碳钢的热处理及性能分析 常用钢铁材料的组织观察.ppt

实验五 碳钢的热处理及性能分析实验六 常用钢铁材料的组织观察 清华大学基础工业训练中心 金属工艺学教研室 * * 一、金属的概念 二、金属材料的力学性能 三、金属的结晶和组织 1. 金属的结晶过程 2. 金属的组织 （1）室温平衡组织 （2）非平衡组织 四、钢铁的分类和异同 钢和铸铁所含的主要合金元素都是铁和碳，所以也称钢和铸铁为Fe-C合金，它们的不同点在于含碳量，钢的含碳量小于2.11%，铸铁的含碳量大于2.11%。 五、Fe-C合金基本组织 1. 铁素体 F 2. 渗碳体 Fe3C 3. 珠光体 P（ F+ Fe3C ） 六、钢铁的组织和性能 1. 碳钢的室温平衡组织 碳钢的室温平衡组织由铁素体、渗碳体和珠光体三种基本组织组成。随碳钢含碳量的不同，基本组织的含量也相应发生变化。碳钢按室温组织的不同根据含碳量可分为三类。 渗碳体分布于珠光体晶粒的周围（即晶界），在金相显微镜下观察呈网状结构，故又称网状渗碳体。含碳量越高，渗碳体层越厚。 珠光体＋渗碳体 ＞0.77 过共析钢 全部是珠光体 ＝0.77 共 析 钢 随含碳量的增加，组织中珠光体的量增多。 铁素体＋珠光体 ＜0.77 亚共析钢 备 注 室温平衡组织 含碳量 （%） 项目 种类 工业纯铁 亚共析钢 共析钢 过共析钢 2. 铸铁的室温平衡组织 铸铁由于含碳量高，碳的存在形态发生了变化。在钢中碳是以化合态的Fe3C（渗碳体）存在，而在铸铁中碳不仅以化合态的Fe3C存在，同时出现了游离态的石墨。铸铁的组织可以认为是在铁素体或珠光体，或铁素体＋珠光体的基体上分布着不同形态的石墨。根据石墨形态的不同，常用铸铁可分为： 灰 铸 铁 — 石墨以片状存在 可锻铸铁 — 石墨以团絮状存在 球墨铸铁 — 石墨以球状或近似球状存在 可锻铸铁（铁素体基体） 灰铸铁（珠光体基体） 球墨铸铁 （铁素体＋珠光体基体） 3. 铸铁与碳钢的性能比较 铸铁与碳钢比较（在同一种基体下），由于铸铁中石墨的强度和伸长率都极低 （σb20Mpa，δ→0）,而且石墨的存在对基体起割裂作用，所以，铸铁的力学性能（抗拉强度、塑性、韧性）较差，不如碳钢，尤以灰铸铁（片状石墨）最差，球墨铸铁因球状石墨的割裂作用最轻，具有较好的力学性能。 铸铁具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切削加工性能，而且生产成本低廉，因而在工业生产中得到广泛的应用。 六、热加工工艺对碳钢组织的影响 在材料加工工程中存在着如下关系： 设备 → 工艺 ↘ ↑↓ 组织→性能→应用 原材料 → 成分 ↗ 这个关系在实际生产过程中，表现为设备、工艺条件等的不同决定了热过程的非平衡程度的不同，使得金属结晶和转变过程不同，最终使金属材料的组织呈现多样性，即使同一种金属材料的组织也可呈现不同的形态。可见，正是非平衡过程的多样性，使得工程材料得到不同的组织，具备不同的性能，从而满足各种使用要求。此外，相同的金属组织，晶粒越细小、分布越均匀，其力学性能越高。 根据不同的使用要求选用不同的热处理的方法 同种材料经过不同的热处理可得到不同的组织 非成形加工 以不同方式或速度冷却，使工件获得所需要的组织和性能 工件于加热炉内在规定温度下保温规定时间，使工件热透，或使内部发生组织转变 在加热设备中使工件达到规定温定，使工件可能发生内部组织的变化 热 处 理 接头区域一般为性能薄弱区 非平衡结晶特点更为明显，使得焊缝组织的柱状晶的特点更为明显，同时焊缝附近母材金属组织也发生不同程度的变化 不可拆卸的连接成形 在熔渣或保护气氛保护下快速冷却凝固，形成焊缝，焊缝以及附近母材冷却速度很不均匀 基本没保温过程 在空气或保护气氛中高能量加热，使构件连接区域快速熔化，形成熔池 焊接 受力复杂的形状简单件 使俦锭原来粗大的晶粒细化，并沿变形方向呈现方向性的特点，减小甚至消除铸锭内部缺陷 固态塑性变形成形 在终锻温度以下冷却，得到锻件 在始锻和终锻温度范围内对工件施以冲击力或压力，使其发生塑性变形，并改善内部组织 在加热设备中加热工件，使其具有良好的塑性，并降低变形抗力 锻造 受力不大的形状复杂件 非平衡结晶，一般为粗大的柱状晶。冷却速度越大，晶粒越细小 液态凝固成形 在铸型中较为缓慢地冷却凝固，获得铸件 短时间保温静置，使金属熔体