第5章铁碳相图-2分解.ppt

* * 钢锭的宏观组织及其缺陷 1.缩孔及缩孔残余 和纯金属铸锭一样，钢液在凝固时要发生收缩，因此在凝固后的钢锭中就出现缩孔。缩孔处是钢锭最后凝固的地方，是偏析、夹杂物和缩松密集的区域。在开坯时，一定要将缩孔切除干净。如果切头时未被除净，遗留下的残余部分，称为缩孔残余。缩孔残余的存在，在热加工时会引起严重的内部裂纹。 （一）镇静钢 钢锭的宏观组织及其缺陷 2.缩松 缩松是钢不致密性的表现，多出现于钢锭的上部和中部。在横向切片上，缩松有的分布在整个截面，有的集中在中心。前者称为一般缩松，后者称为中心缩松。图4-27为钢锭的中心缩松。当钢中含有较多的气体和夹杂物时，会增加缩松的严重程度。 （一）镇静钢 钢锭的宏观组织及其缺陷 3.偏析 偏析一般是无法避免的。其中枝晶偏析可经高温塑性变形和均匀化退火后消除，而区域偏析主要体现为方框形偏析和点状偏析，会影响钢材的质量。 （一）镇静钢 钢锭的宏观组织及其缺陷 点状偏析是在钢锭的横截面上呈分散的、形状和大小不同并略为凹陷的暗色斑点，斑点中碳和硫的含量都超过正常含量，夹杂物的含量也较高，并有大量的氧化铝。通常认为，点状偏析的产生与夹杂物和气体有关。 （一）镇静钢 钢锭的宏观组织及其缺陷 4.气泡（气孔） 镇静钢中的气泡分皮下气泡和内部气泡两种。皮下气泡指的是暴露于钢锭表面的、肉眼可见的孔眼和靠近表面的针状孔眼。皮下气泡多出现于钢锭尾部，时常成群出现。在加热时，钢锭表皮被烧掉后，气泡内壁即被氧化，无法通过压力加工将其焊合，结果在钢材表面出现成簇的沿轧制方向的小裂纹。因此，在轧制前必须将皮下气泡予以清除。内部气泡均产生在钢锭内部，在低倍试片上呈蜂窝状，内壁较光滑，未氧化，在热加工时可以焊合。 （一）镇静钢 钢锭的宏观组织及其缺陷 沸腾钢是脱氧不完全的钢。在冶炼末期仅添加少量的铝进行轻度脱氧，使相当数量的氧（wO=0.03%～0.07％）留在钢液中。钢液注入锭模后，钢中的氧与碳发生反应，析出大量的一氧化碳气体，引起钢液的沸腾。钢液凝固后，未排出的气体在锭内形成气泡，补偿了凝固收缩，所以沸腾钢锭的头部没有集中缩孔，轧制时的切头率低（3%～5％），成材率高。 （二）沸腾钢 钢锭的宏观组织及其缺陷 沸腾钢的结晶过程与镇静钢基本相同，但是由于钢液沸腾，使其宏观组织具有与镇静钢锭不同的特点。图4-31为沸腾钢锭纵剖面的宏观组织示意图。从表面至心部由五个带组成：坚壳带、蜂窝气泡带、中心坚固带、二次气泡带和锭心带。 （二）沸腾钢 第四节 凝固组织及其控制 1、晶粒度 表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。可用晶粒的平均面积或平均直径表示。 工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。 标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。 一、结晶后的晶粒大小及其控制 2、决定晶粒度的因素 晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。 过冷度对N、G的影响 单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率(N)。 单位时间内晶核生长的长度叫长大速度(G)。 N/G比值越大，晶粒越细小.因此，凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒. 3、控制晶粒度的方法 ⑴ 控制过冷度： 随过冷度增加，N/G值增加，晶粒变细。 ⑵ 变质处理： 又称孕育处理。即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而细化晶粒的方法。所加入的非均匀形核物质叫变质剂（或称孕育剂）。 Al-Si合金组织 缓冷 快冷 未变质 变质 铸铁变质处理前后的组织 变质处理前 变质处理后 变质处理使组织细化。变质剂为硅铁或硅钙合金。 电磁搅拌细化晶粒示意图 超声振动细化晶粒示意图 ⑶ 振动、搅拌等：对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可靠外部输入的能量来促进形核， 另一方面也可使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加。 气轮机转子的宏观组织(纵截面) 细晶的熔模铸件(上) 普通铸件(下) 4、晶粒大小对金属性能的影响 常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好,即细晶强化。 高温下，晶界呈粘滞状态，在外力作用下易产生滑动，因而细晶粒无益。但晶粒太粗易产生应力集中。因而高温下晶粒过大、过小都不好。 晶粒大小与金属强度的关系 单晶叶片 ?s= ?i+Kd-1/2 多晶铁的拉伸变形 室温 高温 二、铸锭(件)组织与缺陷 在实际生产中，液态金属被浇注到锭模中便得到铸锭，而注入到铸型模具中成型则得到铸件。 铸锭(件)的组织及其存在的缺陷对其加工和使用性能有着直接的影响。 1、铸锭(件)的组织 铸锭(件)的宏观组织通常由三个区组成: ⑴ 表层细晶区：浇注时，由于冷模壁产生很大的过冷度及非均匀形核作用，使表