【正文】 ? + ? ? + ? c e d L + ? L 相圖與性能的關(guān)系 1. 合金的使用性能與相圖的關(guān)系 2. ● 固溶體中溶質(zhì)濃度 ↑ → 強(qiáng)度、硬度 ↑ ● 組織組成物的形態(tài)對(duì)強(qiáng)度影響很大。組織越細(xì)密，強(qiáng)度越高。 2. 合金的工藝性能與相圖的關(guān)系 ● 鑄造性能 液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈小（如接近共晶成分的合金），則流動(dòng)性好，不易形成分散縮孔。 ● 鍛造、軋制性能 單相固溶體合金， 變形抗力小，變形均勻， 不易開(kāi)裂。 1．鐵碳相圖 2．結(jié)晶過(guò)程 3．成分 組織 性能關(guān)系 4． FeFe3 C相圖的應(yīng)用 鐵碳合金的結(jié)晶 第七講 1．鐵碳相圖 (FeFe3 C相圖 ) (1) FeFe3 C相圖的組元 ● Fe —— α – Fe、 δ Fe (bcc) 和 γ Fe (fcc) 強(qiáng)度、硬度低，韌性、塑性好。 ● Fe3 C —— 熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。 (2) FeFe3 C相圖的相 ● Fe3 C （ Cem， Cm，滲碳體） —— 復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu) ● 液相 L ● δ 相 （高溫鐵素體 ） —— δ – Fe（ C）固溶體 ● γ 相（ A ，奧氏體） —— γ Fe（ C）固溶體 ● α 相 （ F，鐵素體） —— α Fe（ C）固溶體 (3) 相圖中重要的點(diǎn)和線 液相線 ABCD 固相線 AHJECF 包晶線 HJB，包晶點(diǎn) J 共晶線 ECF，共晶點(diǎn) C ?(+Fe3C) 高溫萊氏體 ,Le或 Ld 共析線 PSK， 共析點(diǎn) S ?(+Fe3C) 珠光體 , P ES線： C在 A中的固溶線 PQ線： C在 F中的固溶線 2．鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 FeC 合金分類(lèi) 工業(yè)純鐵 —— C % ≤ % 鋼 —— % ＜ C % ≤ % 亞共析鋼 ＜ % 共析鋼 ＝ % 過(guò)共析鋼 ＞ % 白口鑄鐵 —— % ＜ C % ＜ % 亞共晶白口鐵 ＜ % 共晶白口鐵 ＝ % 過(guò)共晶白口鐵 ＞ % 類(lèi)型 亞共析鋼 共析鋼 過(guò)共析鋼 鋼號(hào) 20 45 60 T8 T10 T12 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)／％ 幾種 常見(jiàn) 碳鋼 (1)工業(yè)純鐵 ( C % ≤ % ) 結(jié)晶過(guò)程 室溫組織 F + Fe3CⅢ (微量 ) 500 第八講 (2)共析鋼 ( C % = % )結(jié)晶過(guò)程 室溫組織 : 層片狀 P ( F + 共析 Fe3C ) 500 (3)亞共析鋼 ( C % = % )結(jié)晶過(guò)程 室溫組織 : F + P， 500 (4)過(guò)共析鋼 ( C % = % )結(jié)晶過(guò)程 室溫組織 : P + Fe3CII 400 (5)共晶白口鐵 ( C % = % )結(jié)晶過(guò)程 室溫組織 : （低溫） 萊氏體 Le′ （ P + Fe3CII + 共晶 Fe3C ） , 500 萊氏體 Le′ 的性能： 硬而脆 標(biāo)注了組織組成物的相圖 3．鐵碳合金的 成分 組織 性能關(guān)系 含碳量與相的相對(duì)量關(guān)系 ： C %↑→F %↓ ， Fe3C %↑ 含碳量與組織關(guān)系： 圖（ a）和（ b） 含碳量與性能關(guān)系 HB：取決于相及相對(duì)量 強(qiáng)度： C%=% 時(shí)最大 塑性、韌性：隨 C%↑ 而 ↓ 4．鐵碳相圖的應(yīng)用 鋼鐵選材 ： 相圖 ?性能 ?用途 局限性 相圖反映的是平衡狀態(tài)，與實(shí)際情況有較大差異。 鑄件選材和確定澆注溫度 確定鍛造溫度 ( 在 A 區(qū)） 制定熱處理工藝 復(fù)習(xí) —— 相 與 組織 相： 有一定的 化學(xué)成分 和 晶體結(jié)構(gòu) 的均勻組成部分。 