[专业课]材料导论07.ppt

亚共析钢冷却过程 过共析钢冷却过程 7.1.1 碳钢 共析组成的碳钢称共析钢，碳含量低于共析点的碳钢为亚共析钢，高于共析点的为过共析钢。 共析点为奥氏体（γ相）可存在的最低点，这一点的组成为99.2%Fe~0.8%C。 这一点发生的共析反应为： γ ??+Fe3C，形成称为珠光体的平行片状微结构。 珠光体的强度与硬度取决于冷却速度。较快冷却速度生成的片层较多且细，强度较高。 含碳量低于0.8%的碳钢成为亚共析钢。含碳量高于0.8%，低于2.1%的碳钢成为过共析钢。 贝氏体是非常有用的微观结构，它在硬度、强度、韧性之间取得了最好的综合。由于贝氏体的重要性，需要找到一个途径，得到100％贝氏体。我们可以设计冷却路线D：先用盐水浴将样品冷却到略高于Ms（马氏体生成）的温度，不与起始线相交，然后在该温度保持足够长的时间，直至与终止线相交。γ相的转变完成后，可以用任何冷却方式冷却到室温。这样就能得到完全贝氏体结构，这种热处理方法称为奥氏回火。 4) 回 火 回火是将亚稳的马氏体转变为稳定产物?+Fe3C的热处理过程。 虽然马氏体硬度很高，但我们还是宁愿牺牲一些硬度和强度，以得到韧性更高的产物。此时需要的反应是M→?+Fe3C 。理论上，回火可以在共析温度之下任何温度进行，但在实际操作中，回火一般为在400~450℃处理30min。如果需要较高的硬度，可以在200 ℃进行处理。 回火的产物称为回火马氏体。回火之后马氏体就不再存在，只有?+Fe3C 。Fe3C颗粒非常细微，与贝氏体中相似，区别仅在于贝氏体中的Fe3C颗粒稍有取向倾向，而回火马氏体中的颗粒为无规分布，二者的硬度、强度和韧性都非常接近。因此，我们又有了另一条取得所需结构的途径：淬火-回火。这一途径比奥氏回火更容易操作。这就是马氏体作为中间产物的意义。 奥氏回火：其处理温度与回火相当，且是由奥氏体直接转变为贝氏体，故称奥氏回火。 Jominy端部淬火法 三类钢的异同 不锈钢是铁、铬与其它元素的合金，可以抵御许多环境的腐蚀。 铁铬合金必须具备两个条件才能称为不锈钢。 一是铬必须超过10.5%（质量分数），因为这是抵御腐蚀的最低含量。 第二个条件是合金必须具有钝性。有些工具钢含铬量高达12％，但由于碳含量太高，并不具备应有的钝性，也不能称为不锈钢。 不锈钢应定义为含铬量不低于10.5%，具有氧化环境钝性的钢。 腐蚀速率与铬含量的关系 钢中的碳或处于合金状态，或处于Fe3C状态。而在铸铁中，碳或处于合金状态，或处于石墨的状态。因此，铸铁中的碳可分为两部分，合金部分与石墨部分。而铸铁本身也可视为一种复合材料，石墨分散在钢的基体之中，钢基的形态可以是铁素体、珠光体或马氏体。铁素体基体的铸铁强度较低，珠光体的强度较高，马氏体的最高。 Fe3C实际上是一种亚稳相，一定条件下能分解成铁和石墨： Fe3C→ 3Fe＋C 所以当合金中的碳含量超过溶解限度时，碳原子可发展出两种结构，或是形成亚稳相Fe3C，或是形成六方结构的石墨，这取决于加热或冷却的条件。 在钢的加工条件下，一般生成Fe3C，它也是钢材料所需要的。而在铸铁的加工过程中，一般需要碳从合金中析出形成石墨，这一过程称为石墨化。 可根据石墨在基体中的形态对铸铁进行分类。石墨呈片状的铸铁因其断口发灰色，称灰口铸铁或灰铸铁；石墨呈球状的为球墨铸铁；石墨呈蠕虫状的称蠕墨铸铁；石墨为团絮状的称可锻铸铁。还有一种铸铁不经热处理，直接浇铸成型，材料中不含石墨，因其断口发白色，称为白铸铁。 灰铸铁中石墨的析出过程 石墨化的路线有两条 ：直接从液体和奥氏体中析出，或通过Fe3C的分解获得。石墨的尺寸与分布对铸铁的性能有较大影响，石墨的存在也赋予了铸铁一些特殊性能： 石墨硬度低且易于粉碎，使铸铁具有优异的切削性能； 石墨在铸件凝固时产生的膨胀，减少了铸铁的体积收缩，降低了铸件的内应力； 石墨起到内润滑剂的作用； 石墨起到减振剂的作用； 石墨起到增韧的作用。 铝合金 铝是自然界蕴藏量最丰富的金属，地壳质量的8%为铝，许多岩石与矿物中都含有大量的铝。 作为一种金属材料，铝有三大优点：首先是质量轻，比强度高；铝的相对密度为2.7，除镁和铍以外，它是工程金属中最轻的。虽然强度比铁合金低得多，但比强度却与之相仿； 第二个优点是高的热导率与电导率。其电导率为铜的60％，如果按单位质量计，铝的电导率则超过了铜； 第三个优点是耐腐蚀性。铝可与氧气迅速作用，在表面生成一层极薄的氧化膜，保护内部的材料不受环境侵害。 铝的缺点是疲劳极限不高，会在低应力下疲劳破坏，硬度低；容易磨损；熔点低，不能在高温下工作。 铝合金与纯铝性能比较 镁合金 镁通过从海水中的氯化镁电解得到，比铝还轻，相对密度只有1.74；熔点也略低于铝的6