第三章 材料的凝固

㈤共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程

合金冷卻到C點(diǎn)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

與共晶Fe3C的機(jī)械混合物,呈蜂窩狀.Fe3C共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，兩相的相對(duì)重量百分比為:C點(diǎn)以下,

成分沿ES線變化，共晶

將析出Fe3CⅡ。

Fe3CⅡ與共晶Fe3C

結(jié)合，不易分辨。1’2Fe3C溫度降到2點(diǎn),

成分達(dá)到0.77%,此時(shí),相的相對(duì)重量:在2點(diǎn),共晶

發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由P與Fe3C組成的共晶體稱低溫萊氏體,用Le’表示.

2點(diǎn)以下，共晶體中P的變化同共析鋼。S共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程共晶白口鐵室溫組織為L(zhǎng)e’(P+Fe3C),它保留了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)特征。室溫下兩相的相對(duì)重量百分比為：

㈥亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程合金在1~2點(diǎn)間析出

。到2點(diǎn)，液相成分變到C點(diǎn),并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。2~3點(diǎn)間從中析出Fe3CⅡ，一次的Fe3CⅡ被共晶襯托出來(lái)。到3點(diǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)镻。亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程亞共晶白口鐵室溫組織為P+Fe3CⅡ+Le’。室溫下組織組成物相對(duì)重量百分比為：ECFD1234N室溫下相的相對(duì)重量百分比?㈦過(guò)共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程1~2點(diǎn)間從液相中析出Fe3C,這種滲碳體稱一次滲碳體，用Fe3CⅠ表示，呈粗條片狀。到2點(diǎn)，余下的液相成分變到C點(diǎn)并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。DFK3Fe3C1242點(diǎn)以下,Fe3CⅠ成分重量不再發(fā)生變化,Le變化同共晶合金,其室溫組織為Fe3CⅠ+Le’。

組織組成物與相組成物標(biāo)注區(qū)別主要在+Fe3C和+Fe3C兩個(gè)相區(qū).+Fe3C相區(qū)中有四個(gè)組織組成物區(qū)，+Fe3C相區(qū)中有七個(gè)組織組成物區(qū)。

㈧組織組成物在鐵碳合金相圖上的標(biāo)注+Fe3C+Fe3CFeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+FALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LeLeLe+Fe3CⅠLe’+Fe3CⅠLe’P+Fe3CⅡ+Le’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%溫度㈨含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響⒈含碳量對(duì)室溫平衡組織的影響

