材料學(xué)第五章鐵鈦合金

1、金屬學(xué)與熱處理第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶2第五章 鐵碳合金第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3 3重結(jié)晶：固態(tài)下的相變過程(固態(tài)相變)。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1394 912 -Fe-Fe -Fe-Fe-Fe-Febccfccbcc5.1 鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)與性能第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶5 5l定義：碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體l晶格結(jié)構(gòu)：bcc l最大溶解度：0.02%（727）l機械性能: b=180230MPa 0.2=100170MPa HBS=5080 =30%50% =70%80% ak=160200

2、J/cm l-鐵素體：碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，最大溶解度：0.09%（1495）（1）鐵素體（F或）第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶6 6l定義：碳溶于-Fe-Fe中所形成的間隙固溶體（高溫組織）l晶格結(jié)構(gòu)：fccfccl最大溶解度：2.11%2.11%（11481148）l機械性能： b400MPa HBS=170220 =40%50% 高塑性、無磁高塑性、無磁 （2） 奧氏體（A 或）第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶7 7l定義：定義：Fe 與 C 所形成的間隙化合物 FeFe3 3C C（平均含碳量：6.696.69% %）l機械性能：機械性能： HBS=800 0

3、 ak=0J/cm 硬硬度很高度很高 脆性大脆性大 塑韌性極低塑韌性極低（3）滲碳體第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶8同樣含有鐵碳合金，為什么高速鋼鉆頭比鐵絲堅硬？高速鋼鉆頭高速鋼鉆頭鐵絲鐵絲思考思考：第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶9 9五個單相區(qū)五個單相區(qū)三個重要點三個重要點三條水平線三條水平線1. 相圖中點、線、面及其意義5.2 鐵碳合金相圖第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶10兩相區(qū)：兩相區(qū)：7個個單相區(qū)：單相區(qū)：5個個三相區(qū)：三相區(qū)：3個個 第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶11112 相圖中的特性點J為包晶點為包晶點: 1495 時時, B點成分的點成分的L與與

4、H點成分點成分的的 發(fā)生包晶反應(yīng)發(fā)生包晶反應(yīng), 生成生成J點成分的點成分的。 C點為共晶點點為共晶點 1148 時, C點成分的L發(fā)生共晶反應(yīng), 生成E點成分的和Fe3C（萊氏體）。 S點為共析點點為共析點 727 時, S點成分的發(fā)生共析反應(yīng), 生成P點成分的和Fe3C（P）。第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶12碳在碳在A中的最大溶解度中的最大溶解度碳在碳在A中的最大溶解度中的最大溶解度圖中以相組成表示的鐵碳相圖表中鐵碳合金相圖中的特性點第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶1313包晶反應(yīng)：包晶反應(yīng)：L+共晶反應(yīng)：共晶反應(yīng)：LLd( FeC3+ )共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： P (FeC3

5、+ ) 3 三條水平線第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶14包晶轉(zhuǎn)變： 在1495的恒溫下，成分為B點（WC=0.53%）的液相與成分為H點（ WC=0.09% ）鐵素體發(fā)生包晶反應(yīng)，生成成分為J點（ WC=0.17% ）的奧氏體JHBALC1495 HJB 包晶線包晶線 ：4.包晶、共晶、共析轉(zhuǎn)變第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶15共晶轉(zhuǎn)變： 在1148的恒溫下，成分為C點（WC=4.3%）的液相轉(zhuǎn)為成分為E點（ WC=2.11% ）的奧氏體和滲碳體的混合物; AE+ Fe3C叫做萊氏體，以Ld表示。CFeLECC31148 ECF 共晶線：共晶線：第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬

6、的結(jié)晶1616l 定義：定義：A與 Fe3C 所形成的機械混合物（平均含碳量：4.3%4.3%）l 性能組織：性能組織：硬而脆萊氏體（萊氏體（ LdLd ）第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶17共析轉(zhuǎn)變: 在727的恒溫下，由成分為S點（ WC=0.77% ）的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槌煞譃镻點(WC=0.0218% )的鐵素體和滲碳體的混合物。此種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物即為珠光體，用P表示。PSK線稱為共析線，也叫A1線7273CsPFeC PSK PSK 共析線：共析線：第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶1818l 定義：定義：F與 Fe3C 所形成的機械混合物（平均含碳量：0.77%0.77%）l 性能組

