版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
第二章純金屬和合金的結(jié)晶液體晶體結(jié)晶結(jié)晶的概念:一切物質(zhì)從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變的過程,稱為凝固。如果在這個(gè)過程中能夠形成晶體,則稱之為結(jié)晶
2.1純金屬的結(jié)晶
結(jié)晶:
液體-->晶體
凝固:
液體-->固體(晶體或非晶體)冷卻曲線tTT0Tn理論結(jié)晶溫度開始結(jié)晶溫度}T過冷度T=T0-Tn純金屬結(jié)晶的條件就是應(yīng)當(dāng)有一定的過冷度(克服界面能)2.1.2結(jié)晶的宏觀過程:通過分析此過程有兩個(gè)特點(diǎn):2.1.2.1過冷現(xiàn)象:2.1.1過冷度:金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度T1與理論結(jié)晶溫度T0之差,稱為過冷度,以△T表示?!鱐=T0-T1;顯然,△T越大,則T1越低。2.1.2結(jié)晶潛熱:金屬在結(jié)晶時(shí),從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)會放出能量,此能量稱為結(jié)晶潛熱。從圖中可以看出:當(dāng)液態(tài)金屬的溫度達(dá)到結(jié)晶溫度T1時(shí),由于結(jié)晶潛熱的釋放,補(bǔ)償了散失到周圍環(huán)境中的熱量,所以在冷卻平曲線上出現(xiàn)了平臺,平臺延續(xù)的時(shí)間就是結(jié)晶過程所需的時(shí)間。冷卻速度越大,則過冷度越大。為什么液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度不能結(jié)晶,而必須在一定的過冷度條件下才能進(jìn)行呢?這是由熱力學(xué)條件所決定的。熱力學(xué)第二定律指出:在等溫等壓的條件下,物質(zhì)系統(tǒng)總是自發(fā)地從自由能高的狀態(tài)向自由能低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。2.1.3結(jié)晶的熱力學(xué)條件:當(dāng)T=T0(Tm)時(shí),GS=GL,兩相可以同時(shí)共存,具有同樣的穩(wěn)定性,既不熔化也不結(jié)晶,處于熱力學(xué)平衡狀態(tài),所以T0(Tm)就是理論結(jié)晶溫度,即熔點(diǎn)。當(dāng)T<T0(Tm)時(shí),GS<GL,所以液態(tài)金屬可以自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬,而兩相的自由能差(△G)就構(gòu)成了金屬結(jié)晶的驅(qū)動力。當(dāng)T>T0(Tm)時(shí),GS>GL,所以固態(tài)金屬可以自發(fā)的熔化為液態(tài)。綜上所述,只有當(dāng)T<T0時(shí),即存在一定的過冷度時(shí),液態(tài)金屬才能結(jié)晶。GL(純金屬的液態(tài)自由能)、GS(純金屬的固態(tài)自由能)都隨溫度的升高而降低,而液相自由能曲線的斜率較固相的大,所以兩曲線必然在某一溫度相交。交點(diǎn)處的溫度用T0(Tm)表示。液相和固相自由能隨溫度變化示意圖液態(tài)金屬形核晶核長大完全結(jié)晶金屬的結(jié)晶包括晶核的形成和晶核長大的過程2.1.4、金屬結(jié)晶的過程:兩種形核方式——
自發(fā)形核
與
非自發(fā)形核自發(fā)形核由液體金屬內(nèi)部原子聚集尺寸超過臨界晶核尺寸后形成的結(jié)晶核心。非自發(fā)形核——
是依附于外來雜質(zhì)上生成的晶核。2.1.5晶核的形成方式晶核的形成:利用x射線研究金屬的結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn):在液態(tài)金屬中,原子并不是散亂地分布,而是在微小的范圍內(nèi)存在著緊密接觸、規(guī)則排列的原子集團(tuán),稱為“近程有序”集團(tuán),而且它們不是固定不動的,而是處于不斷的變化之中,它會瞬時(shí)消失,瞬時(shí)產(chǎn)生,此起彼伏,不斷變化,我們把這種不斷變化的近程有序集團(tuán)稱為“結(jié)構(gòu)起伏”或“相起伏”。晶胚:在液態(tài)金屬中,每一瞬間都會涌現(xiàn)出大量尺寸不等的相起伏,尺寸較大的相起伏在結(jié)晶時(shí),有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ш恕_@些相起伏就是晶核的胚芽。所以,尺寸較大的相起伏叫做晶胚。結(jié)構(gòu)起伏為晶胚的出現(xiàn)提供了必要的結(jié)構(gòu)條件。金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件2.1.6晶核的長大:晶核形成后,便開始晶核的長大。宏觀上,晶體的長大是晶體的界面向液相中逐步推移的過程。而在微觀上,晶體的長大是液相中的原子逐步向晶體表面擴(kuò)散的過程。長大的條件:⑴需要一定的過冷度。(10-3~10-4℃即可)⑵液相溫度足夠高,以完成原子由液相到固相的遷移。a)在晶核長大的初期,其外形還比較規(guī)則。b)由于晶體棱角的形成,棱角的散熱條件優(yōu)于其他部位,因此得到優(yōu)先成長。就如樹枝一樣先長出枝干,再長出分枝,最后再把晶間添滿。這種長大方式叫做“枝晶成長”。書P17圖1-15長大過程:綜上所述:我們可以把金屬的結(jié)晶過程用圖示意出來。在枝晶的成長過程中,由于液體的流動,枝軸本身的重力作用,以及彼此之間的碰撞、雜質(zhì)元素的影響等種種原因,會使某些枝軸發(fā)生偏斜或折斷,以致造成晶粒中的亞晶界、位錯(cuò)等各種缺陷。晶粒度:晶粒的大小稱為晶粒度,通常用晶粒的平均面積或平均直徑來表示。
晶粒的大小對金屬的機(jī)械性能有很大的影響,在常溫下,金屬的晶粒越細(xì)小,強(qiáng)度和硬度則越高,同時(shí)塑性、韌性也越好。那么怎樣控制晶粒的大小呢?細(xì)化晶粒的措施2.1.7、晶粒大小的控制:1.提高過冷度2.變質(zhì)處理3.振動或攪動長大速率(成長率):單位時(shí)間內(nèi)晶體向周圍長大的線速度。用G表示。N、G與過冷度之間的關(guān)系:書P19圖1-17。從圖中可知,當(dāng)△T=0時(shí):N=0、G=0,所以既不形核也不長大;當(dāng)△T增大時(shí),N、G都增大,而且N/G
