機械工程材料課件(西安交大)2

1、第二章第二章碳鋼碳鋼本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容碳鋼的分類和牌號碳鋼的分類和牌號純鐵的結(jié)晶和晶體結(jié)構(gòu)純鐵的結(jié)晶和晶體結(jié)構(gòu)鐵碳合金中的相和組織組成物鐵碳合金中的相和組織組成物Fe-Fe3C相圖相圖雜質(zhì)元素對鋼性能的影響雜質(zhì)元素對鋼性能的影響壓力加工對鋼組織和性能的影響壓力加工對鋼組織和性能的影響第一節(jié)第一節(jié) 純鐵的組織和性能純鐵的組織和性能問問 題題 什么是過冷現(xiàn)象和過冷度？什么是過冷現(xiàn)象和過冷度？ 什么是晶體和晶體結(jié)構(gòu)？什么是晶體和晶體結(jié)構(gòu)？ 什么是晶體缺陷？可分為幾類？對晶體什么是晶體缺陷？可分為幾類？對晶體的性能有哪些影響？的性能有哪些影響？ 純鐵的同素異構(gòu)體有哪些？具有哪種的純鐵的同素異構(gòu)體

2、有哪些？具有哪種的晶體結(jié)構(gòu)？晶體結(jié)構(gòu)？一、純鐵的結(jié)晶一、純鐵的結(jié)晶1結(jié)晶：晶體由液態(tài)變成固態(tài)的過程。結(jié)晶：晶體由液態(tài)變成固態(tài)的過程。2 過冷現(xiàn)象和過冷度過冷現(xiàn)象和過冷度過冷度：理論結(jié)晶溫過冷度：理論結(jié)晶溫度和實際開始結(jié)晶溫度和實際開始結(jié)晶溫度之差。度之差。結(jié)晶過程(a)(b)(c)(d)(e)(f)形成晶核晶核長大全部結(jié)晶3結(jié)晶過程：形成晶核和晶核長大結(jié)晶過程：形成晶核和晶核長大二、晶體結(jié)構(gòu)二、晶體結(jié)構(gòu)1晶體結(jié)構(gòu)：原子、分子或者離子在空間的具體晶體結(jié)構(gòu)：原子、分子或者離子在空間的具體排列稱為晶體結(jié)構(gòu)。排列稱為晶體結(jié)構(gòu)。2 如何研究晶體結(jié)構(gòu)？如何研究晶體結(jié)構(gòu)？晶體原子晶體原子 點點 點陣點陣 晶

3、格晶格 晶胞晶胞晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)晶胞晶胞：構(gòu)成晶格的最基本的單元。：構(gòu)成晶格的最基本的單元。3金屬中常見的晶體結(jié)構(gòu)類型金屬中常見的晶體結(jié)構(gòu)類型 體心立方體心立方(BCC）面心立方（面心立方（FCC）密排六方（密排六方（HCP)鐵（-Fe）,鎢(W) ,鉻（Cr）,鉬（Mo）,釩（V)等a=b=c,=90鋁(Al)、銅(Cu)、 銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、鉛(Pb)鐵（Fe)等a=b=c,=90鈦（Ti）、鋯（Zr、鎂（Mg)、鋅（Zn）等a=bc,=90 =120晶體結(jié)構(gòu)與材料性能：晶體結(jié)構(gòu)與材料性能： （一般規(guī)律）（一般規(guī)律）面心立方面心立方的金屬塑性的金屬塑性最好

4、最好，體心立方次之體心立方次之，密排六方密排六方的金屬的金屬較差較差。體心立方體心立方 bcc面心立方面心立方 fcc密排六方密排六方 hcp4純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1394C-Fe面心立方面心立方-Fe體心立方體心立方d-d-Fe體心立方體心立方912C三、晶體缺陷三、晶體缺陷1晶體缺陷：實際晶體中排列不規(guī)則的區(qū)域稱晶體缺陷：實際晶體中排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶體缺陷。為晶體缺陷。2分類（按空間尺寸分）分類（按空間尺寸分）點缺陷點缺陷：不規(guī)則區(qū)域在空間三個方向上的尺：不規(guī)則區(qū)域在空間三個方向上的尺寸都很小，例如寸都很小，例如空位、置換原子、間隙原子?？瘴弧⒅脫Q原子、間隙原子。同素異