合金中有兩類(lèi)基本相 —— 固溶體 和 化合物 組織： 材料內(nèi)部的微觀形貌，體現(xiàn)相的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。 金屬材料性能由組織決定， 而組織由化學(xué)成分和工藝過(guò)程決定。 過(guò)共析鋼 x400 第四章 金屬熱處理及材料改性 熱處理 的概念 把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻， 以改變其組織和性能的一種工藝。 熱處理的分類(lèi) ? 根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)的不同，將熱處理工藝分類(lèi)： ? 普通熱處理：退火、正火、淬火和回火； ? 表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理； ? 其他熱處理：真空熱處理、形變熱處理、控制氣氛熱處理、激光熱處理。 加熱和冷卻對(duì)臨界轉(zhuǎn)變溫度的影響 1．奧氏體的形成 —— Fe， C原子擴(kuò)散和晶格改變的過(guò)程。 共析鋼加熱到 Ac1 以上時(shí)， P → A 共析鋼 A化過(guò)程 —— 形核 、長(zhǎng)大、 Fe3 C 完全溶解、 C 的均勻化。 亞（過(guò)）析鋼的 A化 —— P → A 后，先共析 F 或 Fe3CⅡ 溶解。 影響 A轉(zhuǎn)變速度的因素 加熱溫度和速度 ↑→ 轉(zhuǎn)變快 C%↑ 或 Fe3 C片間距 ↓ → 界面多，形核多 → 轉(zhuǎn)變快 合金元素 → A化速度 ↑或 ↓ A 晶粒度 加熱溫度，保溫時(shí)間 ↑ → 晶粒尺寸 ↓ 合金碳化物 ↑， C% ↓ → 晶粒尺寸 ↓ 1. 過(guò)冷 A的等溫轉(zhuǎn)變 過(guò)冷 A : T A1時(shí)， A不穩(wěn)定。 A等溫轉(zhuǎn)變曲線 (TTT 或 C 曲線 ) 共析鋼的 C 曲線 高溫轉(zhuǎn)變， A1 ~ 550℃ 過(guò)冷 A → P 型組織 中溫轉(zhuǎn)變， 550℃ ~ MS 過(guò)冷 A →貝氏體 ( B ) 低溫轉(zhuǎn)變， MS ~ Mf 過(guò)冷 A →馬氏體 ( M ) 01 時(shí)間/sT/ ℃M+A39。A 1100200300400500600700800100100 10 10 10 102 3 4 5AM sM f過(guò)冷A過(guò)冷AA → MA →下 BA → S轉(zhuǎn)變開(kāi)始轉(zhuǎn)變結(jié)束A→上BA → TA →PM下 B上 BTSP 5~25HR C25~35HR C35~40HR C40~50HR C50~60HR C60~65HR C P 型組織 —— F + 層片狀 Fe3C 珠光體 P 索氏體 S 屈氏體 T 層片間距： P S T 珠光體 P ， 3800 索氏體 S 8000 屈氏體 T 8000 高溫轉(zhuǎn)變過(guò)程 —— 晶格改變和 Fe， C原子擴(kuò)散。 中溫轉(zhuǎn)變（ 550℃ ~ MS） —— C原子擴(kuò)散， Fe原子不擴(kuò)散 過(guò)冷 A → 貝氏體 B（碳化物 + 含過(guò)飽和 C的 F ） 上 B， 550 ~ 350℃ 產(chǎn)物 —— 羽毛狀，小片狀 Fe3C分布在 F間。 上 B 強(qiáng)度和韌性差 光學(xué)顯微照片 1300 電子顯微照片 5000 45鋼，上 B+下 B， 400 下 B， 350℃ ~ MS 產(chǎn)物 下 B 韌性高，綜合機(jī)械性能好。 F 針內(nèi)定向分布著細(xì)小 電子顯微照片 12023 T8鋼，下 B， 黑色針狀 光學(xué)顯微照片 400 亞 （過(guò)） 共析鋼 過(guò)冷 A的等溫轉(zhuǎn)變 01時(shí)間/sT/ ℃A 1100200300400500600700800100100 10 10 10 102 3 4 5AA → BA → PBPM+A39。M fM s01時(shí)間/sT/ ℃100200300400500600700800100100 10 10 102 3 4AA → BA → PBP+FM+A39。