成形工艺基础——金属工艺学（下册）第二章铁碳合金（PPT 53页）

来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材21第二章铁碳合金来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材22§1纯铁的晶体结构及其同素异晶转变1.结晶由液态转变为固体晶体的过程。或：原子由不规则(无序)排列到有(序)规则排列过程.或：晶体结构形成的过程。如水—冰22.冷却曲线用热分析法测定时描述金属结晶过程的曲线。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材23曲线上有一段水平线，是实际结晶温度T1,又称结晶平台，是结晶时放出的热(潜热)造成的.虚线：理论结晶温度T0。3.过冷度ΔT＝T0－T1实际结晶温度低于理论结晶温度，此称“过冷”。过冷是结晶的必要条件与冷却速度密切相关冷却速度越快，结晶温度越低，过冷度越大,反之冷却速度慢，过冷度则小。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材24下图是金属结晶过程示意图主要结论：1.结晶过程实质＝形核＋成长（大），两者相继又并存。2.结晶终了：得多晶粒组织(晶界多),犬牙交错，晶粒愈细愈好；控制细晶措施有：来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材251.增大过冷度；2.变质处理；3.机械振动；4.热处理或压力加工。二、纯铁的晶体结构1.晶体与非晶体定义：原子按一定几何形状作有规律的重复排列的固体物质—称晶体；非晶体则反之。特点：晶体①有熔点；②具有各向异性。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材26如：食盐，冰，金刚石，金属等。非晶体:①无熔点；②各向同性。如：玻璃，松香，沥青等。2.晶格为便于研究晶体中原子排列规律，人为将原子抽象化，将晶体中每一个原子看作一个点，用假想连线联接起来。形成晶格。晶格中一个基本几何单元叫做：晶胞。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材27晶胞棱边长度为：晶格常数.(1)体心立方晶格body—centeredcubiclattice[bcc]特点：Rm(强度)较好。如：＜912℃Fe,Cr,Mo,V等。(2)面心立方晶格face—centeredcubiclattice[fcc]特点：A、Z(塑性)较好。＞912℃Fe,Cu,Al等金属.来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材28(3)密排六方晶格hexagonalclosepackedlattice(hcp).特点：硬度高、脆性大。如：锌(Zn),镁(Mg),镉(Cd)等金属。三、纯铁的同素异构转变在固态下随温度发生变化，其晶格类型发生转变的现象—同素异构(晶)转变。广义上说同素异构转变也是结晶过程，遵循生核与长大两规律；来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材29也需要一定的过冷度；有结晶热效应。又称：重结晶，二次结晶。由于晶格结构的转变，金属随之有体积的涨缩；金属内部产生应变。降温时γ－α,体积膨胀；α－γ,体积收缩。转变式：α-Fe→γ-Fe→δ-Fe来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材210§2铁碳合金的基本组织1.合金alloy由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。如：青铜、铸铁、铝合金等。2.组元constituent组成合金的最基本的独立的物质称组元，简称“元”。如：黄铜Cu-Zn；硬铝Al-Cu等为二元合金。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材2113.相phase指同一化学成分，同一结构并以界面互相分开的均匀组成部分。如固相、液相等。4.组织structure借助于放大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征的组成部分。常见的合金的相结构有：固溶体、金属化合物和机械混合物三类型。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材212一、固溶体solidsolution定义：溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的一种均匀固体。如；糖水水—溶剂，糖—溶质。保持溶剂晶格；固溶体属于单相组织。分类：按溶质原子在溶剂中分布情况不同，分置换固溶体和间隙固溶体两类来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材213(1)置换固溶体—溶质原子替换晶格上的原子(2)间隙固溶体—溶质原子溶入晶格原子间隙特征：晶格类型不变，化学成分有限，性能发生变化。结果：造成晶格畸变，强度、硬度上升。这种现象称固溶强化。工程中广泛应用，如锰钢（16Mn现称Q345)便为固溶结果。（弱强化相）来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材214碳可以溶入α-Fe、γ-Fe等形成不同的固溶体。1.铁素体F铁素体是铁中溶入一种或多种溶质元素构成的固溶体。727℃时Wc=0.0218%；室温时Wc=0.008％.特点：塑性、韧性好，强度、硬度低。（近似纯铁）其显微组织特征：来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材215正常浸蚀后在显微镜下呈白亮色，在钢中的形态多为不规则的多边形块，在接近共析成分的钢中，往往呈网状或断续网状。2.奥氏体(A)【austenite英国金相学家】奥氏体是铁中溶入碳和（或）其他元素构成的固溶体。其强度和硬度比铁素体高,塑性、韧性也好。因此，钢材多数加热到奥氏体状态进行锻造。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材216在1148℃时Wc＝2.11％；在727℃时Wc＝0.77％高温显微镜下(727℃以上)才能观察到奥氏体组织。其晶粒呈多边形，且晶界较铁素体平直。二、金属化合物compound合金元素之间发生相互作用而生成的一种具有金属性质的新相。如Fe与C→Fe3C(渗碳体)是晶体结构属于正交系，化学式为Fe3C的金属化合物,是钢和铸铁中来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材217常见的固相。