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文檔簡(jiǎn)介
1、材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論金屬材料金屬材料- -相圖相圖 金屬材料的獲得一般都是要經(jīng)過(guò)對(duì)金屬材料的獲得一般都是要經(jīng)過(guò)對(duì)礦產(chǎn)原料的熔煉、除渣、澆鑄等作業(yè)后礦產(chǎn)原料的熔煉、除渣、澆鑄等作業(yè)后,再凝固成鑄錠或細(xì)粉。并通過(guò)各種熱,再凝固成鑄錠或細(xì)粉。并通過(guò)各種熱加工和冷加工獲取成材或制件。由液態(tài)加工和冷加工獲取成材或制件。由液態(tài)冷凝成固態(tài)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。金屬材料冷凝成固態(tài)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。金屬材料通常都是多晶體材料,所以金屬由液態(tài)通常都是多晶體材料,所以金屬由液態(tài)冷凝成固態(tài)的過(guò)程也是一種結(jié)晶過(guò)程。冷凝成固態(tài)的過(guò)程也是一種結(jié)晶過(guò)程?;靖拍罨靖拍?凝固:凝固:一般非晶體由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變一般非晶體由液態(tài)向固
2、態(tài)轉(zhuǎn)變 的過(guò)程的過(guò)程 。結(jié)晶:結(jié)晶:由液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的由液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過(guò)程。過(guò)程。 金金 屬屬 的的 結(jié)結(jié) 晶晶純金屬的冷卻曲線(理想狀態(tài))純金屬的冷卻曲線(理想狀態(tài))CT L ab S0a:結(jié)晶開始點(diǎn)結(jié)晶開始點(diǎn) b:結(jié)晶終了點(diǎn):結(jié)晶終了點(diǎn)金金 屬屬 的的 結(jié)結(jié) 晶晶純金屬的冷卻曲線(實(shí)際)純金屬的冷卻曲線(實(shí)際)C LT0T1S0T0T0:理論結(jié)晶溫度:理論結(jié)晶溫度T1T1:實(shí)際結(jié)晶溫度:實(shí)際結(jié)晶溫度 T = T0-T1T = T0-T1(過(guò)冷度)(過(guò)冷度) 純金屬結(jié)晶是在恒溫下完成的。即冷卻曲線純金屬結(jié)晶是在恒溫下完成的。即冷卻曲線中有一個(gè)平臺(tái)。這是因?yàn)榧兘饘俳Y(jié)晶會(huì)釋放出
3、中有一個(gè)平臺(tái)。這是因?yàn)榧兘饘俳Y(jié)晶會(huì)釋放出“潛潛熱熱”。而這潛熱剛好彌補(bǔ)了金屬液在冷卻過(guò)程中向。而這潛熱剛好彌補(bǔ)了金屬液在冷卻過(guò)程中向周圍環(huán)境散發(fā)的熱量。從而使結(jié)晶過(guò)程處于一個(gè)溫周圍環(huán)境散發(fā)的熱量。從而使結(jié)晶過(guò)程處于一個(gè)溫度的動(dòng)平衡狀態(tài)。度的動(dòng)平衡狀態(tài)。(實(shí)際上,對(duì)于純金屬其冷卻曲實(shí)際上,對(duì)于純金屬其冷卻曲線出現(xiàn)平臺(tái)之前,還有一個(gè)相應(yīng)的過(guò)冷現(xiàn)象,它為線出現(xiàn)平臺(tái)之前,還有一個(gè)相應(yīng)的過(guò)冷現(xiàn)象,它為開始結(jié)晶提供足夠的動(dòng)力。一旦結(jié)晶開始釋放潛熱開始結(jié)晶提供足夠的動(dòng)力。一旦結(jié)晶開始釋放潛熱,溫度才回升到結(jié)晶溫度平臺(tái)上,溫度才回升到結(jié)晶溫度平臺(tái)上)。當(dāng)結(jié)晶結(jié)束,。當(dāng)結(jié)晶結(jié)束,潛熱釋放也就結(jié)束,凝固了的金屬隨
4、著向環(huán)境不斷潛熱釋放也就結(jié)束,凝固了的金屬隨著向環(huán)境不斷散熱,溫度又逐漸下降。散熱,溫度又逐漸下降。金金 屬屬 的的 結(jié)結(jié) 晶晶合金的冷卻曲線合金的冷卻曲線Ca bLsL+s0a a:結(jié)晶開始點(diǎn):結(jié)晶開始點(diǎn) b b: 結(jié)晶終了點(diǎn)結(jié)晶終了點(diǎn) 合金的結(jié)晶是在一個(gè)合金的結(jié)晶是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成。溫度范圍內(nèi)完成。 對(duì)一個(gè)合金系來(lái)說(shuō),除個(gè)別成分的合金同純金對(duì)一個(gè)合金系來(lái)說(shuō),除個(gè)別成分的合金同純金屬一樣有一個(gè)結(jié)晶溫度之外,多數(shù)合金的結(jié)晶開始屬一樣有一個(gè)結(jié)晶溫度之外,多數(shù)合金的結(jié)晶開始溫度與結(jié)束溫度是兩個(gè)溫度值。即結(jié)晶溫度是一個(gè)溫度與結(jié)束溫度是兩個(gè)溫度值。即結(jié)晶溫度是一個(gè)溫度區(qū)間。而這個(gè)溫度區(qū)間的大小與合
5、金的化學(xué)成溫度區(qū)間。而這個(gè)溫度區(qū)間的大小與合金的化學(xué)成分比有直接的關(guān)系。在測(cè)定冷卻曲線時(shí),人們發(fā)現(xiàn)分比有直接的關(guān)系。在測(cè)定冷卻曲線時(shí),人們發(fā)現(xiàn),液態(tài)金屬的冷卻速度會(huì)影響結(jié)晶的開始和結(jié)束溫,液態(tài)金屬的冷卻速度會(huì)影響結(jié)晶的開始和結(jié)束溫度。當(dāng)冷卻速度非常慢度。當(dāng)冷卻速度非常慢(平衡態(tài)冷卻速度平衡態(tài)冷卻速度)時(shí),對(duì)于時(shí),對(duì)于成分一定的金屬都有一個(gè)固定的結(jié)晶溫度或結(jié)晶溫成分一定的金屬都有一個(gè)固定的結(jié)晶溫度或結(jié)晶溫度區(qū)間。度區(qū)間。當(dāng)冷卻速度增大時(shí),則結(jié)晶溫度或結(jié)晶溫當(dāng)冷卻速度增大時(shí),則結(jié)晶溫度或結(jié)晶溫度區(qū)間通常都要下降,而且下降的量隨冷卻速度加度區(qū)間通常都要下降,而且下降的量隨冷卻速度加大而增加。大而增加
