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文檔簡介
材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)FundamentalsofMaterialsScience(II)——材料科學(xué)基礎(chǔ)
(II)Chapter1
PhaseDiagrams-Partd§7.Applicationsofbinaryphasediagrams材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)NoticesExperimentI(Fe-Cphasediagram)inweek6.ExperimentIIBinaryandTernaryphasediagramsinweek9,andrecoveryandrecrystallizationon13Eachstudentmustattendalab.Nopermissionforabsence.Writeareportforeachlab.材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)§7.Applicationsofbinaryphasediagrams3.DetailedCasestudyofFe-Csystem1).ImportanceofFe-Csystem
Thegreatesttonnageofmetallicmaterials
Strongeffectonglobaleconomy!
Completeness Noothersystemsinvestigatedasearlyandasthrough
Generality Variousreactions:eutectic,peritectic,eutectoid,allotropic
Fe-Fe3C(moreimportantthanFe-C) Thebasisofsteelsandcaseirons
Rememberit:
theshape,thephases,themeaningofeachline,importantpoints(especiallyinthesolidpart),thefractionsofphasesormicrostructureofanygivenalloyatroomT.材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Fe-Fe3C(鐵-滲碳體)phasediagramW.D.Callister,7eLiquidphase2).PhasesinFe-C(Fe3C)systemCementite
-Ferrite-Austenite
-Ferrite材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)
-Ferrite(鐵素體,又叫高溫鐵素體)Solidsolution(interstitial)ofCinbcc-Fewt%C<0.09
-Fe
1394-1538℃材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)
-Austenite(奧氏體)Solidsolution(interstitial)ofCinfcc-Fewt%C
<2.14
-Fe,912-1394℃材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)
-Ferrite(鐵素體)Solidsolution(interstitial)ofCinbcc-Fewt%C<0.022(0.0218)
-Fe,<912℃BACK材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Cementite(滲碳體,鐵三碳)InterstitialcompoundofFe&C,(p.140)wt%C=6.69,<1252℃Crystalstructure=orthorhombicSpanosandKralInternationalMaterialsReviews2009閆佳易,2009材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)2).PhasesinFe-C(Fe3C)systemLiquid
-Ferrite(鐵素體)wt%C<0.09(
-Fe,1394-1538℃)solidsolutionofCinbcc-Fe
-Austenite(奧氏體)wt%C<2.11
(
-Fe,912-1394℃,727-1493℃)solidsolutionofCinfcc-Fe
-Ferrite(鐵素體)wt%C<0.022
(
-Fe,<912℃) solidsolutionofCinbcc-FeCementite(滲碳體,鐵三碳)wt%C=6.69(6.67) (<~1252℃) interstitialcompoundofFe&C,(p.140) crystalstructure=orthorhombicWhysolubilityofCmoreinFCCthanBCC(2.1wt%vs0.022wt%)?InterstitialregionsarelargerinFCCthanBCC.cementite+Fe3C+Fe3CL滲碳體鐵素體奧氏體鐵素體Summary材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Fe-Fe3C(鐵-滲碳體)phasediagramW.D.Callister,7eLiquidphase
-Ferrite
-Ferrite-AusteniteSummaryCementiteEutectoid(Pearlite)(珠光體,復(fù)相)Eutectic(Ledeburite)(萊氏體,復(fù)相)Peritectic(g)3)IsothermalreactionsinFe-Fe3Csystem材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)
Peritecticreactionat1495℃
L(0.53)+
(0.09)
(0.16)Microstructure:
g
(the
productofthereaction)材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Microstructures:productofthereaction
Eutecticreactionat1148℃
Ledeburite(萊氏體)=
(cm+p)+cmW.D.CallisterLL(4.3)
(2.14)+Cm(6.69)看去奧氏體比滲碳體是否滿足杠桿定律?為什么?材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Microstructure:(product,alsoforothereutectoidreaction)S.KalpakjianandS.R.SchmidPearlite(p,珠光體)=
+cmEutectoidreactionat727℃
(0.76)
(0.022)+Cm(6.69)材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Peritectic1495℃ L(0.53)+
(0.09)
(0.17)Eutectic
1148℃ L(4.3)
(2.11)+Cm(6.69)Eutectoid727℃
(0.77)
(0.0218)+Cm(6.69)Microstructures(組織)fromthereactionsProductofaneutecticreaction Ledeburite(萊氏體)4.3(
