结晶与相图铁碳合金－－－一单元工程材料基础知识2节.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 铁碳合金的力学性能决定于铁素体与渗碳体的相对量及它们的相对分布状况。 当碳的质量分数Wc0.9%时，随碳的质量分数的增加，钢的强度，硬度呈直线上升，而塑性、韧性随之降低。原因是钢组织中渗碳体的相对量增多，铁素体的相对量减少； 当碳的质量分数Wc0.9%时，随碳的质量分数的继续增加，硬度仍然增加，而强度开始明显下降，塑性、韧性继续降低。原因是钢中的二次渗碳体沿晶界析出并形成完整的网络。导致了钢脆性的增加。 为保证钢有足够的强度和一定的塑性及韧性，机械工程中使用的钢其碳质量分数一般不大于1.4%。 Wc2.11%的白口铸铁，由于组织中渗碳体量太多，性能硬而脆，难以切削加工，在机械工程中很少直接应用。 铁碳合金力学性能 与含碳量关系 碳的质量分数对力学性能的影响 五、Fe-Fe3C相图的应用 1、在钢铁材料选材方面的应用 Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，由此可以判断出钢铁材料的力学性能，以便合理地选择钢铁材料。例如： 用于建筑结构的各种型钢需要塑性、韧性好的材料，应选用Wc0.25%的钢材。 机械工程中的各种零部件需要兼有较好强度、塑性和韧性的材料，应选用Wc=0.30%~0.55%范围内的钢材。 而各种工具却需要硬度高，耐磨性好的材料，则多选用Wc=0.70%~1.2%范围内的高碳钢。 ?2、在制订热加工工艺方面的应用 （1）在铸造(焊接)方面的应用 从Fe-Fe3C相图可以看出，共晶成分的铁碳合金熔点最低，结晶温度范围最小，具有良好的铸造性能。因此，铸造生产中多选用接近共晶成分的铸铁。根据Fe-Fe3C相图可以确定铸造的浇注温度，一般在液相线以上50~100℃，铸钢（Wc=0.15%~0.6%）的熔化温度和浇注温度要高得多，其铸造性能较差，铸造工艺比铸铁的铸造工艺复杂。 （2）在锻压加工方面的应用 由Fe-Fe3C相图可知钢在高温时处于奥氏体状态，而奥氏体的强度较低，塑性好，有利于进行塑性变形。因此，钢材的锻造、轧制（热轧）等均选择在单相奥氏体的适当温度范围内进行。 （3）在热处理方面的应用 Fe-Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。热处理常用工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是根据Fe-Fe3C相图确定的。这将在后面节中详细阐述。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ④温度降至室温时，共晶体中的α和β两相成分分别变为f、g点的成分；其组织为：α基体上分布着二次相β加β基体上分布着二次相α。 若忽略二次相，则共晶成分合金结晶后所得室温组织为：α＋β。 （２）亚共晶合金： Ⅱ；①当合金温度处于液相线上方时，合金为单相液相Ｌ； ②温度到达液相线时，液态金属中将析出固溶体； ③温度位于液相线与共晶线之间时，合金由液相Ｌ与固相α固溶体构成，随温度降低，Ｌ中不断析出α相，析出的α固溶体成分沿固相线变化（ad），剩余液相成分沿液相线变化（ac）。 　④温度由共晶温度降至室温时，合金中的α相成分沿df线变化，并随温度的降低，从α相中不断析出二次相β；而合金中的β相成分沿eg线变化，并从β相中不断析出二次相α。 因此，该合金在室温的组织为：（先析相α+二次相β）＋共晶体（α+β）； 组织组成物有：先析相α、二次相β、共晶体（α+β）； 相组成物为：α、β。 （3）过共晶合金：Ⅳ：其结晶过程与亚共晶合金相似。 因此，该合金在室温的组织为：（先析相β +二次相α ）＋共晶体（α+β）； 组织组成物有：先析相β、二次相α、共晶体（α+β）； 相组成物为：α、β。 Ⅳ 3）其它相图 二元包晶相图：两组元在液态下无限互溶，固态下有限溶解，并且发生包晶转变。 相图的构成：ac和bc为两液相线，与其对应的ad和bp为两固相线；df和pg固溶体α、β的溶解度随温度变化线；dpc为包晶转变线。　　 包晶转变 LC+αd → βP 共析相图 Review 第三节：金属材料的性能 韧性 断裂韧度 疲劳强度 第四节 金属的晶体结构与结晶 一、金属的晶体结构 二、金属的结晶 三、金属铸锭的组织 第五节 二元合金 一、二元合金相图 二、合金相图与合金性能的关系 合金的力学性能与物理性能决定于合金的成分及组织，合金的某些工艺性能如铸造性能还与合金的结晶特点有关。而相图表明了合金的成分、组织及合金的结晶特点，因此利用相图可大致判断合金的性能．并作为选用材料和制定工艺的参考。 1、合金的使用性能与相图的关系： 1）、合金形成单相固溶体