6、。 對(duì)于合金對(duì)于合金(除固定成分外除固定成分外),在結(jié)晶過(guò)程雖,在結(jié)晶過(guò)程雖然也釋放潛熱,但達(dá)不到溫度的平衡,僅能使然也釋放潛熱,但達(dá)不到溫度的平衡,僅能使結(jié)晶過(guò)程中冷速變慢,并不出現(xiàn)溫度平臺(tái)。即結(jié)晶過(guò)程中冷速變慢,并不出現(xiàn)溫度平臺(tái)。即結(jié)晶過(guò)程不是在恒溫下進(jìn)行,而是在一個(gè)溫度結(jié)晶過(guò)程不是在恒溫下進(jìn)行,而是在一個(gè)溫度區(qū)間中完成。區(qū)間中完成。金金 屬屬 的的 結(jié)結(jié) 晶晶結(jié)晶的必要條件結(jié)晶的必要條件-過(guò)冷度過(guò)冷度金屬的結(jié)晶過(guò)程:金屬的結(jié)晶過(guò)程: 原子團(tuán)原子團(tuán) 形核形核 晶核長(zhǎng)大晶核長(zhǎng)大 小晶粒小晶粒 晶粒(外形不規(guī)則的晶粒(外形不規(guī)則的小晶體)小晶體)晶核的形成晶核的形成 晶核的形成分為晶核的形成分
7、為均勻均勻( (自發(fā)自發(fā)) )成核和成核和非均非均勻勻成核。在均勻的液態(tài)母相中自發(fā)地形成新成核。在均勻的液態(tài)母相中自發(fā)地形成新相晶核的過(guò)程叫均勻成核,也叫相晶核的過(guò)程叫均勻成核,也叫自發(fā)成核自發(fā)成核。在液態(tài)母相隨時(shí)都存在著瞬時(shí)近程有序的原在液態(tài)母相隨時(shí)都存在著瞬時(shí)近程有序的原子集團(tuán)子集團(tuán)( (即結(jié)構(gòu)起伏即結(jié)構(gòu)起伏) )。這種原子集團(tuán)在沒(méi)有。這種原子集團(tuán)在沒(méi)有降到結(jié)晶溫度之下時(shí)是不穩(wěn)定的,時(shí)生時(shí)溶降到結(jié)晶溫度之下時(shí)是不穩(wěn)定的,時(shí)生時(shí)溶。而當(dāng)有了一定的過(guò)冷度時(shí),某些進(jìn)程有序。而當(dāng)有了一定的過(guò)冷度時(shí),某些進(jìn)程有序原子集團(tuán)的尺寸一旦不小于該溫度下的臨界原子集團(tuán)的尺寸一旦不小于該溫度下的臨界晶核尺寸就會(huì)
8、穩(wěn)定下來(lái)晶核尺寸就會(huì)穩(wěn)定下來(lái), ,成為新生固相的晶核成為新生固相的晶核。 臨界晶核尺寸是隨著過(guò)冷度減小而增大臨界晶核尺寸是隨著過(guò)冷度減小而增大的。若過(guò)冷度為零,則臨界晶核尺寸為無(wú)窮的。若過(guò)冷度為零,則臨界晶核尺寸為無(wú)窮大,即不能自發(fā)成核。相反,過(guò)冷度愈大,大,即不能自發(fā)成核。相反,過(guò)冷度愈大,自發(fā)成核的臨界晶核尺寸愈小。也就是說(shuō),自發(fā)成核的臨界晶核尺寸愈小。也就是說(shuō),隨著過(guò)冷度的增加液相中自發(fā)成核所需的近隨著過(guò)冷度的增加液相中自發(fā)成核所需的近程有序原子集團(tuán)的尺寸也愈小。程有序原子集團(tuán)的尺寸也愈小。這意味著過(guò)這意味著過(guò)冷度愈大愈易自發(fā)形成晶核。冷度愈大愈易自發(fā)形成晶核。 在實(shí)際金屬熔液中總是存在
9、某些未溶的雜質(zhì)粒在實(shí)際金屬熔液中總是存在某些未溶的雜質(zhì)粒子,這些固態(tài)離子表面及鑄型壁等現(xiàn)成的界面都會(huì)子,這些固態(tài)離子表面及鑄型壁等現(xiàn)成的界面都會(huì)成為液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)的自然晶核。凡是依附于母相成為液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)的自然晶核。凡是依附于母相中某些現(xiàn)成界面而成核的過(guò)程都稱為中某些現(xiàn)成界面而成核的過(guò)程都稱為非均勻成核非均勻成核( (非非自發(fā)成核自發(fā)成核) )。非均勻成核所需的過(guò)冷度比均勻成核的。非均勻成核所需的過(guò)冷度比均勻成核的小的多?,F(xiàn)成界面的狀態(tài)小的多?,F(xiàn)成界面的狀態(tài)( (表面能、浸潤(rùn)角、曲率半表面能、浸潤(rùn)角、曲率半徑、晶格位向等徑、晶格位向等) )影響著非均勻成核的能力。影響著非均勻成核的能力。 均
10、勻成核與非均勻成核在金屬結(jié)晶中是同均勻成核與非均勻成核在金屬結(jié)晶中是同時(shí)存在的。非均勻成核在實(shí)際生產(chǎn)中比均勻成時(shí)存在的。非均勻成核在實(shí)際生產(chǎn)中比均勻成核更重要。核更重要。 母相在給定的條件下產(chǎn)生晶核的能力可用母相在給定的條件下產(chǎn)生晶核的能力可用成核率成核率(N)(N)來(lái)表示。成核率是指在單位時(shí)間和來(lái)表示。成核率是指在單位時(shí)間和單位體積內(nèi)所形成的晶核數(shù)目。成核率愈大,單位體積內(nèi)所形成的晶核數(shù)目。成核率愈大,結(jié)晶后晶體中的晶粒愈細(xì)小。結(jié)晶后晶體中的晶粒愈細(xì)小。 細(xì)化晶粒的方法細(xì)化晶粒的方法增加冷卻速度,增大過(guò)冷度;增加冷卻速度,增大過(guò)冷度;增加外來(lái)晶核增加外來(lái)晶核;采用機(jī)械、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌等
11、;采用機(jī)械、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌等;晶粒粗細(xì)對(duì)材料力學(xué)性能的影響晶粒粗細(xì)對(duì)材料力學(xué)性能的影響 晶粒越細(xì),強(qiáng)度越高,塑性和韌性也越好。晶粒越細(xì),強(qiáng)度越高,塑性和韌性也越好。 晶粒的大小通常是以晶粒度來(lái)表示。而晶粒度晶粒的大小通常是以晶粒度來(lái)表示。而晶粒度又是以單位界面內(nèi)晶粒數(shù)目的多少來(lái)劃分和標(biāo)定的又是以單位界面內(nèi)晶粒數(shù)目的多少來(lái)劃分和標(biāo)定的。通常是晶粒愈小材料強(qiáng)度、塑性愈好。通常是晶粒愈小材料強(qiáng)度、塑性愈好。 晶粒大小對(duì)材料的物理化學(xué)性能也有明顯的影晶粒大小對(duì)材料的物理化學(xué)性能也有明顯的影響。如:硅鋼片中晶粒愈大磁滯損耗愈少,耐蝕不響。如:硅鋼片中晶粒愈大磁滯損耗愈少,耐蝕不銹鋼中晶粒愈大耐腐蝕