5、構(gòu)轉(zhuǎn)變：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：同一種元素同一種元素在在固態(tài)下固態(tài)下由于溫度變化而發(fā)生的由于溫度變化而發(fā)生的晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的變化。的變化。線缺陷線缺陷：不規(guī)則區(qū)域：不規(guī)則區(qū)域在一個方向的尺寸很在一個方向的尺寸很大，在另外兩個方向大，在另外兩個方向的尺寸都很小的尺寸都很小, 例如例如位位錯錯。鈦合金中的位錯線位錯線刃位錯刃位錯空位空位空位空位置換原子置換原子置換原子置換原子間隙原子間隙原子間隙原子間隙原子 面缺陷面缺陷：不規(guī)則區(qū)域在兩個方向的尺寸很大，在另外一個方：不規(guī)則區(qū)域在兩個方向的尺寸很大，在另外一個方向的尺寸很小，例如晶界、亞晶界。向的尺寸很小，例如晶界、亞晶界。工業(yè)純鐵的晶界晶界晶界亞晶界亞晶

6、界ABCD3 晶體缺陷對晶體性能的影響晶體缺陷對晶體性能的影響位錯密度很位錯密度很低低或者很或者很高高時，晶體的強度比時，晶體的強度比較較高高。點缺陷點缺陷點缺陷周圍晶格發(fā)生畸變，材料的屈服強點缺陷周圍晶格發(fā)生畸變，材料的屈服強度提高，塑性韌性下降，電阻增加。度提高，塑性韌性下降，電阻增加。線缺陷線缺陷附近的晶格畸變，對強度影響顯著。強度的變附近的晶格畸變，對強度影響顯著。強度的變化與化與位錯密度位錯密度有關(guān)。有關(guān)。強度強度位錯密度位錯密度面缺陷面缺陷：晶格發(fā)生畸變，晶界增多能顯著提高材料的強度，也晶格發(fā)生畸變，晶界增多能顯著提高材料的強度，也可提高材料的塑性和韌性，但是容易發(fā)生高溫氧化，耐腐

7、蝕性可提高材料的塑性和韌性，但是容易發(fā)生高溫氧化，耐腐蝕性能降低。能降低。細晶強化細晶強化：通過細化晶粒而使材料強度提高的方法稱為細晶強化。通過細化晶粒而使材料強度提高的方法稱為細晶強化。強化材料的方法之一1組織：室溫下退火態(tài)的組織由等軸晶粒組成。2性能：強度低，塑性、韌性好。（性能隨晶粒尺寸的改變而改變，晶粒越小，純鐵的強度越高，塑性、韌性越好。）3應(yīng)用：作為功能材料使用，如變壓器的鐵芯等。四、工業(yè)純鐵的組織、性能和應(yīng)用四、工業(yè)純鐵的組織、性能和應(yīng)用細晶強化細晶強化晶粒度級別晶粒度級別晶粒度級別越高，晶粒越細。工業(yè)中常用的細晶粒是晶粒度級別越高，晶粒越細。工業(yè)中常用的細晶粒是7-8級，晶粒尺

8、寸為級，晶粒尺寸為0.022mm第二節(jié)第二節(jié) 鐵碳合金中的相和組織組成物鐵碳合金中的相和組織組成物 鐵和碳的相互作用表現(xiàn)在哪些方面？鐵和碳的相互作用表現(xiàn)在哪些方面？ 什么是固溶體？分為哪幾類？什么是固溶體？分為哪幾類？ 什么是固溶強化和細晶強化？什么是固溶強化和細晶強化？ 鐵碳合金中的相和組織組成物有哪些？鐵碳合金中的相和組織組成物有哪些？一、鐵和碳的相互作用一、鐵和碳的相互作用鐵和碳的相互作用表現(xiàn)為兩方面鐵和碳的相互作用表現(xiàn)為兩方面1 鐵和碳形成固溶體鐵和碳形成固溶體（1）固溶體固溶體：就是固體溶液，是溶質(zhì)原子就是固體溶液，是溶質(zhì)原子溶入溶入溶劑中溶劑中所形成的晶體，保持所形成的晶體，保持溶

9、劑元素溶劑元素的的晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)。形成固溶體形成固溶體 形成化合物形成化合物（2）固溶體的分類固溶體的分類：置換固溶體置換固溶體間隙固溶體間隙固溶體置換固溶體：溶質(zhì)原子和溶劑置換固溶體：溶質(zhì)原子和溶劑原子尺寸相差較小原子尺寸相差較小，形成固溶體時，形成固溶體時溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子替換替換了溶劑晶格中的一部分原子，就形成了置換固溶體。了溶劑晶格中的一部分原子，就形成了置換固溶體。如：如：Fe與與Mn、Si 、Al 、Cr 、Ti 、Nb等形成置換固溶體等形成置換固溶體間隙固溶體：間隙固溶體：溶質(zhì)原子和溶劑原子溶質(zhì)原子和溶劑原子直徑相差較大直徑相差較大，溶質(zhì)原子處于，溶質(zhì)原子處于溶劑晶體結(jié)構(gòu)的溶劑