其硬度很高(800HBW)，塑性、韧性很差，脆性很大。渗碳体在钢和铸铁中可呈片状、球状和网状分布，主要起强化作用，它的形态、大小、数量和分布对钢和铸铁的性能有很大影响。（相对固溶体，Fe3C属于强强化相。）Fe3C在一定条件下可以分解，形成石墨。反应式：Fe3C3Fe＋C石墨来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材218三、机械混合物两相按固定比例构成的组织（复合相），称机械混合物。各相保持自己的晶格类型、性能特点.(如:混凝土)强度、硬度适中。目前钢铁材料中大部分是这种组织。如铁碳合金中珠光体(P)；莱氏体(Ld)。1.珠光体Ppearlite是F与Fe3C机械混合物，WC=0.77%来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材219珠光体是铁素体薄层（片）与碳化物（包括渗碳体）薄层（片）交替重叠组成的共析组织。（记住：层片相间）其性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。2.莱氏体Ld分高温莱氏体和低温莱氏体A与Fe3C的机械混合物称高温莱氏体，用符号：Ld表示；来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材220高温莱氏体冷却到727℃以下时，转变为：P+Fe3C称低温莱氏体；珠光体和渗碳体的复合物，又称“变态莱氏体”(Ld′)。其力学性能与渗碳体相近,极为脆硬！平均含碳量为4.3％。组织特征：白亮的渗碳体为基体，上面分布着许多粒状、条状或不规则形状的黑色珠光体。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材221§3铁碳合金状态图铁碳合金的结晶过程比纯铁复杂的多。含碳量不同的铁碳合金结晶过程差别很大。用热分析法将不同成分的铁碳合金加以熔化；然后，使之极其缓慢的冷却，测出各成分的合金的冷却曲线；在横(成分)－纵(温度)坐标图上连点描线，可得铁碳合金状态图。铁碳合金状态图的作用：来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材2221.表达铁碳合金不同成分、温度下的组织状态.2.研究钢铁成分、组织和性能之间关系的工具.3.制定铸造、锻造、焊接和热处理工艺的依据.由于含碳大于6.69％的铁碳合金在工业上没有实用价值，又由于Fe3C的含碳量6.69％，是一个稳定的化合物，视为一个组元；我们重点讨论的是：Fe—Fe3C简化状态图来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材223来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材224二、铁碳合金状态图的分析1.四个基本相是指铁碳合金状态图中：液相(L)、奥氏体相(A)、铁素体相(F)、渗碳体相(Fe3C)。2.特性点在铁碳合金状态图中用字母标出的点都有其特定的意义。3.特性线来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材2251）ACD线—液相相；液体到此开始结晶。2）AECF线—固相线；合金至此全部结晶为固体。在液—固两线之间为液—固两相区。在C点产生共晶反应，其反应式：LcLd(A+Fe3C)3）GS线—自A中析出F线。以：A3线表示。4）ES线—C在A中的溶解度曲线.以：Acm表示。1148℃来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材2265）PSK线—共析反应线，常以：A1表示。6）PQ线—碳在铁素体中溶解度曲线。产生Fe3CⅢ按含碳量不同，将铁碳合金分为：钢和铸铁两类钢—含碳量小于2.11％的铁碳合金，按室温组织又分为：亚共析钢—含碳量0.77%；共析钢—含碳量0.77％过共析钢—含碳量0.77％来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材227铸铁—指生铁(白口生铁)含碳量为2.11～6.69％，又分：亚共晶白口生铁—含碳量4.3%共晶白口生铁—含碳量4.3％过共晶白口生铁—含碳量4.3%三、钢在结晶过程中的组织转变.下面以共析钢为例，分析铁碳合金在缓慢冷却过程中的组织转变规律。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材228AEGPQSFeLAL+AFF+AF+PPP+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ0.772.11Ⅰ.共析钢Ⅰ●1●2●3PⅡ.亚共析钢Ⅱ●1●2●3●41●●2●3●4●4'LL+AAF+AA→PP冷却曲线过共析钢来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材229§4工业用钢简介钢以铁为主元素，含C％＜2％以下，并含有其它元素的材料。钢：可形变加工的铁碳合金。一、碳钢分类（掌握内容）钢从不同角度可以有不同分类：二、碳素钢简称：碳钢carbon-steel常存元素对碳钢性能的影响(了解)来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材2301.碳(C)作用碳对碳钢的组织和性能影响很大。如图示总趋势是：状态图中自左向右，含碳量增加，Fe3C增加，硬度直线上升，塑韧性急速下降，强度先升后降。2.锰(Mn)作用脱氧，FeO还原Fe；与S作用→MnS降低热脆性；提高强度、硬度。属有益元素。3.硅(Si)作用来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材231与钢液中FeO生成炉渣，提高钢质量；溶于F中，固溶强化。有益元素。4.硫S作用：形成FeS(熔点1190℃），在晶界处，在1100℃—1200℃时，压力加工，产生脆裂。“热脆”。有害元素。5.磷P作用：全部溶于F中，固溶强化；Rm、HB↑↑，在低温下引起脆断—“冷脆”。有害元素。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材232碳钢一般分为：1.碳素结构钢GB700—1988牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且质量最好。如：Q235—A.FQ—“屈”字汉语拼音字首，读“屈”。来自中国最大的资料库下载成形工艺基础－材233235—Rm(σb)≥235MPaA—质量等级A级F—脱氧方法，指“沸腾钢”，一般不标。牌号：Q195；Q215