第4章--钢铁材料分解.pptx

材料科学与工程学院 金属材料科学与工程系 王 刚 办公地址：8号楼216室 联系电话：020 电子信箱：msgwang@scut.edu.cn 2 课程目录 第一章 绪论 第二章 金属材料的结构与性能 第三章 金属材料的制备与加工 第四章 钢铁材料 第五章 有色金属材料 第六章 金属功能材料 第七章 新型金属材料及技术 3 4.1 钢的合金化基础 4.2 构件用钢 4.3 机器零件用钢 4.4 工具钢 4.5 不锈钢 4.6 耐热钢 4.7 铸铁 第四章 钢铁材料 4 4.1 钢的合金化基础 Fe C + 合金元素： Si、Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Al、Cu、B等 钢铁材料 杂质元素： S、P、N、O、H等 纯Fe的冷却曲线： 5 Fe-C相图： 6 1148℃ 4.3 2.11 727℃ 0.77 0.0218 奥氏体， A或γ 铁素体， F或α 渗碳体， Fe3C或Cm 包晶反应：L+δ→γ 1495℃ 共晶反应：L→γ+Fe3C 共析反应： γ→α+Fe3C 0.17 （莱式体，Ld） （珠光体，P） GS线：又称A3线，冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线 ES线：又叫Acm线，碳在奥氏体中的溶解度曲线 PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线 工业纯铁 碳钢 铸铁 Fe-C相图相变线： 7 A1：共析转变线，即奥氏体转变为珠光体。 A3：奥氏体析出铁素体的开始线。 Acm：碳在奥氏体中的溶解度曲线。 Ac1：加热时的实际共析转变线。 Ac3：加热时奥氏体析出铁素体的开始线。 Accm：加热时碳在奥氏体中的溶解度曲线。 Ar1：冷却时的实际共析转变线。 Ar3：冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。 Arcm：冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。 高于平衡临界点 低于平衡临界点 奥氏体组织： 8 共析碳钢中珠光体转变为奥氏体的过程示意图 碳在γ-Fe中可能的间隙位置 奥氏体金相组织 珠光体组织： 9 片状珠光体及珠光体团示意图 片状珠光体转变过程示意图 珠光体金相组织 过冷奥氏体等温转变曲线： 10 共析碳钢等温转变曲线（TTT图或C曲线） C曲线鼻尖处孕育期最短，过冷奥氏体稳定性最差。 过冷奥氏体等温转变类型： （1）鼻尖以上的高温转变区：珠光体型转变 （2）鼻尖至Ms之间中温转变区： 贝氏体型转变 （3）Ms以下的低温转变区： 马氏体型转变 过冷奥氏体连续冷却转变曲线： 11 共析碳钢连续冷却转变曲线（CCT图） （1）任何一种钢的CCT曲线都在其C曲线的右下方（连续冷却时孕育期更长）。 （2）共析钢的CCT曲线只有高温的珠光体和低温的马氏体转变区，没有中温的贝氏体转变区。 （3）合金钢连续冷却转变时组织多变，珠光体转变和贝氏体转变均可有可无或兼而有之，取决于合金元素种类与含量。 钢的退火： 12 定义：将钢加热到适当的温度，经过保温后缓慢冷却，以降低硬度、改善组织、提高加工性的热处理工艺。 分类： （1）完全退火：获得接近平衡组织（珠光体转变） （2）球化退火：使渗碳体球化，降低硬度，改善切削性能，提高组织均匀性（球状珠光体） （3）等温退火：缩短工艺周期，且组织较均匀 （4）扩散退火（均匀化退火）：消除成分偏析和枝晶 （5）低温退火（去应力退火）：消除残余应力 （6）再结晶退火：消除加工硬化，提高塑性 钢的正火： 13 定义：将钢加热到奥氏体区保温，使其完全奥氏体化后在空气中冷却，以得到细小珠光体组织的热处理工艺。 特点： （1）正火的冷却速度比退火快，过冷度较大，奥氏体转变温度较低，使组织中珠光体数量增多，且珠光体较细，因此强度和硬度较高。 （2）正火的目的主要是细化晶粒，消除组织不均匀，提高力学性能。 （3）对于过共析钢，正火可以消除网状二次渗碳体，有利于球化退火的进行。 钢的退火与正火比较： 14 退火与正火比较： （a）加热温度范围；（b）碳钢热处理后的硬度 马氏体组织： 15 板条马氏体显微组织特征示意图 透镜片状马氏体金相组织 板条马氏体金相组织 透镜片状马氏体示意图 马氏体组织： 16 薄片状马氏体金相组织 蝶状马氏体金相组织 Fe-Ni-C合金马氏体形貌与形成温度、碳含量的关系 马氏体转变： 17 马氏体转变的主要特征： （1）切变共格和表面浮凸 （2）无扩散性 （3）具有特定的位向关系和惯习面 （4）产生大量晶体缺陷，如位错、孪晶、层错等，形成马氏体亚结构 （5）非恒温性和不完全性 马氏体形成示意图 马氏体晶体结构：马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，体心立方（bcc）点阵畸变为体心正方（bct）结构。 马氏体性能特点： 18 （1）钢中马氏体最