[工學]金屬材料與熱處理課件-資料下載頁

　　

【正文】 c e 共晶點 表示 E點成分的合金冷卻到此溫度上發生完全的共晶轉變。 LE ? ?M + ?N A B E M N F G Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 M N E 下進行。 種液相中結晶出兩個不同的固相。 共晶點。在該點凝固溫度最低。 圍的合金都要經歷共晶轉變。 共晶轉變要點須知 共晶相圖 3 合金結晶過程 167。 5 包晶相圖 1 定義：兩組元在液態無限溶解，在固態相互有限溶解，并發生包晶轉變的二元合金系相圖。 Pt－ Ag、 Sn－ Sb、 Cu－ Sn、 Cu－ Zn系等。 包晶轉變式： L + α → β 2 相圖分析 液相線 A C B； 固相線 A P D B ； 溶解度曲線 P E、 D F 單相區 L、 α、 β； 兩相區 L＋ α、 L＋ β、 α＋ β 三相區 P D C（包晶轉變線） 包晶轉變式： LC+αP βD 3 合金結晶過程 共析轉變 ： ? ? (? + ?) 共析體 A B T,?C ? ? ? ? + ? ? + ? ? + ? c e d L + ? L 167。 6 共析相圖 共晶反應、包晶反應、共析反應圖型與反應式比較 四 相圖與合金性能之間的關系 （一）機械性能和物理性能 （二） 鑄造性能 鑄造性能取決于結晶區間：液固相線之間距離越大，鑄造性越差。 共晶體鑄造性最好 其它工藝性能： 壓力加工性能 切削加工性能 167。 1 純鐵、鐵碳合金 鐵碳合金 ——應用最廣泛的合金 一、 鐵碳合金中的基本相和基本組織 (一 ) 純鐵冷卻中晶體結構變化： 1538℃ 1394℃ 912℃ L → δ－ Fe → γ－ Fe → α－ Fe bcc fcc bcc 第四章 鐵碳合金 A N G 純鐵的冷卻曲線 FeFe3C相圖（局部） （二） 鐵碳合金中的基本相和基本組織 1 基本組元： Fe、 C 2 基本相： 鐵素體 (α) ： C在 BCCα－ Fe中的固溶體； 奧氏體 (γ) ： C在 FCCγ－ Fe中的固溶體； 滲碳體 (Fe3C)： Fe與 C形成的金屬化合物。 良好塑韌性 → 鋼中基體相 硬、脆 → 鋼中強化相 3 組織 FeC合金成分范圍寬，相構成只三個，但性能差別大，原因：相之間具體組合方式不同，或單相或混合相存在 → 不同組織，不同的組織結構對 FeC合金的機械性能有重要影響。 F P Fe3C ζb(MN/m2) 230 750 30 δ (%) 50 20 0 a k ( j/cm2) 160 30 0 HB 80 200 800 L+Fe3C FeFe3C 相圖 點、線、區及其意義 液相線 ABCD 固相線 AHJECF 包晶線 H J B (1495℃ ) LB+δH γJ 共晶線 E C F (1148℃ ) LC γE+Fe3C 共析線 P S K （ 727℃ ） γS αP+Fe3C ES線 ― γ的溶解度曲線 PQ線 ― α的溶解度曲線 GS線 ― 先共析 α析出線 J點 ― 包晶點 1495℃ % C C點 ― 共晶點 1148℃ % C S點 ― 共析點 727℃ % C E點 ― γ 的最大溶碳量 % C P點 ― α 的最大溶碳量 % C 1. 鐵碳合金的平衡結晶過程及組織 鐵碳合金分類 工業純鐵 － Wc＜ ％ 鋼 ― 含碳量 Wc＜ ％ 鑄鐵 ― 含碳量 Wc＞ ％ 根據組織特征，將鐵碳合金分為七種類型： （ 1）工業純鐵 Wc＜ ％ （ 2）共析鋼 Wc=％ （ 3）亞共析鋼 Wc=％～ ％ （ 4）過共析鋼 Wc=％～ ％ （ 5）共晶白口鐵 Wc=％ （ 6）亞共晶白口鐵 Wc=％～ ％ （ 7）過共晶白口鐵 Wc=％～ ％ 1 2 4 5 6 7 8 工業純鐵的室溫組織 1 2 3 4 727℃ 時發生共析轉變： γS (αP＋ Fe3C)=P 計算珠光體中鐵素體和滲碳體的相對含量？ 