含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：

鋼鐵素體亞共析鋼過(guò)共析鋼亞共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白口鑄鐵二次滲碳體工業(yè)純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼鐵分類組織組成物相對(duì)量%相組成物相對(duì)量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體⒉含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時(shí)，組織為100%P,鋼的性能即P的性能。＞0.9%C，F(xiàn)e3CⅡ?yàn)榫Ы邕B續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C，組織中有以Fe3C為基的Le’,合金太脆.⒊含碳量對(duì)工藝性能的影響①切削性能:中碳鋼合適②可鍛性能:低碳鋼好③焊接性能:低碳鋼好④鑄造性能:共晶合金好⑤熱處理性能:第六章介紹鑄造焊縫組織模鍛切削加工的基本形式車刨鉆銑磨第四節(jié)凝固組織及其控制1、晶粒度表示晶粒大小的尺度叫晶粒度?？捎镁Я５钠骄娣e或平均直徑表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等級(jí)來(lái)表示晶粒大小。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分八級(jí)，一級(jí)最粗，八級(jí)最細(xì)。通過(guò)100倍顯微鏡下的晶粒大小與標(biāo)準(zhǔn)圖對(duì)照來(lái)評(píng)級(jí)。一、結(jié)晶后的晶粒大小及其控制2、決定晶粒度的因素晶粒的大小取決于晶核的形成速度和長(zhǎng)大速度。過(guò)冷度對(duì)N、G的影響單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫形核率(N)。單位時(shí)間內(nèi)晶核生長(zhǎng)的長(zhǎng)度叫長(zhǎng)大速度(G)。N/G比值越大，晶粒越細(xì)小.因此，凡是促進(jìn)形核、抑制長(zhǎng)大的因素，都能細(xì)化晶粒.3、控制晶粒度的方法⑴控制過(guò)冷度：隨過(guò)冷度增加，N/G值增加，晶粒變細(xì)。⑵變質(zhì)處理：又稱孕育處理。即有意向液態(tài)金屬內(nèi)加入非均勻形核物質(zhì)從而細(xì)化晶粒的方法。所加入的非均勻形核物質(zhì)叫變質(zhì)劑（或稱孕育劑）。Al-Si合金組織緩冷快冷未變質(zhì)變質(zhì)鑄鐵變質(zhì)處理前后的組織變質(zhì)處理前變質(zhì)處理后變質(zhì)處理使組織細(xì)化。變質(zhì)劑為硅鐵或硅鈣合金。電磁攪拌細(xì)化晶粒示意圖超聲振動(dòng)細(xì)化晶粒示意圖⑶振動(dòng)、攪拌等：對(duì)正在結(jié)晶的金屬進(jìn)行振動(dòng)或攪動(dòng)，一方面可靠外部輸入的能量來(lái)促進(jìn)形核，另一方面也可使成長(zhǎng)中的枝晶破碎，使晶核數(shù)目顯著增加。氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子的宏觀組織(縱截面)細(xì)晶的熔模鑄件(上)普通鑄件(下)4、晶粒大小對(duì)金屬性能的影響常溫下，晶粒越細(xì)，晶界面積越大，因而金屬的強(qiáng)度、硬度越高，同時(shí)塑性、韌性也越好,即細(xì)晶強(qiáng)化。高溫下，晶界呈粘滯狀態(tài)，在外力作用下易產(chǎn)生滑動(dòng)，因而細(xì)晶粒無(wú)益。但晶粒太粗易產(chǎn)生應(yīng)力集中。因而高溫下晶粒過(guò)大、過(guò)小都不好。晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度的關(guān)系單晶葉片s=i+Kd-1/2多晶鐵的拉伸變形室溫高溫二、鑄錠(件)組織與缺陷在實(shí)際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬被澆注到錠模中便得到鑄錠，而注入到鑄型模具中成型則得到鑄件。鑄錠(件)的組織及其存在的缺陷對(duì)其加工和使用性能有著直接的影響。1、鑄錠(件)的組織鑄錠(件)的宏觀組織通常由三個(gè)區(qū)組成:⑴表層細(xì)晶區(qū)：澆注時(shí)，由于冷模壁產(chǎn)生很大的過(guò)冷度及非均勻形核作用，使表面形成一層很細(xì)的等軸晶粒區(qū)。⑵柱狀晶區(qū)：由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，使細(xì)晶區(qū)前沿液體的過(guò)冷度減小，形核困難。加上模壁的定向散熱，使已有的晶體沿著與散熱相反的方向生長(zhǎng)而形成柱狀晶區(qū)。⑶中心粗等軸晶區(qū):由于結(jié)晶潛熱的不斷放出，散熱速度不斷減慢，導(dǎo)致柱狀晶生長(zhǎng)停止，當(dāng)心部液體全部冷至實(shí)際結(jié)晶溫度T1以下時(shí)，在雜質(zhì)作用下以非均勻形核方式形成許多尺寸較大的等軸晶粒。⑴縮孔：縮孔是由于液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)體積收縮且補(bǔ)縮不足造成的。可通過(guò)改變結(jié)晶時(shí)的冷卻條件和加冒口等來(lái)進(jìn)行控制。鋼錠出現(xiàn)縮孔在鍛軋前應(yīng)切除.2、鑄造缺陷鑄造缺陷的類型較多，常見(jiàn)的有縮孔、氣孔、疏松、偏析、夾渣、白點(diǎn)等，它們對(duì)性能是有害的.縮孔⑵偏析：合金中各部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。鑄錠(件)在結(jié)晶時(shí),由于各部位結(jié)晶先后順序不同，合金中的低熔點(diǎn)元素偏聚于最終結(jié)晶