12、性愈好。銹鋼中晶粒愈大耐腐蝕性愈好。 可見(jiàn),按照材料的不同用途和種類應(yīng)合理的控可見(jiàn),按照材料的不同用途和種類應(yīng)合理的控制其晶粒大小。這就需要我們了解一些金屬結(jié)晶時(shí)制其晶粒大小。這就需要我們了解一些金屬結(jié)晶時(shí)影響晶粒大小的因素。影響晶粒大小的因素。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1538c1394c912c室溫室溫-Fe -Fe- Fe體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的慨念金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的慨念 金屬在固態(tài)下,隨著溫度的改變其金屬在固態(tài)下,隨著溫度的改變其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的意義金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的意義 可
13、以用熱處理的方法即可通過(guò)加可以用熱處理的方法即可通過(guò)加熱、保溫、冷卻來(lái)改變材料的組織,熱、保溫、冷卻來(lái)改變材料的組織,從而達(dá)到改善材料性能的目的。從而達(dá)到改善材料性能的目的。相相 圖圖 根據(jù)相圖可確定不同成分的材料在不根據(jù)相圖可確定不同成分的材料在不同溫度下組成相的種類、各相的相對(duì)量同溫度下組成相的種類、各相的相對(duì)量、成分及溫度變化時(shí)可能發(fā)生的變化。、成分及溫度變化時(shí)可能發(fā)生的變化。 僅在熱力學(xué)平衡條件下成立,不能僅在熱力學(xué)平衡條件下成立,不能確定結(jié)構(gòu)、分布狀態(tài)和具體形貌。確定結(jié)構(gòu)、分布狀態(tài)和具體形貌。 Pb-Sb二元合金相圖二元合金相圖合金結(jié)晶與二元合金相圖合金結(jié)晶與二元合金相圖 合金結(jié)晶的
14、基本規(guī)律與純金屬的結(jié)晶基本相合金結(jié)晶的基本規(guī)律與純金屬的結(jié)晶基本相同,也是在一定過(guò)冷度下成核和長(zhǎng)大來(lái)完成結(jié)晶同,也是在一定過(guò)冷度下成核和長(zhǎng)大來(lái)完成結(jié)晶的。但是,其結(jié)晶過(guò)程更復(fù)雜,得到的組織可以的。但是,其結(jié)晶過(guò)程更復(fù)雜,得到的組織可以是單相或是多相,既可是純固溶體也可是化合物是單相或是多相,既可是純固溶體也可是化合物或兩相組成的機(jī)械混合物。而具體成分的合金顯或兩相組成的機(jī)械混合物。而具體成分的合金顯微組織可能是其中的一個(gè)相或一個(gè)基本組織,也微組織可能是其中的一個(gè)相或一個(gè)基本組織,也可能是多個(gè)相及基本組織的組合。而且在不同溫可能是多個(gè)相及基本組織的組合。而且在不同溫度下,同一化學(xué)成分合金的顯微組
15、織也可能不同度下,同一化學(xué)成分合金的顯微組織也可能不同。對(duì)如此復(fù)雜的情況,只用冷卻曲線或語(yǔ)言簡(jiǎn)單。對(duì)如此復(fù)雜的情況,只用冷卻曲線或語(yǔ)言簡(jiǎn)單敘述是很不方便的。因此,出現(xiàn)了用相圖這種形敘述是很不方便的。因此,出現(xiàn)了用相圖這種形式來(lái)表述合金的結(jié)晶及冷卻的相變狀況。式來(lái)表述合金的結(jié)晶及冷卻的相變狀況。 相圖是在平衡態(tài)下測(cè)畫出來(lái)的。因此相圖是在平衡態(tài)下測(cè)畫出來(lái)的。因此也稱合金的平衡狀態(tài)圖。相圖是表示在平也稱合金的平衡狀態(tài)圖。相圖是表示在平衡狀態(tài)下合金的化學(xué)成分、相、組織與溫衡狀態(tài)下合金的化學(xué)成分、相、組織與溫度的關(guān)系圖。由于受到幾何表述的限制,度的關(guān)系圖。由于受到幾何表述的限制,雖然合金系中的組元可以是
16、多個(gè),但是,雖然合金系中的組元可以是多個(gè),但是,只能測(cè)畫出二元合金的二元相圖和三元合只能測(cè)畫出二元合金的二元相圖和三元合金的三元相圖,三元以上的合金通常是不金的三元相圖,三元以上的合金通常是不能直接用相圖來(lái)表述。即使三元合金的相能直接用相圖來(lái)表述。即使三元合金的相圖也是很復(fù)雜的。圖也是很復(fù)雜的。二元合金相圖的測(cè)畫二元合金相圖的測(cè)畫 在每個(gè)二元合金系中都有無(wú)數(shù)個(gè)不同化學(xué)在每個(gè)二元合金系中都有無(wú)數(shù)個(gè)不同化學(xué)成分比例的合金。每一個(gè)具體成分合金都可以成分比例的合金。每一個(gè)具體成分合金都可以用熱分析法測(cè)定出它的冷卻曲線。將這些冷卻用熱分析法測(cè)定出它的冷卻曲線。將這些冷卻曲線上的相轉(zhuǎn)變點(diǎn)都轉(zhuǎn)畫到一個(gè)以溫度
17、為縱軸曲線上的相轉(zhuǎn)變點(diǎn)都轉(zhuǎn)畫到一個(gè)以溫度為縱軸,化學(xué)成分為橫軸的坐標(biāo)中相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)上,則,化學(xué)成分為橫軸的坐標(biāo)中相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)上,則這些相變點(diǎn)所形成的各條曲線就構(gòu)成了一個(gè)二這些相變點(diǎn)所形成的各條曲線就構(gòu)成了一個(gè)二元合金系的相圖。元合金系的相圖。 實(shí)際上測(cè)畫一個(gè)合金系的相圖時(shí),只需精實(shí)際上測(cè)畫一個(gè)合金系的相圖時(shí),只需精確地測(cè)定這個(gè)合金系中一些有代表性的合金冷確地測(cè)定這個(gè)合金系中一些有代表性的合金冷卻曲線。再在溫度卻曲線。再在溫度化學(xué)成分的坐標(biāo)上將相化學(xué)成分的坐標(biāo)上將相同意義的相變點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)用平滑曲線連接起同意義的相變點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)用平滑曲線連接起來(lái)就構(gòu)成這個(gè)合金系的相圖。在相圖上將各個(gè)來(lái)就構(gòu)成這個(gè)合金