7、織：性能組織： b750MPa HBS=180 20%25% ak=3040J/cm珠光體（珠光體（P P）第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶19ES線：線：C在奧氏體中的溶解在奧氏體中的溶解度曲線，也叫度曲線，也叫Acm線。線。GS線：冷卻時，從奧氏體中線：冷卻時，從奧氏體中析出鐵素體的開始線或加熱時，析出鐵素體的開始線或加熱時，鐵素體溶入奧氏體的終了線，鐵素體溶入奧氏體的終了線，稱稱A3線。線。PQ線：線：C在鐵素體中的溶在鐵素體中的溶解度曲線。解度曲線。 冷卻時碰到冷卻時碰到PQ線，從線，從中中將析出將析出Fe3C，稱為三次滲碳，稱為三次滲碳體（體（ Fe3C）。5. 三條曲線第二章

8、第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶202.11%4.3%6.69%0.77%0.02%工工業(yè)業(yè)純純鐵鐵共共析析鋼鋼亞亞共共析析鋼鋼過過共共析析鋼鋼亞亞共共晶晶白白口口鐵鐵過過共共晶晶白白口口鐵鐵共共晶晶白白口口鐵鐵鋼鋼鑄鐵鑄鐵ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%6.鐵碳合金分類及平衡結(jié)晶過程第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶21211(1) (1) 工業(yè)純鐵平衡結(jié)晶過程工業(yè)純鐵平衡結(jié)晶過程冷卻過程中勻晶反應(yīng)：冷卻過程中勻晶反應(yīng)：L相相相相 相中沿晶界析出片狀Fe3C第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶2222單相液體的

9、冷卻單相液體的冷卻勻晶反應(yīng)L相中析出相（奧氏體A）單相固溶體的冷卻相發(fā)生共析反應(yīng)生成珠光體P(2) (2) 共析鋼平衡結(jié)晶過程共析鋼平衡結(jié)晶過程第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶23 室溫組織室溫組織室溫組織：室溫組織：P：（：（ Fe3C）C第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶24共析溫度下共析組織中共析溫度下共析組織中兩相的相對量兩相的相對量：片較較厚片較較薄C3Fe11.3%100%0.02186.690.02180.77C3Fe88.7%100%0.02186.690.776.69第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶2525L相冷卻相冷卻L相相 相相L相相+ 相相 相，并且相，

10、并且L相有剩余相有剩余剩余剩余L相相 相相單相的冷卻單相的冷卻相相 相，但相，但相有剩余相有剩余共析反應(yīng)：剩余共析反應(yīng)：剩余相相P（+Fe3C），存在先析），存在先析相相(3) (3) 亞共析鋼平衡結(jié)晶過程亞共析鋼平衡結(jié)晶過程第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶26計算計算0.40%C鋼的相對量：鋼的相對量：1) 組織組成物：組織組成物：%5 .50%5 .491%5 .49%1000218. 077. 040. 077. 0P2) 相組成物：相組成物：%7 . 5%3 .9413%3 .94%1000218. 069. 640. 069. 6CFe第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶27

11、27單相液體的冷卻L相 相單相固溶體（奧氏體）的冷卻相中析出二次滲碳體（Fe3C）共析轉(zhuǎn)變： 相（ +Fe3C），存在Fe3C(4) (4) 過共析鋼平衡結(jié)晶過程過共析鋼平衡結(jié)晶過程第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶28共析溫度下相對量的計算：共析溫度下相對量的計算：組織：相：100SKS4C3Fe100SK4KP 2)100PKP4C3Fe100PK4K 1)第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶29個人作業(yè)：個人作業(yè)：分析含碳量為分析含碳量為0.40%的鐵的鐵碳合金從液態(tài)冷至室溫碳合金從液態(tài)冷至室溫時的結(jié)晶過程和室溫組時的結(jié)晶過程和室溫組織織第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶30個

12、人作業(yè)：個人作業(yè)： 某工廠倉庫中積壓了許多碳鋼（退火態(tài)），由于鋼材混雜，某工廠倉庫中積壓了許多碳鋼（退火態(tài)），由于鋼材混雜， 不知道鋼的化學(xué)成分，現(xiàn)找出一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)不知道鋼的化學(xué)成分，現(xiàn)找出一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn) 其組織為其組織為P+F，其中，其中F占占80%，問此鋼的含碳量大約為多少？，問此鋼的含碳量大約為多少？第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3131單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng)：共晶反應(yīng)：LLd（+Fe3C）共晶共晶中的中的相不斷析出相不斷析出Fe3C，不可見，不可見共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： Ld（+Fe3C） Ld（P+Fe3C） (5) (5) 共晶白口鐵平衡結(jié)