10、晶體結(jié)構(gòu)的間隙位置間隙位置上，則形成間隙固溶體。上，則形成間隙固溶體。 例如：例如：Fe Fe 與與 C ,N ,O ,H C ,N ,O ,H 形成間隙固溶體形成間隙固溶體 置換固置換固溶體溶體間隙固間隙固溶體溶體溶劑原子溶劑原子溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子溶劑原子溶劑原子溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子AB（3）鐵與碳形成的固溶體鐵與碳形成的固溶體 （4）固溶體的性能）固溶體的性能與基體金屬相比，強度硬度增加，塑性韌性與基體金屬相比，強度硬度增加，塑性韌性降低，電阻、矯頑力增加。降低，電阻、矯頑力增加。鐵素體鐵素體：碳溶于：碳溶于 鐵鐵中形成的固溶體稱為鐵素體，用中形成的固溶體稱為鐵素體，用 或者或者F表示。表示。奧

11、氏體奧氏體：碳溶于：碳溶于 鐵鐵中形成的固溶體稱為奧氏體，用中形成的固溶體稱為奧氏體，用 或者或者A表示。表示。固溶強化固溶強化：通過溶入某種合金元素形成固溶體而使材通過溶入某種合金元素形成固溶體而使材料強度增加的現(xiàn)象稱為固溶強化。料強度增加的現(xiàn)象稱為固溶強化。強化材料的方法之一強化材料的方法之一2 鐵與碳形成化合物（加入較多的碳）鐵與碳形成化合物（加入較多的碳）（1）鐵與碳形成的化合物：）鐵與碳形成的化合物：滲碳體（滲碳體（Fe3C)（2）化合物的性能特點：晶體結(jié)構(gòu)和性能不同于其組）化合物的性能特點：晶體結(jié)構(gòu)和性能不同于其組成元素，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熔點高、硬而脆。成元素，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熔點高、

12、硬而脆。（3）對合金性能的影響）對合金性能的影響滲碳體滲碳體能提高合金的硬度、耐磨性，會降低合金能提高合金的硬度、耐磨性，會降低合金的塑性和韌性。的塑性和韌性。 以層片狀或者球形均勻分布在組織中，能提高合金以層片狀或者球形均勻分布在組織中，能提高合金的強度；的強度； 以連續(xù)網(wǎng)狀、粗大的片狀或者作為基體出現(xiàn)時，急以連續(xù)網(wǎng)狀、粗大的片狀或者作為基體出現(xiàn)時，急劇降低材料的強度、塑性韌性。劇降低材料的強度、塑性韌性。二、鐵碳合金中的相和組織組成物二、鐵碳合金中的相和組織組成物1相：相：指系統(tǒng)中具有指系統(tǒng)中具有同一聚集狀態(tài)、同一化學(xué)成分、同一聚集狀態(tài)、同一化學(xué)成分、同一結(jié)構(gòu)并以界面相互隔開同一結(jié)構(gòu)并以界

13、面相互隔開的均勻組成部分。的均勻組成部分。2 組織組成物：指的是構(gòu)成顯微組織的獨立部分，組織組成物：指的是構(gòu)成顯微組織的獨立部分，可以是單相，也可一是兩相或者多相混合物?？梢允菃蜗?，也可一是兩相或者多相混合物。鐵碳合金中的相有鐵碳合金中的相有：鐵素體、奧氏體和滲碳體鐵素體、奧氏體和滲碳體鐵碳合金中的鐵碳合金中的組織組成物組織組成物：鐵素體、奧氏鐵素體、奧氏體、滲碳體、體、滲碳體、珠光體和萊氏珠光體和萊氏體。體。鐵素體鐵素體珠光體珠光體第三節(jié)第三節(jié) Fe-Fe3C相圖相圖需要掌握知識點需要掌握知識點 Fe-Fe3C相圖中重要的點、線和相區(qū)。相圖中重要的點、線和相區(qū)。 Fe-Fe3C相圖中的重要轉(zhuǎn)