18、系的相圖。在相圖上將各個(gè)交點(diǎn)標(biāo)出字符,將各個(gè)相區(qū)內(nèi)填上相應(yīng)的相或交點(diǎn)標(biāo)出字符,將各個(gè)相區(qū)內(nèi)填上相應(yīng)的相或基本組織的代號(hào)就得到了一張完整的相圖了。基本組織的代號(hào)就得到了一張完整的相圖了。二元合金狀態(tài)圖二元合金狀態(tài)圖 把各合金的結(jié)晶開始溫度點(diǎn)連接起來(lái),即為液相線;把結(jié)晶終了把各合金的結(jié)晶開始溫度點(diǎn)連接起來(lái),即為液相線;把結(jié)晶終了溫度點(diǎn)連接起來(lái),即為固相線。這樣就構(gòu)成了溫度點(diǎn)連接起來(lái),即為固相線。這樣就構(gòu)成了Pb-Sb二元合金相圖。二元合金相圖。Pb-Sb二元合金相圖二元合金相圖二元?jiǎng)蚓鄨D二元?jiǎng)蚓鄨D 1 1 勻晶相同及其分析勻晶相同及其分析 (1 1)勻晶轉(zhuǎn)變:由液相直接結(jié)晶出)勻晶轉(zhuǎn)變:由液相
19、直接結(jié)晶出單相固溶體的轉(zhuǎn)變。單相固溶體的轉(zhuǎn)變。 (2 2)勻晶相圖:具有勻晶轉(zhuǎn)變特征)勻晶相圖:具有勻晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。的相圖。 相圖測(cè)畫示意圖相圖測(cè)畫示意圖返回返回二元?jiǎng)蚓鄨D二元?jiǎng)蚓鄨D 相圖分析相圖分析 兩點(diǎn):純組元的熔點(diǎn);兩點(diǎn):純組元的熔點(diǎn); 兩線:兩線:L, SL, S相線;相線; 三區(qū):三區(qū):L, , L, , L+L+。 1 1勻晶相圖分析及合金的結(jié)晶過(guò)程勻晶相圖分析及合金的結(jié)晶過(guò)程 以CuNi合金為例,圖中a點(diǎn)是純銅的熔點(diǎn)(1083C);b點(diǎn)是純鎳的熔點(diǎn)(1452 C);aa3a2a1b曲線是液相開始結(jié)晶的溫度線,稱為液相線,在其線以上的區(qū)域合金系全部是呈液相L狀態(tài),稱為液相區(qū)
20、。ab3b2b1b曲線是液相全部結(jié)晶結(jié)束的溫度線,稱為固相線;在其線以下的區(qū)域合金系全部結(jié)晶成同一種均勻的固溶體相,此區(qū)稱為固相區(qū)。在液相線與團(tuán)相線圍成的區(qū)域內(nèi)是液相與團(tuán)相共存的區(qū)域(L十),稱為兩相區(qū)。 銅與鎳兩組元組成的二元合金在固態(tài)下是無(wú)限銅與鎳兩組元組成的二元合金在固態(tài)下是無(wú)限固溶的,所以,任何成分比例都結(jié)晶成單相固溶體固溶的,所以,任何成分比例都結(jié)晶成單相固溶體。由液相直接結(jié)晶成單相固溶體的結(jié)晶轉(zhuǎn)變稱為勻。由液相直接結(jié)晶成單相固溶體的結(jié)晶轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變。在晶轉(zhuǎn)變。在CuCuNiNi合金系中,除純合金系中,除純CuCu和純和純NiNi的結(jié)晶的結(jié)晶是純金屬的結(jié)晶,其結(jié)晶溫度是一個(gè)點(diǎn)之外
21、,其它是純金屬的結(jié)晶,其結(jié)晶溫度是一個(gè)點(diǎn)之外,其它任一個(gè)合金的結(jié)晶都是在一個(gè)相應(yīng)的溫度區(qū)間內(nèi)完任一個(gè)合金的結(jié)晶都是在一個(gè)相應(yīng)的溫度區(qū)間內(nèi)完成結(jié)晶的。雖然溫度區(qū)間的大小和溫度的高低不同成結(jié)晶的。雖然溫度區(qū)間的大小和溫度的高低不同,但結(jié)晶規(guī)律是相同的。,但結(jié)晶規(guī)律是相同的。 從上圖可見(jiàn),從上圖可見(jiàn),W WNiNi=B%=B%的合金化學(xué)成分垂線與液相線相的合金化學(xué)成分垂線與液相線相交于交于L L1 1,與固相線相交于,與固相線相交于 3 3。當(dāng)該合金由液相緩慢當(dāng)該合金由液相緩慢冷卻冷卻( (平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)) )至至t t1 1溫度時(shí),由液相中開始結(jié)晶出溫度時(shí),由液相中開始結(jié)晶出 相。隨著溫度的不斷
22、降低相。隨著溫度的不斷降低 相比例不斷增加,剩相比例不斷增加,剩余液相的比例不斷減少直至到余液相的比例不斷減少直至到t t3 3溫度,液相溫度,液相L L全部全部結(jié)晶成結(jié)晶成 相。在溫度由相。在溫度由t t1 1降到降到t t3 3的結(jié)晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中的結(jié)晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中,不僅,不僅L L與與 兩相所占的比例不斷變化,而且兩相所占的比例不斷變化,而且L L和和 兩相的化學(xué)成分,通過(guò)原子擴(kuò)散也不斷地變化。在兩相的化學(xué)成分,通過(guò)原子擴(kuò)散也不斷地變化。在t t1 1時(shí),結(jié)晶出來(lái)的時(shí),結(jié)晶出來(lái)的 相的化學(xué)成分為該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的相的化學(xué)成分為該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的成分成分( (含含NiNi高于合金成分高于合金成分) ),剩余
23、液相的化學(xué)成分,剩余液相的化學(xué)成分為為L(zhǎng) L1 1點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的成分。點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的成分。 在在t t1 1、t t3 3溫度時(shí)溫度時(shí) 相的化學(xué)成分分別為相的化學(xué)成分分別為 2 2, 3 3點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成分點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成分。而剩余液相的化學(xué)成分分別為。而剩余液相的化學(xué)成分分別為L(zhǎng) L2 2、L L3 3點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成分。這就點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成分。這就是說(shuō),是說(shuō),在不同溫度下剛剛結(jié)晶出來(lái)的固相在不同溫度下剛剛結(jié)晶出來(lái)的固相 的化學(xué)成分是不的化學(xué)成分是不相同的,其變化規(guī)律是沿著固相線變化。相同的,其變化規(guī)律是沿著固相線變化。與此同時(shí)剩余液與此同時(shí)剩余液相的化學(xué)成分也相應(yīng)地沿著液相線變化。但是,由于相的化學(xué)成分也相應(yīng)地沿著液相