增大,晶粒也就越小。(1)增加過冷度形核率:單位時(shí)間、單位體積液相中形成的晶核的數(shù)目。用N表示。
工業(yè)生產(chǎn)中,我們經(jīng)常用提高液態(tài)金屬的冷卻速度,來提高△T,具體做法有:用金屬型代替砂型;增加金屬型的厚度;局部加冷鐵;以及采用水冷鑄型等等。在液體金屬中故意加入某些難熔雜質(zhì)(變質(zhì)劑),以細(xì)化晶粒和改善組織的工藝措施。變質(zhì)劑的作用:作為非自發(fā)形核的核心,或阻礙晶粒長大。例如:鋁合金中加入鈦、硼;鋼中加入鈦、鋯、釩:鑄鐵中加入硅鐵、硅鈣合金等。(2)變質(zhì)處理:振動和攪拌也可以細(xì)化晶粒,因?yàn)榻饘俳Y(jié)晶時(shí),對其進(jìn)行振動、攪拌,使正在結(jié)晶的樹枝晶破碎,使晶核的數(shù)目增加,從而細(xì)化晶粒。常見的方法有:機(jī)械振動、超聲波振動、電磁攪拌等。應(yīng)當(dāng)指出的是:利用增加過冷度的方法細(xì)化晶粒只對小型、薄壁的鑄件有效,因?yàn)楫?dāng)鑄件的斷面較大時(shí),只是表層冷的快,而心部冷的慢,因此無法使整個(gè)鑄件體積內(nèi)都獲得細(xì)小而均勻的晶粒,所以工業(yè)上廣泛應(yīng)用的是變質(zhì)處理和振動、攪拌的方法。
(3)振動或攪動作業(yè):1、過冷度與冷卻速度有何關(guān)系?它對金屬結(jié)晶過程有何影響?對鑄件晶粒大小有何影響?2、在鑄造生產(chǎn)中,采用哪些措施控制晶粒的大小?在生產(chǎn)中如何應(yīng)用變質(zhì)處理?舉例說明?3、如果其他條件相同,試比較在下列鑄造條件下,鑄件晶粒的大?。孩沤饘倌沧⑴c沙模澆注;⑵高溫澆注與低溫澆注;⑶鑄成薄件與鑄成厚件;⑷澆注時(shí)采用振動與不采用振動;
2.1.8、金屬的鑄錠組織:自學(xué)
2.2合金的結(jié)晶合金在結(jié)晶之后,既可獲得單相的固溶體組織,又有可得到單相的化合物組織,還可得到由固溶體和化合物或幾種固溶體組成的多相組織。并且組元成分、溫度還影響到結(jié)晶后所獲得的相的性質(zhì)、數(shù)目和相對含量。為了研究清楚這些問題,我們需要利用相圖這一工具。幾個(gè)名詞:1.合金系:由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同的比例配制成的一系列不同成分的合金,稱為合金系,例如,Pb-Sn系、Fe-Fe3C系;2.相圖:用來表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過程的簡明圖解,稱為相圖。相圖上表示的組織都是在極其緩慢冷卻的條件下所獲得的,都是接近平衡狀態(tài)的組織,又叫做平衡圖。3.組織:在金相顯微鏡下觀察到的具有某種形貌或形態(tài)特征的組成部分。2.2.1.1二元合金相圖的建立:比較常見的是利用熱分析法建立;Cu—Ni相圖的建立過程:配置合金測定冷卻曲線標(biāo)定臨界點(diǎn)繪制合金相圖2.2.1.2二元合金相圖的基本類型(一)勻晶相圖:兩組元在液態(tài)和固態(tài)均無限互溶的二元合金系所形成的相圖。例如:Cu—Ni、Cu—Au、Au—Ag、Fe—Ni等。1、相圖分析:1.1點(diǎn):A:Cu的熔點(diǎn);B:Ni的熔點(diǎn);1.2線:AB線(上面):液相線;
AB線(下面):固相線;1.3面:液相區(qū);固相區(qū);液固兩相共存區(qū);勻晶合金的結(jié)晶過程勻晶合金與純金屬不同,它沒有一個(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。l1bcdT,CtLLL勻晶轉(zhuǎn)變
L
冷卻曲線CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+12344321l2l3l4液態(tài)合金冷至t1溫度,開始從液態(tài)合金中析出α相,此時(shí)結(jié)晶出的α成分為α1,液相的成分為L1(即為合金的成分);隨著溫度的降低,L→α,到達(dá)t2溫度,液相的成分沿著液相線變?yōu)長2,固相沿著固相線變?yōu)棣?;同時(shí),液相的數(shù)量逐漸的降低,α相的數(shù)量逐漸的增加;溫度冷至t3時(shí),液相成分沿著液相線變化為l3,固溶體成分沿著固相線變化為α3,并與l3相平衡。溫度冷至t4時(shí),液相全部結(jié)晶為α相,α成分沿固相線變?yōu)棣?(即合金的成分)。溫度繼續(xù)下降,就為固溶體α的簡單冷卻。液態(tài)合金冷至t1溫度,開始從液態(tài)合金中析出α相,此時(shí)結(jié)晶出的α成分為α1,液相的成分為L1(即為合金的成分);隨著溫度的降低,L→α,到達(dá)t2溫度,液相的成分沿著液相線變?yōu)長2,固相沿著固相線變?yōu)棣?;同時(shí),液相的數(shù)量逐漸的降低,α相的數(shù)量逐漸的增加;溫度冷至t3時(shí),液相成分沿著液相線變化為l3
,固溶體成分沿著固相線變化為α3,并與l3相平衡。溫度冷至t4時(shí),液相全部結(jié)晶為α相,α成分沿固相線變?yōu)棣?(即合金的成分)。溫度繼續(xù)下降,就為固溶體α的簡單冷卻。2、平衡結(jié)晶過程:以如圖所示合金1為例來分析平衡結(jié)晶過程:注意:①合金在平衡結(jié)晶時(shí),結(jié)晶出的固相成分沿固相線變化,液相的成分沿液相線變化;②液(固)相線表示在無限緩慢冷卻的條件下,液、固兩相平衡共存時(shí),液(固)相的化學(xué)成分隨溫度的變化情況。從圖中可知:合金1在t1溫度時(shí)是L、α兩相平衡共存,液相的成分為x1,固相的成分為x2,合金的成分為x。求:L、α兩相的相對含量?設(shè):合金的總重量為1;在溫度t1時(shí),液相的質(zhì)量為QL,固相的質(zhì)量為Qα;則有:Qα=aC/ab;QL=Cb/ab;QL/Qα=aC/Cb3、杠桿定律:解決二元合金在冷卻結(jié)晶過程中,液固兩相平衡共存時(shí)的相對含量;如圖杠桿定律CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+12ABxacbT1T21.在兩相區(qū)內(nèi),對應(yīng)每一確定的溫度,兩相的成分是確定的。2.隨著溫度的降低,兩相的成分分別沿液相線和固相線變化。杠桿定律:在兩相區(qū)內(nèi),對應(yīng)每一確定的溫度T1,兩相質(zhì)量的比值是確定的。即QL/Q=cb/ac杠桿定律推論:在兩相區(qū)內(nèi),對應(yīng)溫度T1時(shí)兩相在合金b中的相對質(zhì)量各為QL=(x2-x)/(x2-x1)Q=(x-x1)/(x2-x1) =1-QLx1x2例:求30%Ni合金在1280時(shí)相的相對量CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+ac30a1b1c11280C解:作成分線和溫度線如圖。6618根據(jù)杠桿定律推論,