14、變及產(chǎn)物。相圖中的重要轉(zhuǎn)變及產(chǎn)物。 應(yīng)用應(yīng)用Fe-Fe3C相圖分析典型成分鐵碳合金的結(jié)晶過程。相圖分析典型成分鐵碳合金的結(jié)晶過程。分析室溫下得到的相和組織組成物。分析室溫下得到的相和組織組成物。 會用杠桿定律計算室溫下相和組織組成物的質(zhì)量分數(shù)。會用杠桿定律計算室溫下相和組織組成物的質(zhì)量分數(shù)。 碳對鐵碳合金平衡組織和性能的影響碳對鐵碳合金平衡組織和性能的影響。一、基本概念一、基本概念1相圖：表示合金在相圖：表示合金在緩慢冷卻的平衡狀態(tài)緩慢冷卻的平衡狀態(tài)下相或者下相或者組組織與溫度、成分間織與溫度、成分間關(guān)系的圖形，又稱狀態(tài)圖或平衡關(guān)系的圖形，又稱狀態(tài)圖或平衡圖。圖。2相圖的分類相圖的分類（根據(jù)組

15、元數(shù)量分）（根據(jù)組元數(shù)量分）二元相圖（兩個組元配成的合金體系）二元相圖（兩個組元配成的合金體系）三元相圖（三個組元配成的合金體系）三元相圖（三個組元配成的合金體系）3 相圖的建立：實相圖的建立：實驗測定不同成分合驗測定不同成分合金的轉(zhuǎn)變溫度，將金的轉(zhuǎn)變溫度，將所有的開始轉(zhuǎn)變點所有的開始轉(zhuǎn)變點連接起來，將所有連接起來，將所有的轉(zhuǎn)變結(jié)束點連接的轉(zhuǎn)變結(jié)束點連接起來。起來。液相線液相線固相線固相線二、二、Fe-Fe3C相圖相圖1相圖中的點相圖中的點（14個）個）（1）組元的熔點組元的熔點： A (0, 1538) 鐵的熔點D (6.69, 1227) Fe3C的熔點（2）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點N

16、（0，1394）d-Fe FeG（0，912） Fe -Fe （3）碳在鐵中最大溶解度點碳在鐵中最大溶解度點 P（0.218，727）碳在）碳在 - -Fe 中的最大溶解度中的最大溶解度 E（2.11，1148）碳在）碳在 - -Fe 中的最大溶解度中的最大溶解度 H (0.09，1495）碳在）碳在 d-d-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 Q（0.0008，RT）室溫下碳在）室溫下碳在 - -Fe 中的溶解度中的溶解度Fe-Fe3C相圖相圖(4) 三相共存點三相共存點S（共析點）（共析點）（ Fe3C）C（共晶點）（共晶點）（ L Fe3C） J（包晶點）（包晶點）（ d d L ）2 相

17、圖中的線相圖中的線液相線液相線():結(jié)晶時液相的成分，在其上體系為液相結(jié)晶時液相的成分，在其上體系為液相固相線（）：結(jié)晶時固相的成分，其下為固相。固相線（）：結(jié)晶時固相的成分，其下為固相。Fe-Fe3C相圖相圖（5 5）其它點）其它點 B B（0.530.53，14951495）發(fā)生包晶反應(yīng)時液相的成）發(fā)生包晶反應(yīng)時液相的成分分 F（6.69,1148) 滲碳體滲碳體 K (6.69,727) 滲碳體滲碳體表示恒溫轉(zhuǎn)變的線：表示恒溫轉(zhuǎn)變的線：HJB 包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變 ECF 共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變 PSK 共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變3相圖中的相區(qū)相圖中的相區(qū)單相區(qū)（單相區(qū)（4個個1個）個） L、 、 、d d

18、 （ Fe3C） 兩相區(qū)（兩相區(qū)（7個）個）L + L + d, d, L + FeL + Fe3 3C C，L + L + , , d + , + d + , + + + FeFe3 3C ,C , + + FeFe3 3 固溶度線：固溶度線： ES碳在奧氏體中的最大溶解度隨溫度的變化線碳在奧氏體中的最大溶解度隨溫度的變化線 （溫度（溫度 ，最大溶解度，最大溶解度 ）；（）；（0.77%-2.11%0.77%-2.11%） PQ ：碳在鐵素體中的最大溶解度隨溫度的變化線：碳在鐵素體中的最大溶解度隨溫度的變化線 （溫度（溫度 ，最大溶解度，最大溶解度 ） (0.0008%(0.0008%0.0