24、線變化。但是,由于冷卻冷卻速度很慢速度很慢( (平衡態(tài)平衡態(tài)) ),又處在足夠高的溫度下,所以,當(dāng)結(jié),又處在足夠高的溫度下,所以,當(dāng)結(jié)晶結(jié)束時(shí),無(wú)論是先結(jié)晶的目相,還是后結(jié)晶出來(lái)的晶結(jié)束時(shí),無(wú)論是先結(jié)晶的目相,還是后結(jié)晶出來(lái)的 相,相,其化學(xué)成分都將其化學(xué)成分都將通過(guò)原子足夠長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)散而趨平均勻相通過(guò)原子足夠長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)散而趨平均勻相同。同。并且并且 相的晶粒通常都是不規(guī)則的多面體狀,稱等軸晶相的晶粒通常都是不規(guī)則的多面體狀,稱等軸晶粒。粒。 2.2.枝晶偏析枝晶偏析 由前述可知不同溫度下結(jié)晶出來(lái)的由前述可知不同溫度下結(jié)晶出來(lái)的 相成分是不同相成分是不同的,溫度高時(shí)結(jié)晶出來(lái)的的,溫度高時(shí)結(jié)晶出
25、來(lái)的 相含熔點(diǎn)高的鎳元素多,溫度相含熔點(diǎn)高的鎳元素多,溫度低時(shí)結(jié)晶的低時(shí)結(jié)晶的 相含鎳少。由于在實(shí)際生產(chǎn)中冷卻速度較快相含鎳少。由于在實(shí)際生產(chǎn)中冷卻速度較快( (不能保證平衡態(tài)不能保證平衡態(tài)) ),原子擴(kuò)散遷移滯后于結(jié)晶,原子擴(kuò)散遷移滯后于結(jié)晶, 相化學(xué)相化學(xué)成分的均勻性得不到保證。這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)晶粒內(nèi)成分的均勻性得不到保證。這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)晶粒內(nèi),各處成分的不均勻現(xiàn)象。稱為,各處成分的不均勻現(xiàn)象。稱為晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析。因?yàn)椤R驗(yàn)?相是以相是以枝晶方式結(jié)晶,先形成的主干和后形成的支干就會(huì)有化枝晶方式結(jié)晶,先形成的主干和后形成的支干就會(huì)有化學(xué)成分之差,所以也稱枝晶偏析。學(xué)成分之差,所以也稱
26、枝晶偏析。 枝晶偏析會(huì)降低合金的力學(xué)性能枝晶偏析會(huì)降低合金的力學(xué)性能( (尤其是塑性尤其是塑性和韌性和韌性) )和工藝性能。對(duì)于有枝晶偏析的鑄錠和鑄和工藝性能。對(duì)于有枝晶偏析的鑄錠和鑄件可采用在低于固相線件可采用在低于固相線100100 C C200200 C C的溫度下進(jìn)的溫度下進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的加熱,通過(guò)原子的相互擴(kuò)散而使成行較長(zhǎng)時(shí)間的加熱,通過(guò)原子的相互擴(kuò)散而使成分趨于均勻,消除枝晶偏析。這種熱處理方法稱分趨于均勻,消除枝晶偏析。這種熱處理方法稱為為均勻化退火均勻化退火,也稱,也稱擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火。二元共晶相圖及合金凝固二元共晶相圖及合金凝固 共晶轉(zhuǎn)變:由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)一共晶轉(zhuǎn)
27、變:由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)一定成分固相的轉(zhuǎn)變。定成分固相的轉(zhuǎn)變。 共晶相圖:具有共晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。共晶相圖:具有共晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。 共晶組織:共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。(是兩相混合物)共晶組織:共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。(是兩相混合物) 在二元合金系中,組元在液相無(wú)限互溶,在在二元合金系中,組元在液相無(wú)限互溶,在固相有限互溶,并且在結(jié)晶過(guò)程中,以共晶轉(zhuǎn)固相有限互溶,并且在結(jié)晶過(guò)程中,以共晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞯南鄨D就是共晶相圖。如變?yōu)橹鞯南鄨D就是共晶相圖。如 AISi、PbSb、PbSn、AgCu等合金系在結(jié)晶時(shí)都是等合金系在結(jié)晶時(shí)都是以共晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹?。這些合金系的相圖都是比較以共晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹鳌_@些合金系的相圖都是比較典
28、型的共晶相圖。典型的共晶相圖。二元共晶相圖及合金凝固二元共晶相圖及合金凝固 1 1 相圖分析(相圖三要素)相圖分析(相圖三要素) (1 1)點(diǎn):純組元熔點(diǎn);最大溶解度點(diǎn);)點(diǎn):純組元熔點(diǎn);最大溶解度點(diǎn);共晶共晶點(diǎn)(是亞共晶、過(guò)共晶合金成分分界點(diǎn)點(diǎn)(是亞共晶、過(guò)共晶合金成分分界點(diǎn))等。)等。 (2 2)線:結(jié)晶開始、結(jié)束線;溶解度曲)線:結(jié)晶開始、結(jié)束線;溶解度曲線;共晶線等。線;共晶線等。 (3 3)區(qū):)區(qū):3 3個(gè)單相區(qū);個(gè)單相區(qū);3 3個(gè)兩相區(qū);個(gè)兩相區(qū);1 1個(gè)三個(gè)三相區(qū)。相區(qū)。 以上頁(yè)以上頁(yè)P(yáng)bPbSnSn合金系為例。合金系為例。PbPbSnSn相圖是以共晶型轉(zhuǎn)相圖是以共晶型轉(zhuǎn)變?yōu)橹?/p>