Q/
QH
=a1b1/a1c1=12/48=1/4答:所求合金在1280時(shí)相的相對質(zhì)量為1/4。產(chǎn)生原因:在實(shí)際生產(chǎn)中,冷卻速度較快,使合金內(nèi)部,尤其是固相內(nèi)部的原子來不及充分?jǐn)U散;4、枝晶偏析:在晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象叫做晶內(nèi)偏析,也叫枝晶偏析;危害:嚴(yán)重影響機(jī)械性能,特別是使塑性、韌性下降,抗蝕能力下降;消除方法:采用擴(kuò)散退火(均勻化退火):即將鑄件加熱到低于固相線100~200℃的溫度進(jìn)行長時(shí)間的保溫,使偏析元素充分的擴(kuò)散,從而使合金的成分均勻化。二元共晶相圖:當(dāng)兩組元在液態(tài)時(shí)無限互溶,在固態(tài)時(shí)有限互溶,并能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的二元相圖叫做二元共晶相圖。例如:Pb—Sn、Cu—Ag、Zn—Sn相圖等;(二)、二元共晶相圖1、相圖分析:如圖所示:1.1點(diǎn):a點(diǎn):Pb的熔點(diǎn);b點(diǎn):Sn的熔點(diǎn);c點(diǎn):共晶點(diǎn);1.2線:acb:液相線;adceb線:固相線;df線:α固溶體的溶解度曲線(α固溶體是以Pb為溶劑,以Sn為溶質(zhì)的有限固溶體);eg線:β固溶體的溶解度曲線(β固溶體是以Sn為溶劑,以Pb為溶質(zhì)的有限固溶體);1.3面:單相區(qū):液相區(qū)、α固溶體區(qū)、β固溶體區(qū);兩相區(qū):L+
α、L+
β、
α+
β;ced線是L+
α+
β三相共存區(qū),dce線也叫共晶線;圖2-10Pb-Sn二元合金相圖如圖2-10所示,在dce線所對應(yīng)的溫度下,成分為c的液相(Lc)會同時(shí)結(jié)晶出成分為d的αd和成分為e的βe兩個(gè)固相,所以發(fā)生了共晶反應(yīng)。表達(dá)式為:
1.4共晶轉(zhuǎn)變:在一定溫度下,由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出成分一定且不相同的兩個(gè)固相的轉(zhuǎn)變,稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。幾個(gè)概念:dce線叫做共晶線;c點(diǎn)叫做共晶點(diǎn);c點(diǎn)所對應(yīng)的溫度叫做共晶溫度tc;成分為c點(diǎn)的合金叫做共晶合金;成分在d~c之間的合金叫做亞共晶合金;成分c~e在之間的合金叫做過共晶合金。所生成的產(chǎn)物αd+
βe叫做共晶產(chǎn)物。2.共晶相圖PbSnSn%T,C鉛-錫合金共晶相圖液相線L固相線+
L
+L
+固溶線固溶線共晶轉(zhuǎn)變分析PbSnT,CL+
L+L+共晶反應(yīng)線表示從d點(diǎn)到e點(diǎn)范圍的合金,在該溫度上都要發(fā)生不同程度上的共晶反應(yīng)。ce共晶點(diǎn)表示c點(diǎn)成分的合金冷卻到此溫度上發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。dLd
c+e冷卻到c點(diǎn),合金的溫度冷到了tc(183℃),合金的成分為共晶成分,所以發(fā)生共晶反應(yīng):Lc→αd+
βe,得到共晶組織,計(jì)算一下它們的相對含量:
2、合金的平衡結(jié)晶過程:
2.1共晶合金的結(jié)晶過程:如圖所示:合金Ⅱ?yàn)閃Sn=61.9%的共晶合金,它的冷卻過程如圖所示:Qβ=1-Wα=1-45.4%=54.6%溫度冷到c(1點(diǎn))點(diǎn)以下時(shí),α相和β相均冷卻,其中,α相的溶解度沿著df線變化,β相的溶解度沿著eg線變化,各自分別生出次生相,αⅡ、βⅡ,可忽略。所以,共晶合金的室溫組織為α+
β;如圖所示。結(jié)晶過程分析
(共晶合金)T,CtL(+)L(+)LL(+)共晶體冷卻曲線(+)PbSnT,CL+
L
+L+
183dec12如圖所示,α和β相呈層片狀交替分布,其中白色組織為β相,黑色組織為α相。1點(diǎn)以上是液相的簡單冷卻;1~2點(diǎn)是L→α;2點(diǎn):發(fā)生共晶反應(yīng):
Lc→αd+
βe;此反應(yīng)一直進(jìn)行到液相用完為止,所以此時(shí)的組織:α(初晶)+(αd+
βe)2點(diǎn)以下是次生相的析出,同理,
αd+
βe的次生相可以忽略,但初晶α的次生相
βⅡ不能忽略。所以,亞共晶合金的室溫組織為:
α先+(αd+
βe)+βⅡ2.2亞共晶合金的結(jié)晶過程:如圖所示,合金Ⅲ為WSn=50%的亞共晶合金,它的冷卻結(jié)晶過程如圖所示:合金結(jié)晶過程分析
(亞共晶合金)X1T,CtLL+
(+)++
Ⅱ12(+)+PbSnT,CL+
L
+L
+183decL+(+)+圖中黑色的樹枝狀晶為初晶α,其中的白色組織為βⅡ,黑白相間分布的是共晶組織(α+β)。cefgX1T,CtLLLL+
冷卻曲線+
ⅡⅡ1234{PbSnT,CL+
L
+L+183ced2.3邊際固溶體合金含Sn量小于d點(diǎn)(19%)的合金的結(jié)晶過程:如圖所示:合金Ⅰ為WSn=10%,它的結(jié)晶過程如圖3-9所示1以上是L的冷卻;1~·2點(diǎn)L→α;2~3點(diǎn)α相的冷卻;3~4點(diǎn)α→βⅡ;所以,室溫組織為:α+βⅡ。計(jì)算它們的相對含量:
QβⅡ=1-Qα=1-90%=10%二元包晶相圖:當(dāng)兩組元在液態(tài)時(shí)無限互溶,在固態(tài)時(shí)只能有限互溶,并且發(fā)生包晶反應(yīng)時(shí)所構(gòu)成的相圖叫做二元包晶相圖。例如:Pt—Ag、Cu—Zn相圖等。(三)二元包晶相圖1、相圖分析:Pt—Ag二元包晶相圖;1.1點(diǎn):a點(diǎn):Pt的熔點(diǎn);b點(diǎn):Ag的熔點(diǎn);d點(diǎn)包晶點(diǎn);1.2線:aeb線:液相線;acdb線:固相線;cf線:Ag在Pt中的溶解度曲線;dg線:Pt在Ag中的溶解度曲線;1.3面:三個(gè)單相區(qū):L、α、β;
