金属工艺讲课PPT

§3—1铁碳合金的基本组织复习回顾1.钢的热处理过程是怎样的？2.钢的热处理的目的是什么？钢的热处理过程T(℃)tt(h)热处理工艺曲线保温T加钢的热处理的目的通过控制加热温度、保温时间、冷却速度等参数，来改变钢的组织从而改善钢的性能的目的。组织——性能§3—1铁碳合金的基本组织学习目标1、认识铁碳合金的基本组织2、熟悉各种组织的定义及性能。学习内容一、铁素体（F）二、奥氏体（A）三、渗碳体（Fe3C或Cm）四、珠光体（P）五、莱氏体（Ld）一、铁素体1.表示符号：F（英文：Ferrite）2.定义：碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体铁素体的晶胞示意图铁素体的显微组织放大的图片3.存在温度区间：室温——912℃4.含碳量：——0.0218%5.特点：强度、硬度不高，具有良好的塑性与韧性。由于α-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218%（727℃）所以是几乎不含碳的纯铁。具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度却较低。它在770℃以下具有磁性。性能：σb=180～230MPaHB=50～80δ=30～50%φ=70～80%ak=156～196J·cm-2二、奥氏体1.定义：碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体2.表示符号：A（英文：Austenite）奥氏体的晶胞示意图奥氏体的显微组织显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，但晶界较铁素体平直。这是奥氏体不锈钢在显微镜下观察到的单相奥氏体孪晶组织。3.存在温度区间：大于727℃4.含碳量：0.0218%——2.11%5.特点：塑性很好，强度较低，具有一定韧性。γ-Fe的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148℃）。由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之间，所以奥氏体也只出现在高温区域内。性能：δ=40～50%，具有良好的塑性和低的变形抗力。是绝大多数钢种在高温进行压力加工所需的组织。“固溶强化”通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。固溶强化的产生是由于溶质原子溶入后，引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大的缘故。因此固溶强化是材料的一种主要的强化途径。固溶体的性能当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变。其一般情况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率升高，导电性逐渐下降等。三、渗碳体1.定义：渗碳体是含碳量为6.69％的铁与碳的金属化合物，其化学式为Fe3C2.表示符号：Fe3C或Cm（英文：Cementite）渗碳体的晶胞示意图渗碳体的组织结构渗碳体的显微组织3.存在温度区间：室温——1148℃4.含碳量：6.69%5.特点：硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性很大，延伸率接近于零。渗碳体是铁与碳形成的稳定化合物。性能：HBW=800，硬度很高，脆性极大，是钢中的强化相。显微镜下观察，渗碳体(Fe3C)呈银白色光泽。渗碳体在一定条件下可以分解出石墨。四、珠光体1.定义：奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的混合物。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体2.表示符号：P（英文：pearlite）显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽，因得名。这是T8钢的退火组织（白色为铁素体、黑色为渗碳体)光学显微镜观察组织电子显微镜观察组织显微组织：3.存在温度区间：室温——727℃4.含碳量：0.77%5.特点：力学性能介于铁素体与渗碳体之间,强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好.珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。珠光体的平均含碳量为0.77%，在727℃以下温度范围内存在。性能：σb=750MPaHB=160～180较高δ=20～25%φ=30～40%适中五、莱氏体高温莱氏体分为低温莱氏体莱氏体的显微组织高温莱氏体1.定义：液态铁碳合金发生共晶转变所形成奥氏体和渗碳体组成的混合物2.表示符号：Ld（英文：Ledeburite）3.存在温度区间：727℃——1148℃4.含碳量：4.3%5.特点：硬度高，塑性很差.在高温下形成的共晶渗碳体呈鱼骨状或网状分布在晶界处，经热加工破碎后，变成块状，沿轧制方向链状分布，莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物。当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体.由共晶奥氏体和共晶渗碳体机械混合组成，为铁碳相图共晶转变的产物。低温莱氏体1.定义：高温莱氏体冷却到727℃以下时，转变为珠光体和渗碳体的混合物2.表示符号：Ld’低温莱氏体的显微组织3.存在温度区间：室温——727℃4.含碳量：4.3%5.特点：硬度高，脆性大。含碳量在4.3-6.67%的液态铁碳合金在降温到共晶温度之前渗碳体逐渐析出一次渗碳体。到了1147℃时，剩余的液态合金会发生共晶转变反应转变成莱氏体，此时的合金组成是莱氏体和一次渗碳体的混合物。随后一直保持这一组成727℃，至室温后即为低温莱氏体和一次渗碳体的混合物，是过共晶白口铁的主要成分。结构上是低温莱氏体分布在粗树枝状的白色一次渗碳体之间。纯莱氏体中含有的渗碳体较多，故性能与渗碳体相近，即极为硬脆。想一想试根据我们所讲的五种基本组织的内容，从表示符号、形成机理、性能特点等方面对它们进行比较。铁素体F或α铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格强度和硬度很低，塑性、韧性好。奥氏体A或γ奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。渗碳体Fe3C渗碳体是铁与碳形成的金属化合物。硬度很高，塑性和韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大珠光体P奥珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性莱氏体Ld或Ld'是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。硬度高，塑性很差，脆性大。小结1.铁碳合金有五种组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。2.铁碳合金有三种基本组织：铁素体、渗碳体、奥氏体。3.室温下铁碳合金由铁素体和渗碳体组成。4.五种组织的性能、特点。组织名称符号形成机理性能特点铁素体F或α铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格强度和硬度很低，塑性、韧性好。奥氏体A或γ奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。渗碳体Fe3C渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，硬度很高，塑性和韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。珠光体P奥珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性莱氏体Ld或Ld'是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。硬度高，塑性很差，.脆性大。知识扩展：几种其他结晶组织1、马氏体定义：碳再α-Fe中的过饱和固溶体形成机理铁素体（体心立方晶格）溶碳能力最大为0.02%；奥氏体（面心立方晶格）溶碳能力最大为2.06%；温度高而且含碳量比较高的奥氏体，在快速冷却的条件下，由于冷却速度很快，奥氏体中的碳来不及析出，依然保留在冷却状态下的铁素体中，既碳在铁素体过饱和状态（因为常温下，铁素体溶碳能力最大为0.02%），这就是马氏体。2、魏氏体组织：定义:是一种过热组织彼此相差60度的铁素体嵌入基体的显微组织，在冷却过程中，很容易转变为魏氏体组织。思考一下：这两种组织使钢材性能发生怎样的改变？提示：从塑性、韧性、脆性方面考虑作业练习与思考3-1、3-2.