29、要結(jié)晶方式的相圖,在靠近組元兩端各有一個(gè)有限變?yōu)橹饕Y(jié)晶方式的相圖,在靠近組元兩端各有一個(gè)有限固溶的勻晶型結(jié)晶區(qū)域。固溶的勻晶型結(jié)晶區(qū)域。 PbPb與與SnSn都能形成有限固溶體。其中以都能形成有限固溶體。其中以PbPb為溶劑,為溶劑,SnSn為為溶質(zhì)形成溶質(zhì)形成固溶體。固溶體。SnSn在在PbPb中最大溶解度為中最大溶解度為F F點(diǎn),其錫的點(diǎn),其錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) W WSnSn為為19%19%,而以,而以SnSn為溶劑為溶劑PbPb為溶質(zhì)則形成為溶質(zhì)則形成固溶固溶體。體。PbPb在在SnSn中最大溶解度為中最大溶解度為G G點(diǎn),其鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)點(diǎn),其鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W WPbPb為為2.5%2
30、.5%。固溶體。固溶體與與的液相線相交于的液相線相交于E E點(diǎn)。點(diǎn)。E E點(diǎn)被稱為點(diǎn)被稱為共晶共晶點(diǎn)點(diǎn)。即在。即在183183,當(dāng)化學(xué)成分中,當(dāng)化學(xué)成分中SnSn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.9%61.9%時(shí)則時(shí)則發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變的兩相機(jī)械混合物,稱為發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變的兩相機(jī)械混合物,稱為共晶體共晶體,是一種有固定化學(xué)成分,是一種有固定化學(xué)成分( ( W WSnSn=61.9%)=61.9%)的基本組織的基本組織。 A點(diǎn)為點(diǎn)為Pb的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)(327.5C),B點(diǎn)是點(diǎn)是Sn的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)(231.9C),AEB線是液線是液相線,相線,AFEGB線是固相線,直線段線是固相線,直線段 F
31、EG是共晶線,溫度是是共晶線,溫度是183C。此。此線所對(duì)應(yīng)的合金,除線所對(duì)應(yīng)的合金,除E點(diǎn)成分的液相全部發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變外,其它成分點(diǎn)成分的液相全部發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變外,其它成分的合金也有部分液體在的合金也有部分液體在183C時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。因?yàn)樗鼈兿冉Y(jié)晶出固溶時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。因?yàn)樗鼈兿冉Y(jié)晶出固溶體體或或后,剩余液體的化學(xué)成分隨溫度下降,沿液相線變化,當(dāng)?shù)胶?,剩余液體的化學(xué)成分隨溫度下降,沿液相線變化,當(dāng)?shù)?83C時(shí),剩余液體的化學(xué)成分也都達(dá)到共晶轉(zhuǎn)變的成分時(shí),剩余液體的化學(xué)成分也都達(dá)到共晶轉(zhuǎn)變的成分(E點(diǎn)的成分點(diǎn)的成分),于是剩余液體發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變成共晶體。,于是剩余液體發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變成共晶體。 FC是
32、是固溶體溶解度隨溫度變化曲線,即固溶體溶解度隨溫度變化曲線,即Sn在在Pb中溶解度變化中溶解度變化曲線,稱曲線,稱固溶體溶解度曲線。固溶體溶解度曲線。GD是是固溶體溶解度線。固溶體溶解度線。 在在PbSn相圖中,單相區(qū)有三個(gè),它們是相圖中,單相區(qū)有三個(gè),它們是L、;兩相區(qū)也有三個(gè);兩相區(qū)也有三個(gè)L 十十,L十十,十十;三相共存區(qū)有一個(gè),即共晶線;三相共存區(qū)有一個(gè),即共晶線FEG。在共晶轉(zhuǎn)。在共晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中變過(guò)程中 L、三相可以同時(shí)存在。三相可以同時(shí)存在。 二元共晶相圖及合金凝固二元共晶相圖及合金凝固 2 2 合金的平衡結(jié)晶及其組織(以合金的平衡結(jié)晶及其組織(以Pb-SnPb-Sn相圖相圖為例)
33、為例) (1 1)WsnWsn1919的合金的合金 凝固過(guò)程(冷卻曲線、相變、組織示意圖凝固過(guò)程(冷卻曲線、相變、組織示意圖)。)。 二次相(次生相)的生成:脫溶轉(zhuǎn)變(二二次相(次生相)的生成:脫溶轉(zhuǎn)變(二次析出或二次再結(jié)晶)。次析出或二次再結(jié)晶)。 室溫組織(室溫組織()及其相對(duì)量計(jì)算。)及其相對(duì)量計(jì)算。 二元包晶相圖及合金凝固二元包晶相圖及合金凝固 包晶轉(zhuǎn)變:由一個(gè)特定成分的固相和液相生包晶轉(zhuǎn)變:由一個(gè)特定成分的固相和液相生成另一個(gè)特點(diǎn)成分固相的轉(zhuǎn)變。成另一個(gè)特點(diǎn)成分固相的轉(zhuǎn)變。 包晶相圖:具有包晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。包晶相圖:具有包晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。 1 1 相圖分析相圖分析 點(diǎn)、線、區(qū)。點(diǎn)