三個(gè)兩相區(qū):L+α、L+β、α+β;cde線是L、α、β的三相共存線。1.4包晶反應(yīng):在一定的溫度下,由一定成分的固相和一定成分的液相作用,形成另一個(gè)一定成分的固相的過程.其中,d點(diǎn)為包晶點(diǎn);d點(diǎn)所對應(yīng)的溫度td叫做包晶溫度;cde線叫做包晶線。
包晶反應(yīng)的表達(dá)式為:
Le+αc→βd(td)2、平衡結(jié)晶過程:以合金Ⅰ為例,分析其結(jié)晶過程:溫度在1點(diǎn)以上為液相的簡單冷卻;1~·2點(diǎn)為L→α;隨溫度降低,α的成分沿ac線變化,液相的成分沿液相線ae變化冷至2點(diǎn),溫度冷至包晶溫度td,液相的成分達(dá)到e點(diǎn),α的成分達(dá)到c點(diǎn),其含量可用杠桿定律求得:td溫度,液相L和固相α發(fā)生包晶反應(yīng):Le+αc→βd,包晶反應(yīng)的示意圖如圖。反應(yīng)結(jié)束后,液相和α恰好全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪唷?~3點(diǎn),Pt在β相中的溶解度沿dg線變化,生成次生相αⅡ。所以,合金的室溫組織為β+αⅡ;3.包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變:Le+cdPtAgAg%T,C鉑-銀合金包晶相圖L+L+L+cdefgT,CtLL+L+
+Ⅱba以合金Ⅱ10.5%~42.4%為例,分析其結(jié)晶過程:溫度在1點(diǎn)以上為液相的簡單冷卻;1~·2點(diǎn)為L→α;冷至2點(diǎn),液相的成分變到e點(diǎn),α的成分沿ac線變到c點(diǎn),溫度冷至包晶溫度.用杠桿定理可算出二者的含量:至此將發(fā)生包晶反應(yīng):Le+αc→βd,反應(yīng)結(jié)束后,除形成新相β外,α相有剩余。在td以下溫度,隨著固溶體溶解度變化,從β固溶體和α固溶體中將不斷析出二次相βⅡ和αⅡ。合金的室溫組織為α+β
+βⅡ
+αⅡ;反應(yīng)結(jié)束后,除形成β相外,L相有剩余。
當(dāng)溫度從2點(diǎn)降低時(shí),剩余的液相將繼續(xù)結(jié)晶出β固溶體,此時(shí)β相成分沿著db線變化,當(dāng)溫度達(dá)到3點(diǎn)后,液相全部結(jié)晶為與合金成分相同的β固溶體。
3~4點(diǎn)之間,合金為單相固溶體合金,不發(fā)生變化。
在4點(diǎn)以下,將從β固溶體中析出二次相βⅡ。
合金Ⅲ的室溫組織為β+αⅡ;用杠桿定律可算出,在包晶轉(zhuǎn)變時(shí)系統(tǒng)中液相的數(shù)量比包晶轉(zhuǎn)變時(shí)所需的量多,即以合金Ⅲ為例,分析其結(jié)晶過程:
溫度在1點(diǎn)以上為液相的簡單冷卻;
1~·2點(diǎn)為L→α;
冷至2點(diǎn),液相的成分變到e點(diǎn),α的成分沿ac線變到c點(diǎn),溫度冷至包晶溫度,所以可以發(fā)生包晶反應(yīng):Le+αc→βd,
(四)其他類型的相
1、形成穩(wěn)定化合物的二元相圖2、二元共析相圖共析轉(zhuǎn)變:在一定溫度下,由成分一定的固相同時(shí)析出兩種成分一定且不相同的新固相的轉(zhuǎn)變。dce線為共析線,c點(diǎn)為共析點(diǎn),共析反應(yīng):γc→αd+βe;αd+βe叫做共析組織;共析線所對應(yīng)的溫度叫做共析溫度。4.共析相圖共析轉(zhuǎn)變:
(+)共析體ABT,C+
+
+cedL
+L(五)二元合金相圖小結(jié):兩個(gè)單相區(qū)只能交于一點(diǎn)。根據(jù)相區(qū)接觸法則,即在二元合金相圖中相鄰相區(qū)的相數(shù)相差一個(gè)(點(diǎn)接觸除外),得出:兩個(gè)單相區(qū)之間必定有由這兩個(gè)相所組成的兩相區(qū),兩個(gè)兩相區(qū)之間必定以單相區(qū)或三相共存水平線隔開。三相共存線和與之接觸的三個(gè)單相區(qū)是點(diǎn)接觸,1.3分析轉(zhuǎn)變類型:找出三相共存線和與之點(diǎn)接觸的三個(gè)單相區(qū),根據(jù)它們的位置配置來確定轉(zhuǎn)變類型:如表所示;注意:
1.利用相圖分析合金的平衡結(jié)晶時(shí),應(yīng)注意:在單相區(qū)內(nèi),該相的成分即為合金的成分;在兩相區(qū)內(nèi),不同溫度下兩相的成分沿著其相界線變化,兩相的相對含量可以用杠桿定律計(jì)算;在三相平衡時(shí),三個(gè)相的成分是固定的。在反應(yīng)前和反應(yīng)后,各組成相的相對含量也可利用杠桿定律進(jìn)行計(jì)算。
2.相圖反映的是平衡結(jié)晶過程,在生產(chǎn)實(shí)踐中冷卻速度較快,所以相的相對含量及組織可能會產(chǎn)生較大的變化,如:偏析等情況。如圖,固溶體的性能與溶質(zhì)元素的溶入量有關(guān),溶質(zhì)濃度↑→強(qiáng)度、硬度↑塑性有所降低(固溶強(qiáng)化)。電阻率增大,電阻溫度系數(shù)減小。合金固溶體隨溫度下降,會有二次相析出。彌散強(qiáng)化:二次相以細(xì)小粒子,均勻、彌散地在固溶體晶粒中析出時(shí),會使合金的強(qiáng)度硬度增加,塑性、韌性稍有下降,這種現(xiàn)象稱為合金的彌散硬化。彌散硬化的效果與二次相粒子的細(xì)密程度,即與彌散度有關(guān),彌散度越高,強(qiáng)度效果越大。
單相固溶體合金所能達(dá)到的強(qiáng)度和硬度是有限的。因而總體說來,單相固溶體的強(qiáng)度低,塑性、韌性好,適于壓力加工,不適宜做結(jié)構(gòu)材料。因它的電阻率大而電阻溫度系數(shù)又小,所以適宜做電阻合金材料,例如:Cr20Ni80、Cu50Ni50;合金的性能與相圖的關(guān)系一、合金的力學(xué)性能、物理性能與相圖的關(guān)系2.2形成兩相合金:
在相圖的端部,是單相固溶體區(qū),它們的性能如前所述;在兩相區(qū)內(nèi),合金性能介于兩個(gè)組成相之間與成分呈直線關(guān)系,為兩相性能的平均值。