(cm+p)+cm))Productofaneutectoidreaction Pearlite(珠光體)0.77(
+cm) 珠光體萊氏體3)IsothermalreactionsinFe-Fe3CsystemSummary材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)2.11-4.34.34.3-6.67Hypoeutectic(亞共晶)Eutectic
(共晶)Hypereutectic(過共晶)<0.770.77>0.77Hypoeutectoid(亞共析)Eutectoid(共析)Hypereutectoid(過共析)Microstructureregions材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)鋼和鐵的成分區(qū)間
Usually,steelshave<1.2wt%C;castironshave3-4.2wt%CSteelCastiron一次滲碳體三次滲碳體二次滲碳體材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Schematicrepresentationofthemicrostructuresforaniron-carbonalloyofeutectoidcompositionaboveandbelowtheeutectoidtemperature共析成分冷卻和微觀組織(珠光體)W.D.CallisterS.KalpakjianandS.R.Schmid.4).MicrostructurefromequilibriumcoolingofgivenalloysMicrostructuresforaneutectoidsteel材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)共析鋼微觀組織——珠光體,由鐵素體(白)和Fe3C滲碳體(appeardark黑)組成Photomicrographof(a)coarsepearliteand(b)finepearlite(3000x)(a)粗珠光體(b)細(xì)珠光體W.D.Callister材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Spheroidisationisaheattreatmentcarriedoutonsteelscontainingpearliteinordertoinducethecementitelamallaetochangeintosphericalshapes.Theheattreatmentiscarriedoutatatemperaturewhichisbelowthatrequiredtogenerateaustenite,i.e.,justbelowtheAe1temperature.Thehigherthespheroidisationtemperature,thefasteristheprocess.Pearlitewith0.24micrometersinterlamellarspacingFromH.K.D.H.BhadeshiaAfterspheroidisationfor1.5hat750centigradeSpheroidisationofPearlite材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)FromH.K.D.H.BhadeshiaA5thcenturyA.D.nailfromaRomanhermitageinMijangos(BurgosProvince),showingthepearliteinahypereutectoidsteel.Highermagnificationimageshowingthestrangepatternofproeutectoidcementiteandcementitewhichusedtobeinpearlite.PearliteinahypoeutectoidsteelRomannailfromCerroMuriano(Cordobaprovince),datingfirstcenturyB.C.to1stcenturyA.D.Showscementiteinthepearliteasprismaticlamellae.Theoriginalnailwas12cmlong,fromaRomanthermalspring.VeryOldPearlite材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Schematicrepresentationofthemicrostructuresforaniron–carbonalloyofhypoeutectoidcomposition(containinglessthan0.77%C)asitiscooledfromwithintheaustenitephaseregiontobelowtheeutectoidtemperature亞共析成分從奧氏體區(qū)冷卻形成的顯微組織結(jié)構(gòu)W.D.CallisterMicrostructuresofahypoeutectoidsteel材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)W.D.CallisterMicrostructures
ofhypoeutectoidsteelsproeutectoida
先共析鐵素體(white)+pearlite珠光體(gray)fromFuruharaFerrite+martensite馬氏體材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)AJourneyintotheInnerPartofaSteelFrom:ManfredRühle,2007材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Cm?Schematicrepresentationofthemicrostructuresforaniron-carbonalloyofhypereutectoidcomposition(containingbetween0.77%and2.1%C)asitiscooledfromwithintheaustenitephaseregiontobelowtheeutectoidtemperature過共析成分冷卻及其微觀組織Photomicrographof1.2wt%Csteelconsistingofawhitecementitenetwork(1000x)白色為的滲碳體網(wǎng)絡(luò)W.F.SmithandJ.Hashemi4eW.D.CallisterMicrostructuresofahypereutectoidsteel材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)AhypereutectoidsteelshowingFe3Csurroundingpearlite(FromASMHandbook,Vol.7,(1972),ASMInternational,MaterialsPark,OH44073.)MicrostructuresofhypereutectoidsteelsWademastatencementiteSpanosandKralInternationalMaterialsReviews2009魏氏體滲碳體材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Microstructuresofeutecticwhitecastiron共晶白口鑄鐵材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Microstructuresofhypoeutecticwhitecastiron亞共晶白口鑄鐵材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Microstructuresofhypereutecticwhitecastiron過共晶白口鑄鐵材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Variationofmicrostructureswithcomposition鐵碳合金組織區(qū)與成分的關(guān)系,p385Fractionofmicrostructures100%0Cm?