34、、線、區(qū)。 思思 考考 題題1 1 在純金屬的冷卻曲線上為什在純金屬的冷卻曲線上為什么會(huì)出現(xiàn)一水平臺(tái)階?么會(huì)出現(xiàn)一水平臺(tái)階?2 2 為什么晶粒越細(xì)小其力學(xué)性為什么晶粒越細(xì)小其力學(xué)性能越好?能越好?3 3 如果結(jié)晶時(shí)晶核不多而生如果結(jié)晶時(shí)晶核不多而生長(zhǎng)速度快,則結(jié)晶后的晶粒是長(zhǎng)速度快,則結(jié)晶后的晶粒是粗還是細(xì)?粗還是細(xì)?鐵碳合金鐵碳合金本節(jié)重點(diǎn):本節(jié)重點(diǎn):鐵碳合金狀態(tài)圖在鑄造、鐵碳合金狀態(tài)圖在鑄造、 壓力加工、焊接中的應(yīng)用;壓力加工、焊接中的應(yīng)用;本節(jié)難點(diǎn):本節(jié)難點(diǎn):鐵碳合金狀態(tài)圖的理解;鐵碳合金狀態(tài)圖的理解; 鐵碳合金由于其資源廣泛、冶煉方便、價(jià)鐵碳合金由于其資源廣泛、冶煉方便、價(jià)格低廉、性格
35、低廉、性 能優(yōu)越,在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。能優(yōu)越,在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。1538c1394c912c室溫室溫-Fe -Fe- Fe體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織鐵素體:鐵素體:碳溶解在碳溶解在Fe中的間隙固溶中的間隙固溶( F)。塑性)。塑性 (=45-50%)、韌性好,強(qiáng)度、硬度低。)、韌性好,強(qiáng)度、硬度低。奧氏體:奧氏體:碳溶解在碳溶解在 Fe中的間隙固溶體(中的間隙固溶體(A)。塑)。塑 性好。性好。滲碳體:滲碳體:鐵與碳形成的金屬化合物(鐵與碳形成的金屬化合物(Fe3C)。硬度很)。硬度很 高(高(HBW=800),塑性、韌性幾乎為零
36、。),塑性、韌性幾乎為零。珠光體:珠光體:是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體 與滲碳體的共析體(與滲碳體的共析體(P)。)。萊氏體:萊氏體:是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏 體與滲碳體的共晶體(體與滲碳體的共晶體(Ld)。硬度高,塑性)。硬度高,塑性 差。差。兩種反應(yīng):兩種反應(yīng):1148 1、共晶反應(yīng)、共晶反應(yīng) 一定成分的一定成分的液相液相在一定的溫度下同時(shí)在一定的溫度下同時(shí)結(jié)晶結(jié)晶出兩種成出兩種成分和結(jié)構(gòu)均分和結(jié)構(gòu)均不相同不相同的固相的反應(yīng)。的固相的反應(yīng)。L 4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c 共晶反應(yīng)
37、的產(chǎn)物即萊氏體共晶反應(yīng)的產(chǎn)物即萊氏體 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)2 、共析反應(yīng)、共析反應(yīng) 一定成分的一定成分的固相固相在一定的溫度下同時(shí)在一定的溫度下同時(shí)析出析出兩種成分和兩種成分和結(jié)構(gòu)均結(jié)構(gòu)均不相同不相同的的 新的新的固相固相的反應(yīng)。的反應(yīng)。A2.11%c 727 F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反應(yīng)的產(chǎn)物即珠光體共析反應(yīng)的產(chǎn)物即珠光體 PF0.02%c+Fe3C6.69%c鐵碳合金狀態(tài)圖分析鐵碳合金狀態(tài)圖分析滲碳體的熔點(diǎn)滲碳體的熔點(diǎn)共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)共析線共析線共析點(diǎn)共析點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)共晶線共晶線ACD線線液相線液相線AECF線線固相線固相線碳在奧氏體中的最大
38、溶解度碳在奧氏體中的最大溶解度A3線線Acm 鐵碳合金相圖中主要特性點(diǎn)的含義鐵碳合金相圖中主要特性點(diǎn)的含義 特性點(diǎn)的特性點(diǎn)的符號(hào)符號(hào)溫度溫度t/ 含碳量含碳量wc%含義含義A AC CD DE EG GP PS SQ Q 15381538 1148 1148 1227 1227 1148 1148 912 912 727 727 727 727 室溫室溫0 04.34.36.696.692.112.110 00.020.020.770.770.00080.0008純鐵的熔點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) 滲碳體的熔點(diǎn)滲碳體的熔點(diǎn)碳在奧氏體中的最大溶解度碳在奧氏體中的最大溶解度-Te -Te -Te-T
39、e同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)碳在鐵素體中的最大溶解度碳在鐵素體中的最大溶解度共析點(diǎn)共析點(diǎn)碳在鐵素體中的溶解度碳在鐵素體中的溶解度 相圖中主要線的含義相圖中主要線的含義 ACD線線液相線液相線 是不同成分鐵碳合金開始結(jié)晶的溫度線。是不同成分鐵碳合金開始結(jié)晶的溫度線。 AECF線線固相線固相線 各種成分的合金均處在固體狀態(tài)。結(jié)晶溫度終止各種成分的合金均處在固體狀態(tài)。結(jié)晶溫度終止線。線。 ECF水平線水平線共晶線共晶線 含碳量為含碳量為4.3%的液態(tài)合金冷卻到此線時(shí),在的液態(tài)合金冷卻到此線時(shí),在1148 由液態(tài)合金同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物,此反由液態(tài)合金同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混
