金属学与热处理第四章.ppt

第四章 铁碳合金 珠光体：黑色斑点或条块状 Fe3C基体：白色 变态莱氏体的组织特征是珠光体分布在共晶渗碳体的基体上。 组织组成物为： 相组成物：α、Fe3C、 3.6 亚共晶白口铁(C%=2.11~4.3%) 组织转变： 室温平衡组织： 黑色带树枝状特征的是P，分布在P周围的白色网是Fe3CⅡ，具有黑白斑点状特征的是变态莱氏体。 3.0%C铸铁的组织组成物中初生奥氏体的含量为： 莱氏体含量： 从奥氏体中析出二次渗碳体的含量： 3.7 过共晶白口铁(C%=4.3~6.69%) 组织转变： 白色条状特征的是一次Fe3C，具有黑白点条状特征的是 组织组成物： 相组成物：α、Fe3C 第四节 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响 4.1 对平衡组织的影响 组织特征、组织组成物、相组成物 4.2 对力学性能的影响 硬度 、强度 、塑性 、韧性 HB：取决于相及相对量 含碳量——性能 强度：C%↑→σ↑ 0.9%↑→σ↓ 塑性、韧性： C%↑→塑性↓、韧性↓ 4.2 对工艺性能的影响 (1) 切削加工性能 切削加工性能的评价：允许的切削速度、切削力、表面粗糙度。 材料的硬度太软，容易粘刀，切削热大，影响表面粗糙度; 材料的硬度太硬，刀具磨损严重。钢的硬度在250HBw左右时，切削加工性最好。 奥氏体钢的导热性差，切削加工性差。 晶粒尺寸，粗晶易断屑，切削加工性较好。 渗碳体的形态，过共析钢为片状珠光体+二次渗碳体，加工性能很差，若组织为粒状珠光体，则可改善切削加工性。 对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈单相奥氏体状态时，塑性好、强度低，便于塑性变形，所以一般锻造都是在奥氏体状态下进行。锻造时必须根据铁碳相图确定合适的温度，始轧和始锻温度不能过高，以免产生过烧；始轧和始锻温度也不能过低，以免产生裂纹。 (2) 可锻性 金属的可锻性是指金属压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。 (3) 可焊性 钢中含碳量越高，其可焊性越差，故焊接用钢主要是低碳钢和低碳合金钢。 金属的可焊性是以焊接接头的可靠性和出现焊缝裂纹的倾向性为其技术判断指标。 (4) 铸造性能 金属的铸造性包括，金属的流动性、收缩性和偏析倾向。 流动性：液相线和固相线距离越大，流动性差，分散缩孔多，偏析大，铸造性越差。所以，钢的铸造性差。共晶成分的铸铁流动性好，缩孔集中，铸造性好； 收缩性 枝晶偏析 ：固相线和液相线的水平距离和垂直距离越大，枝晶偏析越严重。共晶成分铸铁的偏析最小。 液态收缩、凝固收缩、固态收缩。 影响因素：浇注温度、含碳量 14.0 12.9 11.8 10.7 钢的体积收缩率(%)(1600℃~20℃) 1.00 0.75 0.35 0.10 含碳量(%) 4.3 Fe- Fe3C相图的应用 在钢铁材料选用方面的应用； 在铸造工艺方面的应用； 在热锻、热轧工艺方面的应用 ； 在热处理工艺方面的应用。 在运用Fe-Fe3C相图时应注意以下两点： ①Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态, 如含有其它元素, 相图将发生变化。 ②Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态, 若冷却或加热速度较快时, 其组织转变就不能只用相图来分析了。 　 第五节 钢中的杂质元素及钢锭组织 碳钢中的常存元素是指除Fe、C外，因冶金必然带来的材料中存在，且对性能有一定影响其他元素，在碳钢中一般指： Si、Mn 冶金时自然存在对性能无不利影响而保留， S、P 冶金时难以彻底清除而存在于钢中。 一般钢中大致含量： =0.045 P 0.05% S 0.25~0.50% Mn 0.25~0.30% Si (1) 锰 有益元素(0.25~0.50%) a. 脱氧剂：? 减少FeO→降低脆性， b. 脱硫剂： Mn + S →MnS Mn能与S亲合力大，形成MnS，其熔点高(1620 ℃)，常呈粒状分布在晶内，且具有一定的塑性，可降低FeS的有害作用，改善热加工性能 c. 固溶强化： 使性能更优。Mn可以溶于铁素体中，强化钢；Mn可以增加珠光体相对含量，并使珠光体细化，钢强度提高。 5.1 钢中的杂质元素 (2) 硅 ? 有益元素(0.25~0.30%) a. 脱氧→降低脆性 b. 固溶强化 Si溶于铁素体中，提高钢的强度硬度和弹性；但硅使钢的塑性韧性降低，一般控制钢中含量小于0.35%。 * * 铁碳合金组元及基本相 Fe-Fe3C相图分析 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 含碳量对组织和性能的影响 钢中的杂质元素及钢锭组织 碳钢 第一节 铁碳合金的组元及基本相 1.1 组元 Fe铁是过渡族元素, 熔点或凝固点为153