第一章铸铁概论第二章铸铁的结晶凝固特性.ppt

第一节 铁碳相图及铁碳硅相图 铁碳双重相图 铁碳硅准二元相图 其他元素对铁碳相图的影响 碳当量和共晶度 一、铁碳双重相图 生产实践中： 一定条件下，C2.14％的铁碳合金可结晶出石墨； 白口铁在900℃以上保温，Fe3C ? γ＋G； 共析温度保温或缓冷， γ ? α＋G而非γ ? α＋ Fe3C。 铁碳双重相图 1、为什么存在双重相图 ｛以共晶凝固为例｝ （1）从热力学角度 一定条件下 Fe3C?γ＋G 介稳态 　稳态 ?有利于石墨形成 （2）从动力学角度 ①浓度起伏 液相——4.3%C 渗碳体——6.67%C 石墨——近100％C ②晶体结构 渗碳体为间隙化合物——碳原子的扩散 石墨为碳单质——碳原子的扩散及铁原子反向扩散 ?渗碳体易形核 ?渗碳体易长大 小 结 热力学条件下,铁-石墨相图为稳定系,铁-渗碳体相图为介稳定系； 动力学条件下,铁-渗碳体相图有实际应用的可行性； 　?二重性 问题:为什么Fe-G相图会向左上方移动? －－与系统自由能的变化有关 共晶温度和共析温度提高 共晶反应和共析反应均在恒温下进行 ?共晶点Ｃ′和共析点Ｓ′的含碳量均降低。 ２、学习铁碳双重相图有何意义 ——指导科研生产 （１）确定生产工艺 　　　e.g.壁厚（冷速）对组织的影响 （２）确定铸造工艺 　　　e.g.成分对流动性、收缩性的影响 （３）确定热处理工艺 　　　e.g.石墨化退火（可锻铸铁）温度的确定 （４）检测 　　　e.g.热分析曲线及炉前三角试验 二、 铁碳硅相图 随着Ｓｉ％量的增加—— Ｃ′点的Ｃ％↓，且变化很大 Ｓ′点的Ｃ％↓，但较缓慢 Ｅ′点的Ｃ％↓，也较快 共晶、共析等温线?三相共存区，且Ｔ共析↑↑ γ相区缩小 另：对Ｔ共晶影响不同 三、其他元素对铁碳相图的影响 四、碳当量和共晶度 碳当量ＣＥ 共晶度Ｓｃ 概念 以各种元素对共晶点实际碳量的影响，折算成碳量的增减所得出。 用铸铁实际ＣＥ与共晶点Ｃ％的比值来表示ＣＥ偏离共晶的程度。 公式 （简化） CE=C+1/3(Si+P) Sc=C/[4.26-1/3(Si+P)] 共晶类型的判断 4.26　过共晶 =4.26　共晶 4.26　亚共晶 １　过共晶 =１　共晶 １　亚共晶 第二节　铸铁的一次结晶过程 铸铁的结晶分为两阶段： 第一阶段： 　　　液固转变　－?　碳的存在形式 　　（初生相＋共晶反应）　　　（Ｇ或Ｃｍ） 第二阶段： 　　　固态相变　－?　组成相 （ γ中Ｃ的析出＋共析反应）　　（Ｆ或Ｐ～） 一次结晶 二次结晶 一次结晶（以亚共晶为例）一、初生γ的结晶 凝固过程 形态 枝晶偏析 影响因素 枝晶量的确定 １、凝固过程 连续液淬法 2、形态 初生奥氏体枝晶三维形态 3、枝晶偏析 偏析——不平衡结晶时，合金中的元素来不及充分扩散，而造成凝固组织的成分不均匀的现象。 　 先结晶固相中元素含量少，后结晶的固相的元素含量多——正偏析；反之为负偏析。 奥氏体枝晶中元素的偏析状况 分配系数Ｋｐ——相间成分分布不均匀性 　 Ｋｐ＝xA/xi 偏析系数Ｋｉ——晶内偏析程度 　　 Ｋｉ＝xcA/xeA 　　Ｋｐ１，Ｋｉ１为正偏析 　　Ｋｐ１，Ｋｉ１为负偏析　　　　 偏析的影响因素 主要和元素与碳的亲和力有关 与碳的亲和力小，不易形成渗碳体，促进石墨化——石墨化元素（e.g. Al、Si……）——负偏析 与碳的亲和力大，易形成渗碳体，阻碍石墨化——白口化元素（e.g. Mn、Cr……）——正偏析 4、影响奥氏体初晶数量和大小的因素　　　　　　　 ——与成分和冷却速度有关 CE↑→初析γ量↓ Ｃ３.２％时，Ｓｉ／Ｃ↑ →初析γ量↑ （１）Ｓｉ／Ｃ的影响 （２）含碳量影响 Ｃ％ ↑→ γ枝晶细化 凝固率↑→ γ枝晶粗化 （３）含Ｓ量和冷却速度的影响 Ｓ％一定，冷速↑→ γ枝晶细化 冷速一定，Ｓ％ ↑→ γ枝晶粗化 （４）其他合金元素的影响 初析γ生长温度区间的变化 　e.g.　V、Mo…… ↑ 10 ℃ 　　　　Al、Si、Ni…… ↓ 10 ℃ 初析γ结晶前沿溶质浓度的变化 　e.g.　Ti、V……细化枝晶 ５、 初析γ枝晶量的确定 平衡态——杠杆定律 非平衡态——定量金相法 热处理法 着色法 二、共晶凝固过程 稳定系共晶转变 石墨的晶体结构及片状长大 球状石墨的形成过程 蠕虫状石墨的形成过程 亚稳定系共晶转变（自学） １、稳定系共晶转变 Ｑ１.如何形成共晶石墨？ 亚微观的Ｇ团 　形核——非自发　未溶化的Ｇ基点 　　　　　　　　　高熔点夹杂物 （１）转变过程 　　－－Ｇ／Ｌ界面，熔体Ｃ％ ↓