōu)辄c并轉(zhuǎn)變?yōu)長e。DFK3Fe3C124l2點以下點以下, Fe3C成分重量不再成分重量不再發(fā)生變化發(fā)生變化, Le變化同共晶合金變化同共晶合金,其室溫組織為其室溫組織為Fe3C+Le。 l組織組成物與相組織組成物與相組成物標(biāo)注區(qū)

57、別組成物標(biāo)注區(qū)別主要在主要在 + Fe3C和和 +Fe3C兩個相區(qū)兩個相區(qū). + Fe3C相區(qū)中有相區(qū)中有四個組織組成物四個組織組成物區(qū)，區(qū)， +Fe3C相區(qū)相區(qū)中有七個組織組中有七個組織組成物區(qū)。成物區(qū)。l 組織組成物在鐵碳合金相圖上的標(biāo)注組織組成物在鐵碳合金相圖上的標(biāo)注 + Fe3C + Fe3C FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%溫度溫度l 含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響含碳

58、量對鐵碳合金組織和性能的影響l 含碳量對室溫平衡組織的影響含碳量對室溫平衡組織的影響 l含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為： 鋼鋼鐵素體鐵素體 亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼共析鋼白白 口口 鑄鑄 鐵鐵二次滲碳體二次滲碳體工工業(yè)業(yè)純純鐵鐵珠光體珠光體萊氏體萊氏體一次滲碳體一次滲碳體Fe3C鋼鋼 鐵鐵分分 類類組織組組織組成物相成物相對量對量%相組成相組成物相對物相對量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次滲

59、碳體三次滲碳體l 含碳量對力學(xué)性能的影響含碳量對力學(xué)性能的影響l亞共析鋼隨含碳量增加，亞共析鋼隨含碳量增加，P 量增加，鋼的強度、硬度量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性下降。升高，塑性、韌性下降。l0.77%C時，時，組織為組織為100% P, 鋼的性能即鋼的性能即P的性能。的性能。l0.9%C，F(xiàn)e3C為晶界為晶界連續(xù)網(wǎng)狀，連續(xù)網(wǎng)狀，強度下降強度下降, 但但硬度仍上升。硬度仍上升。l2.11%C，組織中有以組織中有以Fe3C為基的為基的Le,合金太脆合金太脆.l 含碳量對工藝性能的影響含碳量對工藝性能的影響l 切削性能切削性能: 中碳鋼合適中碳鋼合適l 可鍛性能可鍛性能: 低碳鋼好低碳鋼

60、好l 焊接性能焊接性能: 低碳鋼好低碳鋼好l 鑄造性能鑄造性能: 共晶合金好共晶合金好l 熱處理性能熱處理性能: 第六章介紹第六章介紹鑄鑄造造焊縫組織焊縫組織模鍛模鍛切削加工的基本形式切削加工的基本形式車車刨刨鉆鉆銑銑磨磨l1 1、晶粒度、晶粒度l表示晶粒大小的尺度叫晶表示晶粒大小的尺度叫晶粒度?？捎镁Я５钠骄媪６?。可用晶粒的平均面積或平均直徑表示。積或平均直徑表示。l工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等級來表示晶粒大小。級來表示晶粒大小。l標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細(xì)。通過標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細(xì)。通過100100倍顯微鏡下的晶粒大小與標(biāo)準(zhǔn)圖對照來評級。倍顯