第6讲-金属材料组织和性能控制-合金相图和凝固.ppt

（3）含碳0.40%的合金（亚共析钢） 此合金在相图中的位置见图2-34，结晶过程如图所示。合金在1~2点间按匀晶转变析出? 固溶体。冷到2点（1495℃），?固溶体的含碳量为0.09%，液相的含碳量为0.53%。此时， 液相和?固溶体发生包晶转变。由于合金的含碳量大于0.17%，所以合金包晶转变终了以后， 还有过剩的液相存在。从2点冷到3点时，液相继续凝成奥氏体，所有的奥氏体成分均沿JE线 变化。冷到3点，合金全部由含碳0.40%的奥氏 体组成。单相的奥氏体冷却到4点时，开始析 出铁素体。随着温度的下降，铁素体不断增多， 其含碳量沿GP线变化，而剩余的奥氏体的含 碳量则沿GS线变化。但温度达到5点（727℃） 时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77%，发生共 析转变形成珠光体。在5点以下，先共析铁素体 中将析出三次渗碳体，但其数量很少，一般可 以忽略。 亚共析钢冷却到室温后，均由铁素体和珠光 体组成。钢的含碳量越高，室温组织中的珠光体也越多。 （4）含碳1.2%的合金（过共析钢） 此合金在相图中的位置见图2-35，结晶过程如图所示。合金在1~2点按匀晶过 程转变为单相奥氏体，冷到3点开始从奥氏体中析出二次渗碳体，直到4点为止。这 种先共析的渗碳体多沿奥氏体晶界呈网状分布，量较多时，还在晶内呈针状分布。 随着渗碳体的析出，奥氏体的含碳量沿 ES线不断下降，但温度到达4点（727℃） 时，奥氏体的含碳量降为0.77%，从而在 恒温下发生共析转变，最后得到的组织是 网状的二次渗碳体和珠光体。 在过共析钢中，二次渗碳体的量随钢 中含碳量的增加而增加。当含碳量达到 2.11%时，二次渗碳体的量达到最大，其 相对量可由杠杆法则求得： （5）含碳4.3%的合金（共晶白口铸铁） 此合金在相图的位置见图2-30（5），结晶过程如图5-106所示。合金熔液冷到1 点（1148℃）时，在恒温下发生共晶转变，此合金通常称为莱氏体（Ld）。冷到1 点以下，共晶奥氏体中不断析出二次渗碳体， 它通常依附在共晶渗碳体上而不能分辨。温 度降至2点（727℃）时，共晶奥氏体的含碳 量降至0.77%，在恒温下转变为珠光体。最后 得到的组织由珠光体分布在共晶渗碳体上所 组成。室温莱氏体（P+Fe3C）保留了高温下 共晶转变产物的形态特征，但组成相奥氏体 已发生了转变。 （6）含碳3.0%的合金 此合金在相图中的位置见图2-30（6），结晶过程如图5-108所示。合金熔液在 1~2点结晶出奥氏体，此时，液相成分按BC线变化，而奥氏体成分沿JE线变化。 温度降到2点（1148℃）时，剩余液相的成分达到共晶成分，发生共晶转变，生成 莱氏体。在2点以下，先共晶奥氏体和共晶奥氏体中都析出二次渗碳体。随着二次 渗碳体的析出，奥氏体的含碳量沿ES线降低。但温度到达3点（727℃）时，所有 奥氏体都发生共析转变，转变为珠光体。 （7）含碳5.0%的合金（过共晶白口铸铁） 此合金在相图中的位置见图2-30（7），结晶过程如图5-110所示。先 共晶相是渗碳体，其余的转变过程和共晶合金一样。 根据以上对各种铁碳合金转变过程的分析，可将铁碳合金相图中的相区 按组织加以标注，如图2-39所示。 在不同成分的铁碳合金室温组织中，组成相的相对含量或者组织组成物 的相对含量可总结成如图5-113所示。 2、五大元素对钢组织和性能的影响 （1）碳分 铁碳合金的室温平衡组织均由铁素体和渗碳体两项组成，其中，铁素体是软韧的相，而渗 碳体是硬脆相。 钢中珠光体对其性能有较大的影响。珠光体由铁素体和渗碳体组成，由于渗碳体以细片状 分散地分布在柔韧的铁素体基体上，起了强化作用，因此珠光体有较高的强度和硬度，但塑 性较差。珠光体内的层片越细，强度越高；如果其中的渗碳体球化，则强度下降，但塑性与 韧性提高。 亚共析钢随着含碳量增加，珠光体数量逐渐增多，因而强度、 硬度上升，塑性与韧性下降。当含碳量为0.77%时，钢的组织全 为珠光体，此时钢的性能是珠光体本身的性能。 过共析钢除珠光体外，还出现了二次渗碳体，所以其性能还 要受到二次渗碳体的影响。若含碳量不超过1%，由于在晶界上 析出二次渗碳体一般还没有连成网状，故对性能的影响不大。 当含碳量大过1%，因二次渗碳体的数量增多而呈连续网状分布， 则使钢具有很大的脆性，塑性很低，强度也随之下降。 图5-114为碳含量对平衡状态下碳钢机械性能的影响。 （2）Si、Mn、S、P的影响 由于冶炼过程中不可能除尽杂质，所以实际使用的碳钢中除碳以外，还含有少 量的硫、磷、锰、硅、氧、氢、氮等。它们的存在，会影响钢的质量和性能。 硅和锰