19、218%)0.0218%) 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變線：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變線：NH 和和 NJ，GS 和和 GP（1）勻晶轉(zhuǎn)變：由液相直接結(jié)晶出單一固相的轉(zhuǎn)變，屬于非恒溫轉(zhuǎn)變。4 Fe-Fe3C相圖中的轉(zhuǎn)變相圖中的轉(zhuǎn)變強調(diào)！強調(diào)！ 根據(jù)相圖規(guī)則，根據(jù)相圖規(guī)則，兩個單相區(qū)兩個單相區(qū)之間必然夾一個之間必然夾一個兩相區(qū)兩相區(qū)，兩相區(qū)的兩個相就由這兩相區(qū)的兩個相就由這兩個單相區(qū)的相組成兩個單相區(qū)的相組成。L : : 由液相中直接結(jié)晶出 相。（合金的成分線成分線和B BC線線相交，即含碳量Wc：0.53% 4.3%L Fe3C : : 由液相中直接結(jié)晶出Fe3C相。（合金的成分線成分線和CD線相交，即含碳量Wc：4.3%

20、6.69%L d d : : 由液相中直接結(jié)晶出d相。（合金的成分線成分線和ABAB線線相交，即含碳量Wc：00.53%）過合金的成分點作垂直于橫過合金的成分點作垂直于橫坐標的直線，稱為成分線坐標的直線，稱為成分線（2）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 d ( d (b.c.c) ( (f.c.c)NH （開始線）（開始線） NJ（結(jié)束線）（結(jié)束線） ( (f.c.c) ( (b.c.c)GS（開始線）（開始線） GP（結(jié)束線）（結(jié)束線）鐵與碳形成固溶體之間鐵與碳形成固溶體之間的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（3）析出轉(zhuǎn)變：從一個固相中析出另一個固相的轉(zhuǎn)變。）析出轉(zhuǎn)變：從一個固相中析出另一個固相的轉(zhuǎn)變。

21、溫度降低，溫度降低，C在在Fe中的溶解度也降低，合金的含碳量就超過溶中的溶解度也降低，合金的含碳量就超過溶解度，多余的碳就以解度，多余的碳就以Fe3C析出。析出。 Fe3CII （二次滲碳體）（二次滲碳體）析出析出 Fe3CIII （三次滲碳體）（三次滲碳體）析出析出二次滲碳體多以二次滲碳體多以網(wǎng)狀網(wǎng)狀形式析出，形式析出，損害損害材料材料的強度、塑性韌性的強度、塑性韌性（4）恒溫轉(zhuǎn)變）恒溫轉(zhuǎn)變 1 1）包晶轉(zhuǎn)變）包晶轉(zhuǎn)變 HJB HJB 線線 dH0.09LB0.53J0.17+1495C 含義含義：由：由一定一定成分的成分的液相液相和和一定一定成分的成分的固相固相生成另一個生成另一個一一定成

22、分新固相定成分新固相地反應(yīng)地反應(yīng)-包晶轉(zhuǎn)換反應(yīng)。包晶轉(zhuǎn)換反應(yīng)。（具有具有J J點成分的鐵點成分的鐵- -碳合金冷卻至碳合金冷卻至149514950 0C C，體系中的液相和，體系中的液相和d d相在轉(zhuǎn)變過程中恰好全部消耗完，得到單一的相在轉(zhuǎn)變過程中恰好全部消耗完，得到單一的 J J 相。相。 ） 發(fā)生包晶反應(yīng)的合金成分：發(fā)生包晶反應(yīng)的合金成分： C%C%：0.09%-0.53% 0.09%-0.53% 即合金即合金的成分線與的成分線與HJBHJB線相交；線相交； 產(chǎn)物：產(chǎn)物：單相奧氏體（單相奧氏體（ J J ） 包晶點包晶點 （J J點點）：（：（0.170.17，14951495） Ld d

23、 2）共晶轉(zhuǎn)變）共晶轉(zhuǎn)變 含義含義：由一定成分的：由一定成分的液相液相在恒溫下同時轉(zhuǎn)變成在恒溫下同時轉(zhuǎn)變成兩個一定成分兩個一定成分的的固相固相的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。（ Fe- FeFe- Fe3 3C C系：由系：由C C點成分的液相在點成分的液相在114811480 0C C下同時生成具有下同時生成具有E E點成分的點成分的 相相和和FeFe3 3C C。 ） 發(fā)生共晶反應(yīng)的成分范圍：發(fā)生共晶反應(yīng)的成分范圍：WcWc ：2.11 %2.11 %6.69% (6.69% (合金成分合金成分線與線與ECFECF線相交線相交) ) 產(chǎn)物產(chǎn)物： E E和和FeFe3 3C C兩相混合物，稱為兩相混合物，稱

