3. 材料的凝固与铁碳相图.ppt

第三章结晶铁碳合金相图 第一节 纯金属的结晶 第二节 合金的结晶 第三节 铁碳合金相图 第四节 凝固组织及其控制 物质由液态转变为固态的过程称为凝固。 物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。 物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。因而结晶过程是相变过程。 第一节 纯金属的结晶 一. 冷却曲线与过冷度 二. 结晶的一般过程 三. 同素异构转变 一、冷却曲线与过冷 1、冷却曲线 金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温度T1。 曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的. 2、过冷与过冷度 纯金属都有一个理论结晶温度T0(熔点或平衡结晶温度)。在该温度下, 液体和晶体处于动平衡状态。 结晶只有在T0以下的实际 结晶温度下才能进行。 液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。 理论结晶温度与实际结晶温度的差?T称过冷度 ?T= T0 –T1 过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。 三、同素异构转变 构转变。同素异构转变属于相变之一—固态相变。 1、铁的同素异构转变 铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为： ?-Fe、 ?-Fe为体心立方结构(BCC)，?-Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。 相图中，结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线叫固相线。 第三节 铁碳合金相图 铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。 铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据. 一、铁碳合金的组元和相 碳在δ-Fe中的固溶体称δ -铁素体，用δ 表示。 都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。 ⑵ 奥氏体: 碳在? -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 ? 表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。 ⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、强度低(?b?35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零 二、铁碳合金相图的分析 ⒈ 特征点 ⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ABCD， 固相线—AHJECFD ⑵ 三条水平线： HJB：包晶线LB+δH? ?J ECF：共晶线LC? ?E+Fe3C 共晶产物是? 与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体, 用Le表示。为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。 PSK：共析线 ?S ?FP+ Fe3C 共析转变的产物是 ? 与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。 ⑶ 其它相线 GS,GP—? ? ? 固溶体转变线, GS又称A3 线。 HN,JN—δ? ? 固溶体转变线， ES—碳在? -Fe中的固溶线。又称Ac m线。 PQ—碳在?-Fe中的固溶线。 ⑶ 三个三相区：即HJB (L+?+?)、ECF(L+?+ Fe3C)、PSK(?+?+ Fe3C)三条水平线 三、典型合金的平衡结晶过程 ⑵ 钢(0.0218~2.11%C)高温组织为单相? ① 亚共析钢 (0.0218~0.77%C) ② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢 (0.77~2.11%C) ⑶ 白口铸铁 (2.11~6.69%C) 铸造性能好, 硬而脆 ① 亚共晶白口铸铁 (2.11~4.3%C) ② 共晶白口铸铁(4.3%C) ③ 过共晶白口铸铁 (4.3~6.69%C) ㈠工业纯铁的结晶过程 合金液体在1-2点间转变为?，3-4点间?→?，5-6点间?→?。到7点，从?中析出Fe3C。 工业纯铁的结晶过程 随温度下降，Fe3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为F+ Fe3CⅢ。 室温下Fe3CⅢ最大量为: ㈡ 共析钢的结晶过程 共析钢的结晶过程 珠光体在光镜下呈指纹状. 变结束时，珠光体中相的相对重量百分比为： 室温下，珠光体中两相的相对重量百分比是多少？ 亚共析钢的结晶过程 亚共析钢室温下的组织为F+P。 在0.0218~0.77%C 范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。 ㈣