注意:在共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變形成兩相機(jī)械混合物時(shí),合金的性能還與兩相的細(xì)密程度有關(guān),當(dāng)十分細(xì)密時(shí),合金的強(qiáng)度、硬度將偏離直線關(guān)系而出現(xiàn)如虛線所示的峰值。
兩相合金一般都比單相固溶體合金的強(qiáng)度、硬度高,塑性低,可做結(jié)構(gòu)材料。
2.3形成化合物:形成化合物時(shí),合金的強(qiáng)度、硬度高,塑性、韌性低,具有某些特殊的物理、化學(xué)性能。加工性能較差,不宜作結(jié)構(gòu)材料,但可作為燒結(jié)合金的原料,用來生產(chǎn)硬質(zhì)合金等制品。相圖與合金物理、力學(xué)性能之間的關(guān)系2.合金的工藝性能與相圖的關(guān)系合金的鑄造性能主要表現(xiàn)在流動性、縮孔、偏析及熱裂傾向等方面。相圖中液相線和固相線的之間距離越小,液體合金結(jié)晶的溫度范圍越窄,對澆注和鑄造質(zhì)量越有利。液、固相線距離越大,形成枝晶偏析的傾向性大,合金的流動性差;易形成分散縮孔;且鑄造時(shí)有較大的熱裂傾向;所以,純金屬和共晶成分或接近共晶成分的合金具有很好的鑄造性能。
合金的流動性、縮孔性質(zhì)與相圖之間的關(guān)系
●鍛造、軋制性能單相固溶體合金,
變形抗力小,變形均勻,
不易開裂。1、解釋下列名詞:合金、組元、相、固溶體、化合物、組織、固溶強(qiáng)化、晶內(nèi)偏析2、指出下列名詞的主要區(qū)別:置換固溶體與間隙固溶體間隙相與間隙化合物固溶體與化合物相組成物和組織組成物3、在Pb-Sn相圖中:指出組織中含βⅡ最多和最少的成分?指出組織中共晶體最多和最少的成分?初生相α及β,共晶體α+β,二次相αⅡ及βⅡ,它們在組織形態(tài)上有何區(qū)別?畫出它們的組織示意圖?作業(yè):高于300℃;剛冷到183℃,共晶轉(zhuǎn)變還未開始;在183℃,共晶轉(zhuǎn)變完畢;5、已知A(熔點(diǎn)600℃)與B(熔點(diǎn)500℃)在液態(tài)無限互溶,在固態(tài)300℃時(shí)A溶于B的最大溶解度為30%,室溫時(shí)為10%,但B不溶于A;在300℃,含40%B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng),作出A-B合金的相圖?6、一個(gè)二元共晶反應(yīng)如下:L(75%B)→α(15%B)+β(95%B)求:1、含50%B的合金完全凝固時(shí),初晶α與共晶(α+β)的相對含量?2、α相及β相的相對含量?4、根據(jù)上題圖,說明含28%Sn的Pb-Sn合金在下列各溫度時(shí)組織中有哪些相,并求出相的相對含量?7、有形狀、尺寸相同的兩個(gè)Cu-Ni合金鑄件,一個(gè)含90%Ni,另一個(gè)含50%Ni,鑄件自然冷卻后,問哪一個(gè)鑄件的偏析較嚴(yán)重?3、共晶體中的α和β相的相對含量?
2.2.2鐵碳合金及相圖
碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金,是使用最廣泛的金屬材料。碳鋼和鑄鐵都是在鐵中加入一定比例的碳,所以,碳和鐵是鋼鐵材料中最基本的組元。為了更好的掌握鋼鐵材料,我們先從鐵入手,之后,研究鐵與碳的相互作用,以便認(rèn)識鐵碳合金的本質(zhì),并了解它的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
Fe—Fe3C相圖是研究鐵碳合金的基礎(chǔ),由于當(dāng)Wc﹥6.69%時(shí),鐵碳合金的脆性極大,在工業(yè)上沒有使用價(jià)值,所以只研究Fe—Fe3C部分
2.2.2.1Fe—Fe3C相圖中的組元(一)鐵:鐵是元素周期表中的第26個(gè)元素,相對原子質(zhì)量為55.85,屬于過渡族元素,在一個(gè)大氣壓下,它的熔點(diǎn)為1538℃,在2738℃時(shí)氣化,在20℃時(shí)的密度為7.87g/cm3。1.純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變:
同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變:當(dāng)外部條件(如溫度、壓強(qiáng))改變時(shí),有些金屬可以由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu),這種轉(zhuǎn)變叫做晶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。δ-Fe→γ-Fe→α-Fe(1)純鐵在1538℃開始結(jié)晶為δ-Fe(bcc)。(2)當(dāng)溫度冷卻到1394℃時(shí),發(fā)生δ-Fe→γ-Fe的轉(zhuǎn)變,此種轉(zhuǎn)變也叫A4轉(zhuǎn)變。(γ-Fe為fcc)。(3)當(dāng)溫度繼續(xù)冷卻到912℃時(shí),發(fā)生γ-Fe→α-Fe的轉(zhuǎn)變,此種轉(zhuǎn)變也叫做A3轉(zhuǎn)變。(α-Fe為bcc結(jié)構(gòu))綜上所述:鐵有三種同素異晶狀態(tài):δ-Fe、γ-Fe、α-Fe(4)、α-Fe在770℃將發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變,由高溫的順磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐蔫F磁狀態(tài),這種轉(zhuǎn)變叫做A2轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變溫度稱為鐵的居里點(diǎn).發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變時(shí),鐵的晶格類型不變。工業(yè)純鐵的含鐵量WFe=99.8~99.9%,含有0.1~0.2%的雜質(zhì),其中主要是碳。性能特點(diǎn)—強(qiáng)度低、硬度低、韌性、塑性好抗拉強(qiáng)度σb:180~230MPa
屈服強(qiáng)度σ0.2:100~178MPa
延伸率δ:30~50%
斷面收縮率ψ:70~80%
沖擊韌性αK:1.5~2MJ/cm2
硬度HBS:50~80
很少作結(jié)構(gòu)材料,它的主要用途是利用它的鐵磁性,作為各種儀器、儀表的鐵芯。2.純鐵的性能與應(yīng)用:(二)滲碳體Fe3C