24、為萊氏體萊氏體。用。用LdLd表示。表示。 （FeFe3 3C C為基體；為基體； E E 呈粒狀或桿狀分布在基體上）呈粒狀或桿狀分布在基體上） 共晶點共晶點C C (4.3,1148)(4.3,1148) E2.11Lc4.3Fe3C6.69+1148C EFe3C萊氏體萊氏體3）共析轉(zhuǎn)變）共析轉(zhuǎn)變 含義：在恒溫下由含義：在恒溫下由一個固定成分的固相同一個固定成分的固相同時生成時生成兩個固定成分兩個固定成分的新的新固相固相的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。 ( (在在FeFeFeFe3 3C C體系中，在體系中，在7277270 0C C下由下由S S點成分的點成分的 相同是生成相同是生成P P點點成分的成分

25、的 相和相和FeFe3 3C C； 產(chǎn)物：產(chǎn)物： 相和相和FeFe3 3C C的兩相混合物，以層片形式混合，稱為的兩相混合物，以層片形式混合，稱為珠光珠光體，用體，用P P表示。表示。 合金范圍：合金范圍： WcWc: 0.0218 %: 0.0218 %6.69%(6.69%(合金成分線與合金成分線與PSKPSK線相交線相交) ) S S點點: :共析點，（共析點，（0.770.77，727727） ( (具有具有S S點成分的點成分的FeFeC C合金冷合金冷卻至卻至7277270 0C C時，合金時，合金全部全部發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，生成珠光體。發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，生成珠光體。) ) P0.0218s

26、0.77Fe3C6.69+727C珠光體珠光體5 典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析方法和步驟方法和步驟 在相圖的橫坐標上找出給定的成分點，過該點作成在相圖的橫坐標上找出給定的成分點，過該點作成分線；分線； 在成分線與相圖的各條線的交點作標記（一般用在成分線與相圖的各條線的交點作標記（一般用1、2、3、4等）等） 根據(jù)每條線表示的轉(zhuǎn)變，寫出每兩個點之間或者重根據(jù)每條線表示的轉(zhuǎn)變，寫出每兩個點之間或者重要點上發(fā)生的轉(zhuǎn)變；由液相分析至室溫。要點上發(fā)生的轉(zhuǎn)變；由液相分析至室溫。 室溫下該成分線所在的相區(qū)，合金室溫下就具有那室溫下該成分線所在的相區(qū)，合金室溫下就具有那個相。組織組成物則取

27、決于冷卻過程中發(fā)生的轉(zhuǎn)變。個相。組織組成物則取決于冷卻過程中發(fā)生的轉(zhuǎn)變。6 幾種典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析1 Wc0.77%的鐵碳合金的結(jié)晶過程成分線如線（成分線如線（1）所示，成分線與相圖中的各條線的交點記作）所示，成分線與相圖中的各條線的交點記作1, 2, 3T T1T1TT2T3 TT2T T3 室溫下的相：+Fe3C 組織組成物組織組成物：P(珠光體）（100） 形貌： 和Fe3C層片狀混合物問問 題？題？已知：合金的總質(zhì)量為已知：合金的總質(zhì)量為1，含碳量為，含碳量為0.77%。室溫下。室溫下由由和Fe3C兩相組成，其中中含碳量為0.0008%, Fe3C中含碳量為6.69%.求：合金

28、室溫下求：合金室溫下 相相的質(zhì)量分數(shù)的質(zhì)量分數(shù)M 和和Fe3C質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)M Fe3C。（寫出表達式即可）？珠光體珠光體 杠桿定律杠桿定律用來計算二元相圖中兩相平衡狀態(tài)下平衡相的相對質(zhì)量。用來計算二元相圖中兩相平衡狀態(tài)下平衡相的相對質(zhì)量。杠桿的杠桿的支點支點是兩個相的平均質(zhì)量分數(shù)（是兩個相的平均質(zhì)量分數(shù)（合金的成分點），端點合金的成分點），端點分別是兩個相的成分點。分別是兩個相的成分點。%1000008. 069. 60008. 077. 03-CFeM%1000008. 069. 677. 069. 6-M 相的質(zhì)量分數(shù)相的質(zhì)量分數(shù)Fe3C相的質(zhì)量分數(shù)相的質(zhì)量分數(shù)Fe3CA(0.0008