A 3A → FA+FM fM sA 101時(shí)間/sT/ ℃A 1100200300400500600700800100100 10 10 102 3 5AM sM fA → BA → PBP+Fe 3 C ⅡM+A39。A cmA →Fe3 CⅡA+Fe 3 C Ⅱ104與共析鋼相比， C曲線左移， 多一條過(guò)冷 A?F （ Fe3CⅡ ） 的轉(zhuǎn)變開(kāi)始線，且 Ms、 Mf 線上 （下） 移。 K10圖270 共析 鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的比較及轉(zhuǎn)變組織溫度/℃ 400 10 200 300100V 5 V 800 700 500 60010時(shí)間/s102 3104105 6104V（20℃ ）（50 ℃）Mf（230 ℃）sMCCT 曲 線3VV2C 曲線1A1V 連續(xù)冷卻 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 CCT 和 TTT曲線的比較 CCT 位于 TTT曲線 右下方 CCT中沒(méi)有 A→B 轉(zhuǎn)變 爐冷 → P (V ≈０ ) 空冷 → S (V ≤Vk39。) 油冷 → T+M+A39。 (Vk39。 ～ Vk) 水冷 → M+A39。 (V≥Vk) 馬氏體（ M）轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 1) 無(wú)擴(kuò)散 Fe 和 C 原子都不進(jìn)行擴(kuò)散， M是 體心正方 的 C過(guò)飽和的 F， 固溶強(qiáng)化顯著。 2) 瞬 時(shí)性 M 的形成速度很快， 溫度 ↓則 轉(zhuǎn)變量 ↑ 3) 不徹底 M 轉(zhuǎn)變 總要?dú)埩羯倭? A， A中的 C%↑ 則 MS、 Mf ↓ ，殘余 A含量 ↑ 4) M形成時(shí)體積 ↑， 造成很大內(nèi)應(yīng)力。 M 的形態(tài) C% % 時(shí)，為 板條 M（低碳 M）。 板條 M, 平行的細(xì)板條束組成 針狀 M（ 凸透鏡狀） C% % 時(shí)，為 針狀 M 。 C% = ~ % 時(shí)，為 混合 M 。 ，冷至 100℃ ，冷至 60℃ M 的性能 C %↑→ M 硬度 ↑ 針狀 M 硬度高，塑韌性差。 板條 M 強(qiáng)度高，塑韌性較好。 亞共析鋼 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 爐冷 → F + P 空冷 → F + S 油冷 → T + M 水冷 → M 過(guò)共析鋼 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 爐冷 → P + Fe3CⅡ 空冷 → S + Fe3CⅡ 油冷 → T + M + A39。 水冷 → M + A39。 轉(zhuǎn)變溫度 對(duì)共析鋼 硬度 和 韌性 的影響 按轉(zhuǎn)變溫度的高低， 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分別是： P、 S、 T，上 B、下 B、 M， 其硬度依次增加。 鋼的普通熱處理 1． 退火 2． 正火 3． 淬火 4． 回火 1．退火 加熱、保溫后，緩冷 (爐冷 )→ 近平衡組織 P（ + F 或 Fe3CII ） 完全退火 （亞共析鋼） 加熱溫度 Ac3 + 20～ 30℃ 緩冷 → F + P 目的： 細(xì)化晶粒，均勻化組織 降低硬度 → 切削性 ↑ 等溫退火： 等溫轉(zhuǎn)變 →F + P，再緩冷 球化退火 （過(guò)共析鋼） 在 Ac１ + 20～ 30℃ 等溫， 使 Fe3CⅡ 球化， 再緩冷 → 球狀 P（ F +球狀 Cm） 目的： 硬度 ↓, 切削性 ↑, 韌性 ↑ 擴(kuò)散退火 加熱至略低于固相線 目的：使成分、組織均勻 再結(jié)晶退火： 加熱溫度 TR + 30～ 50℃ 目的：消除加工硬化 去應(yīng)力退火 加熱溫度＜ Ac1 ， 一般為 500～ 650℃ 目的： 消除冷熱加工后的內(nèi)應(yīng)力 圖 411 碳鋼各種退火的工藝規(guī)范示意圖 ２． 正火 應(yīng)用： 1) 鋼的最終熱處理 細(xì)化晶粒，組織均勻化，增加亞共析鋼中 P(S)% → 強(qiáng)度、韌性、硬度 ↑