:Fe與C的間隙化合物,含碳量為6.69%,一般用Fe3C或Cm表示,它的復(fù)雜晶格屬正交晶系;2.1滲碳體的性能:性能特點(diǎn)—熔點(diǎn)高,硬而脆,塑性、韌性幾乎為零??估瓘?qiáng)度σb=30MPa硬度800HBak=0ψ=0δ=0在室溫平衡狀態(tài)下,鐵碳合金中的碳基本上是以Fe3C的形式存在。230℃以下鐵磁性(一)α相鐵素體F
:(碳在α-Fe中的間隙固溶體bcc常用F或α表示,σb↓,HB↓,δ↑,αk↑,鐵磁性(室溫:C%=0.0008%,
727度:C%=0.0218%)
所以工業(yè)純鐵在室溫時(shí)的組織大約為100%F。(二)奧氏體:(C固溶到γ-Fe中的間隙式固溶體)fcc常用A或γ表示,HB↓,δ↑,順磁性A的最大溶解度為2.11%(在1148℃時(shí)實(shí)現(xiàn)的)。(三)δ鐵素體:(C固溶到δ–Fe中的間隙固溶體)
bcc順磁性(四)滲碳體:性能特點(diǎn)—熔點(diǎn)高,硬而脆,塑性、韌性幾乎為零。(五)液相:在熔化溫度以上,鐵和碳所形成的均勻的液體,即液相。22.2.2Fe—Fe3C相圖中的基本相
2.2.2.3Fe—Fe3C相圖分析(一)相圖中的點(diǎn):(二)相圖中的線:
液固相線:ABCD為液相線、AHJECF為固相線;三條水平線:HJB—包晶轉(zhuǎn)變線、ECF—共晶轉(zhuǎn)變線、PSK—共析轉(zhuǎn)變線;MO為鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變線;230℃虛線為滲碳體的磁性轉(zhuǎn)變線。相區(qū):5個(gè)單相區(qū),7個(gè)兩相區(qū),3條三相水平線三條水平恒溫轉(zhuǎn)變線:(1)包晶轉(zhuǎn)變(水平線HJB):
即:在1495℃的恒溫下,成分為B點(diǎn)(WC=0.53%)的液相與成分為H點(diǎn)(WC=0.09%)δ鐵素體發(fā)生包晶反應(yīng),生成成分為J點(diǎn)(WC=0.17%)的奧氏體,此反應(yīng)只能在WC=0.09~0.53%的鐵碳合金中發(fā)生。
包晶轉(zhuǎn)變(2)共晶反應(yīng)(水平線ECF):萊氏體Ld共晶轉(zhuǎn)變?nèi)R氏體Ld:A與Fe3C的機(jī)械混合物成分:4.3%C性能:硬而脆塑性極差形態(tài):點(diǎn)狀、短條狀A(yù)分布于Fe3C基體上此反應(yīng)只能在WC=2.11~6.69%的鐵碳合金中發(fā)生。AS0.77
FP0.0218+Fe3C或A0.77
P0.77727℃727℃(3)共析轉(zhuǎn)變(水平線PSK):
凡是含碳量大于0.0218%的鐵碳合金都會發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。
其中,PSK線稱為共析線,也叫A1線;共析轉(zhuǎn)變珠光體P:F與Fe3C的機(jī)械混合物成分:0.77%C性能:適中,介于F和Fe3C之間抗拉強(qiáng)度σb=770MPa延伸率δ=20%~35%硬度180HBak=3×10~4×10J/㎡斷面收縮率ψ=40%~60%形態(tài):層片狀,粒狀珠光體P三條重要的特性曲線:GS線:又稱為A3線,它是在冷卻過程中由奧氏體中析出鐵素體的開始線。(GS線是由G點(diǎn)(A3點(diǎn))演變而來的,隨著含碳量的增加,奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度逐漸下降,從而由A3點(diǎn)演變?yōu)锳3線)。ES線:碳在奧氏體中溶解度曲線。碳在奧氏體中的最大溶解度為2.11%(在1148℃時(shí)實(shí)現(xiàn)的),而在727℃的溶解度只為0.77%,所以含碳量大于0.77%的鐵碳合金從1148℃冷卻到727℃時(shí),都會從奧氏體中析出Fe3C,叫做二次滲碳體(Fe3CⅡ),以區(qū)別從液相中直接結(jié)晶出的一次滲碳體(Fe3CⅠ)。ES線也叫Acm線。PQ線:是碳在鐵素體中的溶解度曲線。從該曲線上看,碳在鐵素體中的最大溶解度是0.0218%(在727℃實(shí)現(xiàn)的),在室溫時(shí)僅為0.0008%。所以,當(dāng)鐵素體從727℃冷卻下來時(shí),要從鐵素體中析出滲碳體,叫做Fe3CⅢ。
注意:Fe3CⅠ、
Fe3CⅡ、
Fe3CⅢ僅在來源與分布上有所不同,并無本質(zhì)區(qū)別,其含碳量、晶體結(jié)構(gòu)和本身的性質(zhì)均相同。ABCD以上—液相區(qū)(L)、AHNA—δ固溶體區(qū)(δ)、NJESGN—奧氏體區(qū)(A或γ)、GPQG—鐵素體區(qū)(F或α)、DFKL—滲碳體區(qū)(Fe3C或Cm);共五個(gè)單相區(qū)。同時(shí),相圖中還有七個(gè)兩相區(qū),它們是:L+δ、L+γ、L+
Fe3C、δ+γ、α+γ、γ+Fe3C、α+Fe3C;(三)相圖中的面:鐵碳合金分類工業(yè)純鐵
<0.0218%C鋼
0.0218-2.11%C
亞共析鋼0.0218-0.77%C
共析鋼0.77%C
過共析鋼0.77-2.11%C白口鑄鐵(生鐵)2.11-6.69%C碳以滲碳體的形式存在,斷口呈白亮色,叫做白口鑄鐵)
亞共晶白口鑄鐵2.11-4.3%C
共晶白口鑄鐵4.3%C
過共晶白口鑄鐵4.3-6.69%C2.2.2.4典型合金的平衡結(jié)晶過程
1、工業(yè)純鐵:合金①是WC=0.01%的工業(yè)純鐵,在其冷卻過程中與相圖交了1、2、3、4、5、6、7共七個(gè)點(diǎn)。其結(jié)晶過程如圖所示:1點(diǎn)溫度以上是液相的冷卻;
1~2溫度區(qū)間,按勻晶結(jié)晶出δ固溶體;