29、)B(6.69)0.77C2Wc=0.6%的鐵碳合金（的鐵碳合金（見相圖中的成分線（見相圖中的成分線（2）成分線與相圖上各條線的交點記做成分線與相圖上各條線的交點記做1,2,3,4T1T2T2T3T3T4TT1T1T2T2T3T3T4TT4TT1：開始結(jié)晶，：開始結(jié)晶，T=T2:晶界過程結(jié)束，體系為固相晶界過程結(jié)束，體系為固相 T3T4：開始從：開始從 相中析出相中析出Fe3CII, 沿沿 相中晶界分布，成網(wǎng)狀。相中晶界分布，成網(wǎng)狀。TT4：發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，：發(fā)生共析轉(zhuǎn)變， s 全部轉(zhuǎn)變成珠光體。全部轉(zhuǎn)變成珠光體。T12鋼的組織鋼的組織1234共晶白口鑄鐵室溫下的組織組成物：共晶白口鑄鐵室溫下的

30、組織組成物： 萊氏體萊氏體過共晶白口鑄鐵室溫組織組成物：過共晶白口鑄鐵室溫組織組成物：一次滲碳體萊氏體一次滲碳體萊氏體亞共晶白口鑄鐵室溫組織組成物：亞共晶白口鑄鐵室溫組織組成物：珠光體二次滲碳體萊氏體珠光體二次滲碳體萊氏體4 Wc=4.3%鐵碳合金的結(jié)晶過程分析鐵碳合金的結(jié)晶過程分析5 Wc=3.0%鐵碳合金的結(jié)晶過程分析鐵碳合金的結(jié)晶過程分析6 Wc=5.0%鐵碳合金的結(jié)晶過程分析鐵碳合金的結(jié)晶過程分析室溫萊氏體室溫萊氏體亞共晶白口鑄鐵室亞共晶白口鑄鐵室溫下的組織形貌溫下的組織形貌過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵室溫組織形貌室溫組織形貌四、碳對鐵碳合金平衡組織和力學(xué)性能的影響四、碳對鐵碳合金平衡

31、組織和力學(xué)性能的影響1 鐵碳合金按碳的質(zhì)量分數(shù)和碳的質(zhì)量分數(shù)和平衡組織平衡組織的分類白口鑄鐵白口鑄鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵Wc0.0218%組織：鐵素體和少量三次滲碳體組織：鐵素體和少量三次滲碳體鋼鋼亞共析鋼（亞共析鋼（Wc0.77%)組織：鐵素體和珠光體組織：鐵素體和珠光體組織：珠光體和二次滲碳體組織：珠光體和二次滲碳體組織：珠光體組織：珠光體亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 (Wc2.11%) 組織：珠光體二次滲碳體組織：珠光體二次滲碳體 萊氏體萊氏體共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 (Wc4.3%) 組織：組織：萊氏體萊氏體過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 (Wc4.3%)組織：一次滲碳體組織：一次滲碳體萊氏

32、體萊氏體2 碳對合金平衡組織的影響（碳對合金平衡組織的影響（ Fe3C的形態(tài)的形態(tài))F+ +Fe3CIIIFe3C位于晶界，細小的薄片位于晶界，細小的薄片F(xiàn)+PFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）P Fe3CIIP Fe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）Fe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）還有一部分還有一部分Fe3C沿晶界分布呈連續(xù)網(wǎng)狀沿晶界分布呈連續(xù)網(wǎng)狀PFe3CIILdFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）Fe3C作為萊氏體的基體作為萊氏體的基體LdFe3C作為萊氏體

33、的基體作為萊氏體的基體Ld +Fe3CI Fe3C為粗大長片狀為粗大長片狀 Fe3C作為萊氏體的基體作為萊氏體的基體含碳量逐漸增加含碳量逐漸增加3 含碳量對力學(xué)性能的影響含碳量對力學(xué)性能的影響（1）含碳量增加，硬）含碳量增加，硬度增加度增加（2）含碳量增加，塑性）含碳量增加，塑性韌性降低韌性降低（3）含碳量增加，強）含碳量增加，強度先增后降（度先增后降（0.9%最最高）高）鐵素體鐵素體(F)：軟而韌：軟而韌滲碳體滲碳體(Fe3C):硬而脆硬而脆四四 FeFe3C相圖的應(yīng)用相圖的應(yīng)用1 1 為選材提供成分依據(jù)為選材提供成分依據(jù)。 2 2 為制定熱加工工為制定熱加工工藝提供依據(jù)。藝提供依據(jù)。（1