13、晶過程共晶白口鐵平衡結(jié)晶過程第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3232單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng)：剩余共晶反應(yīng)：剩余LLd（+Fe3C）先共晶先共晶相不斷析出相不斷析出Fe3C，共晶，共晶相相析出析出Fe3C不可見不可見共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： Ld（+Fe3C） Ld（P+Fe3C） 先共晶先共晶相相 P勻晶反應(yīng)：勻晶反應(yīng)： L 相相室溫組織：室溫組織： Ld（P+Fe3C） + P(6) (6) 亞共晶白口鐵平衡結(jié)晶過程亞共晶白口鐵平衡結(jié)晶過程第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3333單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng)：剩余共晶反應(yīng)：剩余LLd（+Fe3C）共晶共晶相析出相

14、析出Fe3C不可見不可見共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： Ld（+Fe3C） Ld（P+Fe3C） 勻晶反應(yīng)：勻晶反應(yīng)： L Fe3C相相室溫組織：室溫組織： Ld（P+Fe3C） + Fe3C(7) (7) 過共晶白口鐵平衡結(jié)晶過程過共晶白口鐵平衡結(jié)晶過程第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶5.3 碳鋼1. 常存雜質(zhì)元素對碳鋼性能的影響錳：煉鋼時用錳鐵脫氧而殘留在鋼中，含量通常為0.25%0.8% 一般認(rèn)為錳在鋼中是有益元素。硅：作為脫氧劑（硅鐵）加入鋼液中。作為雜質(zhì)通常含量0.35% 是有益元素。硫：煉鋼時由礦石和燃料帶到鋼中。易與鐵形成FeS，易引起 “熱脆”，有害元素。磷：煉鋼時由原料生鐵帶入鋼

15、中。易引起“冷脆”，破壞焊接 性能有害元素。易與硫形成MnS，間接消除硫的有害作用第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶35（1）按化學(xué)成分 碳素鋼合金鋼低碳鋼 （wc0.25）中碳鋼 （wc=0.250.60%）高碳鋼 （wc0.60）低合金鋼 （wme5%）中合金鋼 （wme=5%10%）高合金鋼 （wme10%）2. 碳鋼分類第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶36特級優(yōu)質(zhì)鋼（E）wS 0.015% wP0.025% （2）按質(zhì)量 （P、S含量）普通鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼wS 0.055% wP0.045% 優(yōu)質(zhì)鋼D級碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼wS 0.040% w

16、P0.040% 高級優(yōu)質(zhì)鋼 （A）高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼高級優(yōu)質(zhì)合金工具鋼高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼wS 0.030% wP0.035% 第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶37（3）按用途特殊用途鋼特殊用途鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼工具鋼工具鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼滾動軸承鋼滾動軸承鋼彈簧鋼彈簧鋼刃具鋼刃具鋼模具鋼模具鋼量具鋼量具鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼耐熱鋼耐磨鋼耐磨鋼第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶383.鋼的牌號和用途 編號原則：漢語拼音字母化學(xué)元素符號數(shù)字 （1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q - A（B、C、D） F（b） 屈服強度值屈服強度代號質(zhì)量等級脫

17、氧方式 用途：鉚釘、鋼筋、型鋼，橋梁、建筑等。 熱處理：熱軋空冷 組織：SF第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶39建筑構(gòu)件鋼橋梁多邊型角鋼多邊型角鋼螺釘螺釘鋼筋、螺紋鋼鋼筋、螺紋鋼第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶40（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（ F ） Mn含量高時：( Mn) 用途：較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等。 熱處理：淬火、回火、表面熱處理等。第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶41螺栓螺栓齒輪齒輪曲軸曲軸彈簧第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶42（3）碳素工具鋼T 數(shù)字（數(shù)字（A） Mn含量高時：T 數(shù)字 Mn 用途：沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等。 熱處理：淬火 + 低溫回火 組織：回火M 粒狀Fe3C + A 第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶43銼刀銼刀量規(guī)量規(guī)鉆頭鉆頭第二章第二章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶44小結(jié)：小結(jié)：1. 名詞名詞：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體；鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體；2