2~3溫度區(qū)間是δ的簡單冷卻;溫度到達(dá)3點(diǎn),開始發(fā)生固溶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,由δ→γ,γ的晶核優(yōu)先在δ相的晶界上形核并長大,此轉(zhuǎn)變在4點(diǎn)結(jié)束。4~5溫度區(qū)間是γ的簡單冷卻;奧氏體冷到5點(diǎn),發(fā)生γ→α的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,在6點(diǎn)結(jié)束。此時(shí),奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。6~7溫度區(qū)間是α的簡單冷卻;冷到7點(diǎn)時(shí),碳在α中溶解度達(dá)到飽和,將從α中析出Fe3CⅢ;溫度降到7點(diǎn)以下,F(xiàn)e3CⅢ不斷析出。所以工業(yè)純鐵的室溫組織是:F+Fe3CⅢ1點(diǎn)溫度以上為液相的簡單冷卻;1~2點(diǎn)溫度區(qū)間,按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體,在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束,全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。2~3點(diǎn)溫度區(qū)間,奧氏體的簡單冷卻;溫度冷到3點(diǎn)時(shí),溫度為727℃,A的成分為0.77%,此時(shí)會發(fā)生共析轉(zhuǎn)變:AS→FP+Fe3C,形成珠光體P(P中的Fe3C叫做共析滲碳體);2、共析鋼:如圖4-2所示,合金②為WC=0.77%的共析鋼,它在冷卻過程中與相圖交了共三個(gè)點(diǎn)溫度冷到3點(diǎn)以下,F(xiàn)中會析出Fe3CⅢ,但它在共析鐵素體和共析滲碳體的相界面上形成并與共析滲碳體連在一起,數(shù)量也很少,在顯微鏡下很難分辨,所以可以將其忽略。所以,共析鋼的室溫組織為P,如圖所示。P中的鐵素體和滲碳體的相對含量可以用杠桿定律計(jì)算:溫度在1點(diǎn)以上是液相的簡單冷卻;在1~2溫度區(qū)間,該合金按勻晶結(jié)晶出δ固溶體;溫度冷到2點(diǎn)時(shí),δ固溶體的含碳量為0.09%,L的含碳量為0.53%,溫度冷到1495℃,此時(shí)會發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變:LB+δH→AJ
,形成A。因?yàn)楹辖鸬暮剂看笥?.17%,所以,包晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后,還有液相剩余。在2~3溫度區(qū)間,L繼續(xù)結(jié)晶為A,冷到3點(diǎn)時(shí),合金全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳。3、亞共析鋼:
如圖所示,合金③為WC=0.45%的亞共析鋼,它在冷卻過程中與相圖交了5個(gè)點(diǎn),其結(jié)晶過程如圖:3~4溫度區(qū)間,為A的簡單冷卻;冷到4點(diǎn),碰到GS線,開始發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,從A中析出F,在F的量逐漸增加的同時(shí),他們的成分也發(fā)生變化,F(xiàn)沿GP線變化,A沿GS線變化;冷到5點(diǎn)時(shí),F(xiàn)的成分為0.0218%,我們將此時(shí)形成的F叫做先共析鐵素體;A的成分為0.77%,溫度為727℃,所以發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,AS→FP+Fe3C,生成P。5點(diǎn)以下,先共析鐵素體和珠光體中鐵素體都會出Fe3CⅢ
,但其數(shù)量太少,也忽略不計(jì)了。所以,亞共析鋼的室溫組織為F先+P,如圖所示。
注意:組織組成物與相組成物的區(qū)別WC=0.45%的碳鋼的室溫組織組成物的相對含量為:
下面我們用杠桿定律計(jì)算WC=0.45%的亞共析鋼的組織組成物與相組成物的相對含量:WC=0.45%的碳鋼的室溫相組成物的相對含量為:3.亞共析鋼溫度在1點(diǎn)以上是液相的簡單冷卻;1~·2溫度區(qū)間按勻晶析出A,在2點(diǎn)全部變?yōu)閱蜗郃;2~3溫度區(qū)間為A的簡單冷卻;冷到3點(diǎn)碰到ES線,開始從A中析出Fe3CⅡ;4、過共析鋼:合金④為WC=1.2%的過共析鋼,在冷卻過程中它與相圖交了4個(gè)點(diǎn),3~4溫度區(qū)間,F(xiàn)e3CⅡ不斷沿A晶界呈網(wǎng)狀析出,此時(shí),A的成分也沿著ES線變化;溫度降到4點(diǎn),A的含碳量為0.77%,溫度為727℃,將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變AS→FP+Fe3C,生成P;所以,過共析鋼的室溫組織為Fe3CⅡ+P,如圖4.14所示。在過共析鋼中,F(xiàn)e3CⅡ的數(shù)量隨著鋼的含碳量的增加而增加,在WC=2.11%,它的數(shù)量達(dá)到最大:溫度在1點(diǎn)以上是液態(tài)的簡單冷卻;合金冷卻到1點(diǎn)時(shí),溫度為1148℃,會發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,LC→AE+
Fe3C,即形成Ld;(此時(shí)生成的滲碳體叫做共晶滲碳體)。在1~2溫度區(qū)間,A沿ES線變化,碳在A中的溶解度不斷下降,從而不斷的析出Fe3CⅡ(依附在共晶滲碳體之上,難以分辨);5、共晶白口鐵:合金⑤為WC=4.3%的共晶白口鐵,在冷卻過程中,它與相圖交了2個(gè)點(diǎn),溫度降至2點(diǎn),會發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,AS→FP+Fe3C(727℃),生成珠光體。所以,室溫組織為P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶,為P分布在共晶滲碳體基體上,室溫下的組織保持了在高溫下共晶轉(zhuǎn)變所形成的Ld的形態(tài)特征,只是組成物發(fā)生了變化,將室溫萊氏體叫做變態(tài)萊氏體或低溫萊氏體,用Ld’(P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶)表示;它的形貌如圖所示;1~·2溫度區(qū)間,L→A;(又叫做A先)溫度冷至2點(diǎn),剩余的L發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,生成Ld;2~3溫度區(qū)間,A→Fe3CⅡ;(A共晶→Fe3CⅡ;A先→Fe3CⅡ