34、1）制定熱處理工藝的）制定熱處理工藝的依據(jù)依據(jù) （2 2）為制定熱加工工藝）為制定熱加工工藝提供依據(jù)，包括鑄造、鍛提供依據(jù)，包括鑄造、鍛造、焊接、熱處理）造、焊接、熱處理）第四節(jié)第四節(jié) 鋼中雜質(zhì)元素對鋼性能的影響鋼中雜質(zhì)元素對鋼性能的影響 鋼的性能與含碳量有關(guān)；還受鋼中雜質(zhì)鋼的性能與含碳量有關(guān)；還受鋼中雜質(zhì)元素的影響。元素的影響。 了解鋼中的合金元素及其對性能的影響。了解鋼中的合金元素及其對性能的影響。一、硅和錳一、硅和錳溶入鐵素體中，產(chǎn)生固溶強化作溶入鐵素體中，產(chǎn)生固溶強化作用，提高鋼的強度和硬度用，提高鋼的強度和硬度少量的少量的硅和錳有利有利Si形成形成SiO2, Mn形成形成MnS，形成

35、，形成夾雜物，降低鋼的性能夾雜物，降低鋼的性能較多的較多的硅和錳有害有害鋼中規(guī)定：鋼中規(guī)定：WSi 0.5%， WMn 0.8% 二、硫和磷二、硫和磷1 硫：引起硫：引起熱脆；熱脆；磷：引起磷：引起冷脆冷脆 硫磷降低鋼的焊接性能硫磷降低鋼的焊接性能2 適當增加硫、磷含量，可提高鋼的切削加工性能；適當增加硫、磷含量，可提高鋼的切削加工性能； 磷可增加鋼在大氣中的耐腐蝕性能磷可增加鋼在大氣中的耐腐蝕性能三、鋼中氣體對鋼的作用三、鋼中氣體對鋼的作用1 氫：引起氫：引起氫脆。氫脆。在鋼中產(chǎn)生裂紋，降低鋼的塑性韌性；在鋼中產(chǎn)生裂紋，降低鋼的塑性韌性；容易在焊縫處產(chǎn)生裂紋。容易在焊縫處產(chǎn)生裂紋。2 氮：引

36、起氮：引起應(yīng)變時效應(yīng)變時效，增加鋼的，增加鋼的脆性脆性；(不利）不利） 鋼中有鋼中有Al、V、Ti 、Nb時，時，氮氮可細化晶粒，可細化晶粒，提高鋼的強度；提高鋼的強度；氮氮也可提高鋼的耐熱性能。也可提高鋼的耐熱性能。(有利）有利）第六節(jié) 壓力加工對鋼組織和性能的影響 知識要點知識要點（1）壓力加工的分類；冷加工和熱加工的定義。）壓力加工的分類；冷加工和熱加工的定義。（2）冷加工對金屬組織和性能的影響。（加工硬化）冷加工對金屬組織和性能的影響。（加工硬化）（3）冷變形組織加熱過程中組織和性能的變化。）冷變形組織加熱過程中組織和性能的變化。 （三個階段）（三個階段）（4）去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火的

37、應(yīng)用。）去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火的應(yīng)用。一一 基本概念基本概念1 壓力加工壓力加工： 金屬材料在外力作用下發(fā)生的一種塑性變形金屬材料在外力作用下發(fā)生的一種塑性變形過程。過程。（工業(yè)生產(chǎn)上將鋼錠鍛造、擠壓、軋制、拉拔成各種型鋼、鋼板、鋼管或者鋼絲等規(guī)定尺寸和形狀的零件和產(chǎn)品的過程。）2 壓力加工的目的壓力加工的目的（1）獲得規(guī)定形狀和尺寸的零件和產(chǎn)品（2）改變鋼的組織和性能3 壓力加工的分類壓力加工的分類冷(壓力)加工（T T再）按加工溫度是否高于再結(jié)晶溫度二二 冷加工對組織和性能的影響冷加工對組織和性能的影響1 冷加工對金屬材料微觀組織的影響冷加工對金屬材料微觀組織的影響（1）隨著應(yīng)變量的增加，晶粒被拉長或者壓扁，呈細條狀或者）隨著應(yīng)變量的增加，晶粒被拉長或者壓扁，呈細條狀或者纖維狀；纖維狀；（2）晶粒破碎，晶格扭曲，位錯密度急劇增加。）晶粒破碎，晶格扭曲，位錯密度急劇增加。晶粒被拉長或者壓扁晶粒被拉長或者壓扁成為細條狀組織和纖維組織，等軸晶粒未變形原始晶粒輕微變形的滑移線拉長或壓扁的晶粒細條狀組織和纖維組織2 冷加工對性能的影響（1）力學(xué)性能力學(xué)性能: 隨變形量增加，強度、硬度增加，塑性韌性降強度、硬度增加，塑性韌性降低低。加工硬化：把金屬材料經(jīng)過冷變形后，隨變形度增加強度、加工硬化：把金屬材料經(jīng)過冷變形后