1148 727 P點 K WF=SK/PK=[(－ )/(－ ] 100%=88% W Fe3C = 1－ 88% = 12% 1 2 3 4 5 6 Wc=% Wc=% 亞共析鋼的室溫組織 727℃ F + Fe3C 相 區 計算 WC=%鋼中的組織組成物 ― 先共析 F 和 P 的含量？ W F先 = [ (－ ) / (－ ) ] 100% = % WP = 1－ % = % 計算相組成物 ― 鐵素體 和 Fe3C 的含量？ WF = [ (－ ) / (－ ) ] 100% = % WFe3C = 1－ % = % 過共析鋼 相構成： F+ Fe3C 組織構成： Fe3C?+P 硝酸酒精浸蝕 苦味酸浸蝕 過共析鋼的室溫組織 1 2 3 L+Fe3C (A + Fe3C? + Fe3C)=Ld (P + Fe3C? + Fe3C)=Ld′ 共晶白口鐵的室溫組織 K 1 2 3 4 L+Fe3C 亞共晶白口鐵 組織構成： P + Fe3C? + Ld′ 亞共晶白口鐵的室溫組織 1 2 3 4 L+Fe3C 過共晶白口鐵 組織構成： Fe3CⅠ + Ld′ 過共晶白口鐵的室溫組織 167。 3 含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響 （一） 對相構成及平衡組織的影響 （二）對機械性能的影響 鐵素體是軟韌相，滲碳體是硬脆相，珠光體的性能介與兩者之間。隨著含碳量的增加，鐵素體減少，滲碳體增加，鋼的強度、硬度升高，而塑性、韌性降低。在鑄鐵部分，由于出現了以滲碳體為基的萊氏體組織，材料有較高的硬度，但脆性很大，韌性很低，不能進行塑性加工，而且不能承受沖擊載荷。 出現網狀 Fe3CⅡ 一 雜質元素對鋼性能的影響 少量的錳、硅、硫、磷及微量的氧、氫、氮等元素，它們會影響到鋼的質量和性能。 （一）錳的影響 脫氧劑。 有益元 素 ，碳鋼中不超過 %， （ 1）固溶強化； （ 2）形成 MnS，消除硫的有害影響。 （二）硅的影響 脫氧劑， 有益元素 ，碳鋼中含量不超過 %， 固溶強化。 167。 4 碳鋼 （三）硫的影響 有害元素，礦石和燃料帶入。 以 FeS夾雜物形式存在晶界上 → “熱脆”， 原因：形成 Fe+FeS共晶，熔點為 989℃ ，低于熱加工的加熱溫度 1150℃ ，而導致熱加工時開裂。 若鋼中含氧量高時，還會形成熔點更低（ 940℃ ）的 Fe+FeO+FeS三相共晶，危害更大。 防止熱脆：加入適當的 Mn，由于 Mn與 S的化學親和力大于 Fe，優先形成 MnS， MnS的熔點為1600℃ ，高于熱加工溫度，避免了熱脆的發生。 （四）磷的影響 有害雜質元素，礦石和生鐵等煉鋼原料帶入。 磷在鋼中固溶強化作用很強，但同時劇烈地降低鋼的韌性，尤其是低溫韌性，稱為 “冷脆 ”。 （五）氮、氫、氧等徽量氣體的影響 氮會引起鋼的時效。即低碳鋼在徑過快速冷卻或冷形變后，在隨后放置的過程中，硬度升高而塑性降低的現象。 氫會引起氫脆和白點，使材料的韌性大大降低，是非常嚴重的缺陷。 氧主要以各種氧化物夾雜物存在于鋼中，如 FeO、A12O SiO MnO、 CaO、 MgO等，對鋼的塑性、韌性、疲勞強度等影響很大。 167。 5 碳鋼分類、編號及用途 1 分類 按化學成分： 低、中、高碳鋼： %； %~%；%~ 用 途：結構鋼 工具鋼 質量：優質、高級優質、普通； ( S、 P) 2 鋼編號 反映：成分、用途 （ 1）普通碳素結構鋼 （ %~%） ——力性要求 Q19 Q21 Q23 Q25 Q275； Q235AF 與舊標準的對比： Q235≈A3 構件用鋼 (2) 優質碳素結構鋼 (%~%) ——成分 08F、 20 : 塑韌性、焊接性好 冷沖、焊接、滲碳件 調質后綜合機性好 調質件 強度高、彈性極限高 彈性元件 2 3 45 : 50、 60、 65 : (3) 碳素工具鋼（ %~%） T T8： 一定韌性 沖頭、錘子、鑿子 T T10：硬度高、韌性適中； 鉆頭、手鋸條、刨刀 T12(A)、 T13： 硬度高、韌性低 銼、刮刀、量具