);到達(dá)3點(diǎn),發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,同樣A共晶、A先均發(fā)生轉(zhuǎn)變;所以,室溫組織為P+(Fe3CⅡ)+Ld’;如圖所示;6、亞共晶白口鐵:合金⑥為WC=5.0%的亞共晶白口鐵,在冷卻過程中與相圖交了3個(gè)點(diǎn),7、過共晶白口鐵:合金⑦為WC=5.0%的過共晶白口鐵.1~·2溫度區(qū)間,L→Fe3CⅠ;到達(dá)2點(diǎn),發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,生成Ld;以下的轉(zhuǎn)變與共晶白口鐵相同;所以,室溫組織為Fe3CⅠ+Ld’;7.過共晶白口鐵1、碳含量對平衡組織的影響:從相圖中可以看出:任何鐵碳合金在室溫下的平衡組織都是由鐵素體和滲碳體兩相所組成。
2.2.2.5碳對鐵碳合金的組織與性能的影響隨著含碳量增加,鐵碳合的組織變化如下:F+Fe3CⅢ(工業(yè)純鐵)→F+P(亞共析鋼)→P(共析鋼)→P+Fe3CⅡ(過共析鋼)→P+(Fe3CⅡ)+Ld’(亞共晶白口鐵)→Ld’(共晶白口鐵)→Ld’+Fe3CⅠ(過共晶白口鐵)當(dāng)WC<0.0218%時(shí),Fe3CⅢ是從基體相鐵素體的晶界上呈片狀微量析出。當(dāng)WC=0.0218~0.77%時(shí),鋼發(fā)生了共析轉(zhuǎn)變,生成了珠光體,P中的Fe3C是以片狀形態(tài)分布,并且其數(shù)量隨著含碳量的增加而增加。當(dāng)WC=0.77%時(shí),組織完全為P。從上面的分析可以看出:鐵碳合金中,隨著含碳量的增加,不僅組織中的滲碳體的相對重量增加,而且滲碳體的形態(tài)和分布也有變化:
當(dāng)WC=0.77~2.11%時(shí),除了有P外,還出現(xiàn)了Fe3CⅡ,它是以網(wǎng)狀沿A晶界析出的。當(dāng)WC=2.11~4.3%時(shí),鋼會發(fā)生了共晶轉(zhuǎn)變,有萊氏體析出(在萊氏體中共晶滲碳體是連續(xù)的相)并且其數(shù)量隨著含碳量的增加而增加。當(dāng)WC=4.3%時(shí),全部是萊氏體組織。當(dāng)WC>4.3%時(shí),會從液相中直接析出粗大長條狀的Fe3CⅠ。綜上所述:同一種組成相,如果形成條件改變,盡管本質(zhì)相同,也可形成形態(tài)不同的組織,從而影響性能;(一般認(rèn)為滲碳體為硬脆相,鐵素體為軟韌相)。室溫下含碳量與相和組織的關(guān)系一般認(rèn)為滲碳體為硬脆相,鐵素體為軟韌相,合金的性能取決于兩者的配合。當(dāng)它們形成片狀珠光體時(shí),即得到珠光體的性能,如下:
σb:750MN/mm2;δ:20~25%;HB:180;Ak:42~32J可見,珠光體不僅有較高的強(qiáng)度、硬度,還有一定的塑性和韌性。2、碳對力學(xué)性能的影響:由圖可知:在亞共析鋼中,隨著含碳量的增加,P的數(shù)量增加,所以強(qiáng)度、硬度增加,但塑性、韌性有所下降。當(dāng)WC=0.77%時(shí),此時(shí)的鐵碳合金的性能即為P的性能。在過共析鋼中,WC=1.0%時(shí),σb為最大,當(dāng)含碳量再增加,σb將會減小。(因?yàn)镕e3CⅡ
在含碳量大于1%時(shí),于晶界形成了連續(xù)的網(wǎng),使鋼的脆性大大增加,從而使強(qiáng)度下降)在白口鐵中,由于含有大量的滲碳體,并且是以滲碳體為基,所以,硬度極高,而強(qiáng)度很低。5.鐵碳合金的塑性由F來提供,隨著含碳量的增加,F(xiàn)在減少,所以塑性下降。當(dāng)組織中出現(xiàn)以滲碳體為基的萊氏體時(shí),塑性大大下降以至于為0。6.沖擊韌性對組織十分敏感,當(dāng)含碳量增加時(shí),則脆性的滲碳體必定增加,Ak將下降,尤其在出現(xiàn)網(wǎng)狀的滲碳體時(shí),Ak將顯著下降。7.隨著含碳量的增加,硬度增加。綜上所述:為了保證工業(yè)使用的鐵碳合金具有足夠的強(qiáng)度的同時(shí),并具有一定的塑韌性,鐵碳合金的含碳量一般不超過1.3%
3、對工藝性能的影響:3.1切削加工性能:
低碳鋼中的鐵素體較多,塑性、韌性好,容易粘刀,而且切屑不易折斷,因此,切削加工性能不好。高碳鋼中滲碳體多,硬度較高,嚴(yán)重磨損刀具,切削加工性能也不好。
中碳鋼硬度和塑性比較適中,切削加工性能較好。一般,鋼的硬度約為250HB時(shí),具有合適的加工性能。3.2可鍛性:
可鍛性是指金屬在壓力加工時(shí),能改變形狀而不產(chǎn)生斷裂的能力。
低碳鋼的可鍛性較好,隨含碳量的增加,可鍛性變差。奧氏體具有良好的塑性,把鋼加熱到高溫奧氏體狀態(tài),具有良好的可鍛性。因此,對材料進(jìn)行大量變形時(shí),大多都在奧氏體相區(qū)。開鍛溫度不能過高,以免發(fā)生氧化;終鍛溫度不能太低,否則塑性變差,易產(chǎn)生裂紋。白口鑄鐵可鍛性很差。3.鑄造性:流動性:液態(tài)金屬充滿鑄型型腔的能力;收縮
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 二零二五年度綠色能源項(xiàng)目投資定金合同附屬協(xié)議書2篇
- 二零二五年度權(quán)威解讀!欠條法律風(fēng)險(xiǎn)防范及處理合同3篇
- 二零二五年度白酒定制生產(chǎn)與品牌發(fā)展合同2篇
- 二零二五年度高鐵安裝工程設(shè)備磨損保險(xiǎn)合同2篇
- 2025年度西餐廳經(jīng)營管理權(quán)租賃合同3篇
- 二零二五年度航空貨運(yùn)代理航空貨物包裝材料供應(yīng)合同3篇
- 展會展臺拆除合同(2篇)
- 小區(qū)道路工程承包合同(2篇)
- 2025年餐飲食材配送與售后服務(wù)合同協(xié)議3篇
- 二零二五年度航空航天零部件耗材采購合同范本3篇
- 幼兒園反恐防暴技能培訓(xùn)內(nèi)容
- 食品企業(yè)質(zhì)檢員聘用合同
- 中醫(yī)診所內(nèi)外部審計(jì)制度
- 自然辯證法學(xué)習(xí)通超星期末考試答案章節(jié)答案2024年
- 2024年國家危險(xiǎn)化學(xué)品經(jīng)營單位安全生產(chǎn)考試題庫(含答案)
- 護(hù)理員技能培訓(xùn)課件
- 家庭年度盤點(diǎn)模板
- 河南省鄭州市2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期期末考試 數(shù)學(xué) 含答案
- 2024年資格考試-WSET二級認(rèn)證考試近5年真題集錦(頻考類試題)帶答案
- 試卷中國電子學(xué)會青少年軟件編程等級考試標(biāo)準(zhǔn)python三級練習(xí)
- 公益慈善機(jī)構(gòu)數(shù)字化轉(zhuǎn)型行業(yè)三年發(fā)展洞察報(bào)告
評論
0/150
提交評論