+P+Ld’組織比CmI:一次滲碳體CmII:二次滲碳體CmIII:三次滲碳體材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)Microstructuresofsteelsandwhitecastiron下一課背畫鐵碳相圖一塊成分有有梯度的鋼,組織如何分布?作業(yè)要求畫圖。材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)滲碳與脫碳利用兩相區(qū)減少脫碳表面脫碳滲碳表面材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)?Teutectoidchanges:?Ceutectoidchanges:AdaptedfromFig.9.31,Callister6e.AdaptedfromFig.9.32,Callister6e.Alloyingsteelscontainingdifferentalloyingelements材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)5).Fe-Csystem(dashedlines)
Thermodynamicreasonfortherelativepositions§7.ApplicationsofbinaryphasediagramsFig.6-55
相,滲碳體和石墨的自由能曲線Graphite(石墨),wt%C100相圖位置:與更穩(wěn)定相平衡的固溶體溶解度?。〔牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)(II)
鐵—碳相圖(dashedlines)鐵—鐵三碳相圖(solidlines)
RepresentationofpointsA,B,C,D,E,F,G,H,(I)J,K,(L,M),N,(O)P,(Q,R)SManyPDothersdonothaveFig.6-52RobertsAustenFe-C平衡圖(1897)材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)5).Fe-Csystem(dashedlines)
Changesoftheimportantpoints:C(wt%)
T(C
)CESPCTCTCTCTFe-Fe3C4.31147(8)2.14(11)1147(8)0.76(7)7270.022(0.0218)727Fe-C4.2(26)1153(4)2.10(08)1153(4)0.65(8)740(38)0.021740(38)§7.Applicationsofbinaryphasediagrams材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)FromASMhandbookFe-C:solidlineFe-Fe3C:dashedline材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.(a)Sketch,(b)photomicrographoftheflakegraphiteingraycastiron(x100).Askeland,PhuléFigure12.35
Grayiron(灰口鐵)FerriticgrayironwithgraphiteflakesS.KalpakjianandS.R.Schmid.vs白口鐵材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)W.G.Moffatt,G.w.PearsallandJ.Wulff鑄鐵的分類W.D.Callister白口鐵灰口鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)(d)Annealedductileironwithaferritematrix(250x).(退火后的球墨鑄鐵)(e)As-castductileironwithamatrixofferrite(white)andpearlite(250x).(鑄造后的球墨鑄鐵)(f)Normalizedductileironwithapearlitematrix(250x).(正火處理后的球墨鑄鐵)Askeland,Phulé材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)(a)Whitecastironpriortoheattreatment(100x).(白口鑄鐵)(b)FerriticmalleableironwithgraphitenodulesandsmallMnSinclusionsinaferritematrix(200x).(鐵素體可鍛鑄鐵)(c)Pearliticmalleableirondrawntoproduceatemperedmartensitematrix(500x).(珠光體可鍛鑄鐵)Askeland,PhuléBlackheartcastironBlackheartcastironisproducedbyheatingwhitecastironat900-950oCformanydaysbeforecoolingslowly.Bhadeshia材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)(a)Ferriticgrayironwithgraphiteflakes.(b)FerriticDuctileiron(nodulariron),withgraphiteinnodularform.(c)Ferriticmalleableiron;abcS.KalpakjianandS.R.SchmidFigure4.13.材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)FromMiguelAngelYescas-GonzalezandH.K.D.H.HeatTreatedSpheroidalGraphiteCastIronAustenitisedat950°C,austemperedat350°Cfor64min.toproducethebainiticmicrostructureAustemperedductileironsuspensionarmforaFordMustangCobra,(Alalloyistoolarge,steelfailedatthewelds)TheaustemperedductileironcrankshaftfortheTVRsportscarIronbridge,madeofcastiron材料科學(xué)基礎(chǔ)(II)問題與思考鐵為什么要燒紅了打?從什么溫度淬火都能滿足要求嗎?自行車中何處用低碳鋼?高碳鋼?xx體都是單相嗎?針對特定相結(jié)構(gòu)嗎?材料科學(xué)基礎(chǔ)(I
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