40、合物,此反應(yīng)稱為共晶反應(yīng)。應(yīng)稱為共晶反應(yīng)。 PSK水平線水平線共析線共析線(A1線)線) 含碳量為含碳量為0.77%的奧氏體冷卻到此的奧氏體冷卻到此線時(shí),在線時(shí),在727 同時(shí)同時(shí)析出析出鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物,此反應(yīng)稱鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物,此反應(yīng)稱為共析反應(yīng)。為共析反應(yīng)。 GS線線(A3線)線) 是冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線。是冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線。 ES線線稱稱Acm線線 是碳在奧氏體中的溶解度線,實(shí)際上是冷卻時(shí)是碳在奧氏體中的溶解度線,實(shí)際上是冷卻時(shí)由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線。由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線。 典型合金結(jié)晶過(guò)程分析典型合金結(jié)晶過(guò)程分析鐵
41、碳鐵碳合金合金含碳量為含碳量為2.11%6.69%2.11%6.69%的鐵碳合金。的鐵碳合金。共晶生鐵:共晶生鐵: 含碳量為含碳量為4.3%;4.3%;亞共晶生鐵:亞共晶生鐵:含碳量在含碳量在2.11%4.3%2.11%4.3%之間;之間;過(guò)共晶生鐵:過(guò)共晶生鐵:含碳量在含碳量在4.3%6.69%4.3%6.69%之間;之間;含碳量小于含碳量小于0.02%0.02%的鐵碳合金。的鐵碳合金。工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵鋼鋼生鐵生鐵 含碳量為含碳量為0.02%2.11%的鐵碳合金。根的鐵碳合金。根據(jù)金相據(jù)金相 組織的不同,可分為三種。組織的不同,可分為三種。共析鋼:共析鋼: 含碳量為含碳量為0.77%;亞共析
42、鋼:亞共析鋼:含碳量在含碳量在0.02%0.77%之間;之間;過(guò)共析鋼:過(guò)共析鋼:含碳量在含碳量在0.77%2.11%之間;之間;鐵碳合金狀態(tài)圖分析鐵碳合金狀態(tài)圖分析 LL+AAA+Fe3CF+AA+Fe3C+LdP+Fe3C +LdP+Fe3CPP+FLdLdL+Fe3CLd+Fe3CLd+Fe3CL Ld dP+FeP+Fe3 3C C+ +Fe3C轉(zhuǎn)變 AA奧氏體奧氏體PP珠光體珠光體FF鐵素體鐵素體共析鋼和亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析共析鋼和亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程分析過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程分析共晶生鐵結(jié)晶過(guò)程分析共晶生鐵結(jié)晶過(guò)程分析Ld變態(tài)萊氏體變態(tài)萊氏體亞共晶、過(guò)共晶生鐵結(jié)晶過(guò)程
43、分析亞共晶、過(guò)共晶生鐵結(jié)晶過(guò)程分析鋼鋼碳素鋼碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼(碳素結(jié)構(gòu)鋼(0.38%C)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 (0.2-0.7%C用途廣用途廣)碳素工具鋼碳素工具鋼 (T8等等)合金鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼耐熱鋼 耐磨鋼耐磨鋼其它其它量具鋼量具鋼模具鋼模具鋼刃具鋼刃具鋼軸承鋼軸承鋼彈簧鋼彈簧鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼滲碳鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼(1.5%C)1.5%C) 16Mn、20Cr9Cr2、CrWMn2Cr13、1Cr18Ni91.6 工業(yè)用鋼分類及選材工業(yè)用鋼分類及選材熱處理熱處理普通熱處理普通熱處理表面熱處理表面熱處
44、理 退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面淬火表面淬火化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理滲碳滲碳滲氮滲氮碳氮共滲碳氮共滲加熱加熱保溫保溫冷卻冷卻臨界溫度臨界溫度熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線T其它熱處理其它熱處理形變形變真空真空激光激光1 .7 鋼的熱處理鋼的熱處理1.7.1 退火和正火退火和正火退火:退火: 將鋼加熱、保溫,然后隨爐冷將鋼加熱、保溫,然后隨爐冷卻或埋入灰中緩慢冷卻。卻或埋入灰中緩慢冷卻。目的:目的:降低硬度,便于機(jī)加工。降低硬度,便于機(jī)加工。細(xì)化晶粒,提高塑性和韌性。細(xì)化晶粒,提高塑性和韌性。消除應(yīng)力。消除應(yīng)力。應(yīng)用:應(yīng)用:鑄件、鍛件、焊接及其它鑄件、鍛件、焊接及其它毛坯的熱處理。毛坯的熱處理
45、。 1、完全退火:、完全退火:將亞共析鋼加熱到將亞共析鋼加熱到Ac3線以上線以上3050,保溫后緩慢冷卻,保溫后緩慢冷卻. 2、球化退火、球化退火: 將過(guò)共析鋼加熱到將過(guò)共析鋼加熱到Ac1線以上線以上2030,保溫后緩慢冷卻,保溫后緩慢冷卻. 3、低溫退火、低溫退火: 將鋼加熱到將鋼加熱到Ac1線以下,保溫后緩慢冷卻線以下,保溫后緩慢冷卻. 再結(jié)晶退火:再結(jié)晶退火:消除沖壓件冷變形所產(chǎn)生的加工硬化(再結(jié)晶溫度以上消除沖壓件冷變形所產(chǎn)生的加工硬化(再結(jié)晶溫度以上150250),降低硬度,恢復(fù)塑性。),降低硬度,恢復(fù)塑性。應(yīng)用:應(yīng)用:(1)取代部分完全退火;)取代部分完全退火; (2)用于普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理;)用于普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理; (3)用于過(guò))用于過(guò)共析鋼,減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體,為球化共析鋼,減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體,為球化處理作準(zhǔn)備。處理作準(zhǔn)備。正火正火 將鋼加
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