3第三章凝固与二元合金相图.ppt

图3-16 共析钢显微组织示意图 2.亚共析钢 亚共析钢（Wc=0.0218～0.77%） 室温组织为：F+ P 如图3-18中的白色为F，黑色片 状为P。 结晶过程如下： L→L + A→A→F + A→F + P （析出Fe3CⅢ） 特别需注意：室温组织为F+ P，由于F是发生在共 析转变之前，我们称为先共析铁素体。。 亚共析钢结晶过程示意图 3-18 亚共析钢显微组织示意图 3.过共析钢 过共析钢（Wc=0.77～2.11%） 室温组织为：P+ Fe3CⅡ，如图3-20中的白色为 网状Fe3CⅡ，暗黑色为P。 结晶过程如下：L→L+A→A→A+Fe3CⅡ →P + Fe3CⅡ 匀晶转变＋共析转变 过共析钢结晶过程示意图 4.亚共晶白口铸铁（Wc=2.11～4.30%） 室温组织为：Fe3CⅡ+ L’d +P ，其组织如图 3-22所示。 结晶过程如下：L→L+A→L+A+ Ld→A+ Ld →A+Fe3CⅡ+Ld→A+Fe3CⅡ+L’d+P→Fe3CⅡ+L’d +P 匀晶反应＋共晶转变＋共析反应 亚共晶白口铸铁组织转变示意图 图3-22 亚共晶白口铸铁组织转变示意图 第三节 合金相图的应用 随着含碳量的增加, Fe、C合金的组织发生下列变化：F+Fe3CⅢ → F+P → P → P+Fe3CⅡ → Fe3CⅡ+L’d +P → L’d → Fe3CⅠ+ L’d 称为组织组成物 所有Fe-Fe3C合金的室温组织都是由铁素体F和渗碳体Fe3C两相组成，因此，把铁素体和渗碳体称为Fe-Fe3C合金的相组成物。 注：随着Wc的增加，Fe、C合金中F的量逐渐减少，Fe3C的量逐渐增多，其变化呈线性关系。所有Fe、C合金都是由F和Fe3C组成。 铁碳合金相组成和成分组成与含碳量的关系 在铁碳合金中，F为柔韧相，Fe3C为硬脆相，故Fe、C合金的力 学性能取决于F和Fe3C两相的相对量及它们的相互分布特征。 珠光体的强度比F高，比Fe3C低，而P的韧性和塑性比F低，比 Fe3C高，而且P的强度随P片间距的减小而增大。在钢中Fe3C是 一种强化相，随钢中Wc的增加使Fe—C合金强度升高，当Wc超 过0.77%后，先F消失而Fe3CⅡ出现，合金强度增加变缓；当Wc 达到0.90%时，由于沿晶界上形成网状分布，强度开始迅速下 降，当达到2.11%时，出现L’d，强度降到最低。钢的塑性完全 由F来提供，Wc的增加使F减少，塑性和韧性显著下降，当基体 为Fe3C后，塑性就接近于0。为保证钢有足够的强度和适当的 韧性配合，其Wc一般不超过1.3～1.4%。 对于白口铸铁，组织中存在大量的L’d，而L’d是以Fe3C为基 的硬脆组织，因此白口铸铁具有很大的脆性。但由于Fe3C的 存在，铸铁的硬度和耐磨性很高。 含碳量对钢的力学性能的影响 That’s the end of the section Thank you! 第三章 凝固与二元合金相图 第三章 凝固与二元合金相图 本章重点：铁碳合金相图及其应用。 本章难点：铁碳合金相图的分析 学习目标：本章通过学习金属和合金结晶的基 本理论和基本规律，熟悉铁碳合金 成分、组织和温度之间的关系，能 够应用铁碳相图分析和推断铁碳合 金的性能，为制定加工工艺提供必 要的理论基础。 主 要 内 容 金属的结晶 合金的结晶—二元合金相图 铁碳合金相图 合金相图的应用 第一节 金属的结晶 金属与合金自液态冷却转变为固态的过程，是原子由不规则排列的液体状态逐步过渡到原子作规则排列的晶体状态的过程，称之为结晶。 金属材料（除粉末冶金材料外）都需要经过熔炼和浇注，也就是说都要经历一个结晶的过程。结晶过程中形成的组织不仅影响其铸态性能，而且也影响材料随后的加工性能和力学性能，因此，研究并控制金属材料的结晶过程，对改善材料的组织和力学性能都有重要的意义。 大多数工程用的金属材料都是合金，其结晶过程较纯金属要复杂的多。二元合金相图是描述合金结晶过程最重要的图解，它反映不同成分合金在不同温度下的组成相及相平衡关系，是研究合金液态结晶（凝固）以及固态结晶（固态相变）过程、确定合金组织组成、推断合金性能的有力工具。 一、结晶的热力学条件 金属的温度-时间曲线 金属自由能与温度的关系 自由能 温度 由上述两图可以看出，金属在平衡结晶温度（又称 理论结晶温度Tm是并不会结晶，只有冷却到明显 低于理论结晶温度后，才会开