机械工程材料 第二章 碳钢国家课程课件TTP.ppt

第二章 碳 钢 机械工程材料 Mechanical Engineering Materials 主要内容 1、纯铁的组织和性能 2、铁碳合金中的相和组织组成物 3、Fe-Fe3C相图 4、杂质元素对钢性能的影响 5、钢锭的组织和缺陷 6、压力加工对钢组织和性能的影响 7、碳钢的分类和牌号及用途 一、纯铁的结晶 （一）过冷现象和过冷度 二、纯铁的晶体结构 （一）晶体结构的基本概念 晶格 晶面与晶向 晶格中结点所组成的平面称晶面 连接结点所表示的方向称晶向 体心立方 Body Centered Cubic 面心立方 Face Centered Cubic 密排六方 Hexagonal-close-packed 铁(?-Fe)、钨(W) 、铬(Cr)、 钼(Mo)、钒(V)等 各向异性 晶体不同晶面及晶向上原子的排列情况不同，所以，不同方向上晶体的性能是不同的。 多晶体伪各向同性 晶体缺陷 实际晶体中排列不规则的区域统称为晶体缺陷 点缺陷示意图 晶体缺陷对晶体性能的影响 三、工业纯铁的组织和性能 性能 纯铁塑性、韧性好，但强度、硬度低。 第二节 铁碳合金中的相和组织组成物 铁与碳的相互作用 固溶体 化合物 铁碳合金中的相和组织组成物 相 组织 （一）固溶体—铁素体、奥氏体 固体溶液，是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体，保持溶剂元素的晶体结构。 溶质原子和溶剂原子尺寸相差较小，形成固溶体时溶质原子替换了溶剂晶格中的一部分原子，就形成了置换固溶体。 铁与碳形成的固溶体 由于FCC的间隙比BCC大，所以γ的溶碳能力比α大。 固溶体的性能 固溶体的晶体结构与溶剂相同，但溶质原子的溶入会使溶剂的晶格产生畸变 （二）化合物—渗碳体 当碳在铁中的含量超过了其溶解度极限时，便会形成化合物。Fe3C，渗碳体。 渗碳体 渗碳体具有一种复杂的正交晶体结构，熔点高1227℃，wc=6.69%； 渗碳体能提高合金的硬度、耐磨性，会降低合金的塑性和韧性。 渗碳体中的Fe可以被Mn, Cr, W, Mo等金属原子置换而形成合金渗碳体 二、铁碳合金中的相和组织组成物 系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部分。 铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体：F与Fe3C片层相间的两相混合物 莱氏体：A与Fe3C两相混合物 第三节 Fe-Fe3C相图 一、相图的基本概念 二、 Fe-Fe3C相图分析 三、典型铁碳合金静静过程分析 四、碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响 五、 Fe-Fe3C相图的实际应用 六、合金性能和相图关系小结 五、Fe-Fe3C相图的实际应用 1. 为选材提供成分依据 2. 为制订热加工工艺提供依据 第四节 钢中长存杂质元素对钢性能的影响 一、硫的影响——增大钢的热脆性 二、磷的影响——增大钢的冷脆性 三、硅的影响——量少起强化作用，量多增大钢的脆性 四、锰的影响——量少起强化作用，量多增大钢的脆性 五、氧的影响——增大钢的脆性 六、氢的影响——增大钢的脆性 第五节 钢锭的组织和缺陷 第六节 压力加工对钢组织和性能的影响 一、冷变形对钢组织和性能的影响 滑移带：对于适量塑性变形的试样，在光学显微镜下观察到的相互平行的线条叫滑移带。 滑移线：滑移带是由许多密集的相互平行的更细的滑移线和台阶组成的。 晶体塑性变形的基本方式 滑移是金属最主要的一种塑性变形方式。 晶体滑移并不是，在切应力作用下，一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对的整体移动。 塑性变形中的组织变化 塑性变形过种中的性能变形 塑性变形过程中材料内部的晶格畸变，晶粒破碎，晶体缺陷特别是位错密度增加，会使晶体的性能发生明显的变化。 强度、硬度增加 塑性、韧性降低 70％冷轧变形后，纯铁及低碳钢的σb可提高400～500MPa； 80％冷变形后，细片状P的wC1.0%高碳钢σb可提高1100～1200MPa； 90％冷拔变形后，细片状P的wC1.0%高碳钢丝σb可达3000MPa。 钢丝被拉拔的一端因塑性变形强度升高，不再继续变形；而未经变形的粗端强度低，可通过拔丝模继续变形，从而获得粗细均匀的钢丝。 “加工硬化”是强化金属材料的一种手段，尤其是对那些不能用热处理方法强化的金属。 加工硬化是各种冷变形成型得以进行的原因。 加工硬化使零件在偶然超载时，不会突然断裂。 织构引起各向异性 当变形量很大时，原来位向不同的晶粒因滑移产生的转动，将取得接近一致的结构称变形织构，又称择优取向。 织构引起各向异性 变形织构的各相异性是明显的。其不均匀的塑性变形会使薄板冲压产生“制耳”现象。 残余应力使零件尺寸不稳定，残余压应力可提高疲劳强度，残余拉应力降低腐蚀性能。 二、 冷变形钢在加热过程中组织和性能的变化