【正文】 海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 29 1） 鐵碳合金相圖 三條水平線（平衡）；六種成分；各轉折點的相變化、成分變化；組織變化及力學性能變化規(guī)律。 設 C、 D兩組元在液態(tài)時能互相溶解， D組元熔點是C組元的 4/5 ，在固態(tài)時能形成共晶，共晶溫度是 C組元熔點的 2/5，共晶成分為 wD＝ 30％； C組元在 D組元中有限固溶，形成 α 固溶體。 (1）確定兩平衡相的成分 如圖（ a）所示，水平線與液相線 L的交點即為液相的成分。分析時首先熟悉單相區(qū)中的相，再根據相區(qū)接觸法則辨別其它相區(qū)。 ③ 由于共析反應在固態(tài)進行，所以共析組織比共晶組織要細得多。 2） 共晶相圖 18 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 19 兩組元在液態(tài)無限互溶，固態(tài)下有限溶解，發(fā)生包晶反應的相圖稱為二元包晶相圖。 1）勻晶相圖 兩組元在液態(tài)無限互溶，在 固態(tài)也無限互溶，形成固溶體的 二元相圖稱為二元勻晶相圖。 2）置換固溶體 15 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 16 相圖是反映材料在平衡狀態(tài)下相狀態(tài)和成分及溫度關系的圖形。溶質原子半徑愈小，溶解度愈大，溶劑晶格類型不同，具有的間隙大小不同，溶解度也不同。按照溶質原子在固溶體中所處的位置，固溶體又可分為間隙固溶體和置換固溶體。相的相對數量、形狀、尺寸和分布的不同，形成了不同的組織，不同的組織使合金具有不同的力學性能。 3） 細化晶粒的方法 ①增加過冷度，② 變質處理，③附加振動。 冷脆概念 6 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 7 晶格、晶胞和晶格常數 三種晶格類型 二、金屬的結構 7 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 8 取有向線段上任一點的座標值化為最簡整數，加以方括號，[uvw]即為晶向指數。屈強比大，則屈服強度高，材料強度利用率高。 屈強比增大，則材料塑性段距 離減小，固將增加材料的脆性趨勢 。 取晶面的三坐標截距值為倒數，并化為最簡整數，依次計入圓括號（ hkl）內，即為該晶面的晶面指數。 金屬結晶后晶粒的大小 11 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 12 4）金屬的同素異構轉變（重結晶） 12 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 13 二元合金的晶體結構 組元、相、固熔體、化合物概念 在物質中，凡是成分相同，結構相同，并與其它部分以界面分開的均勻組成部分，稱為 相 。 例：鐵碳相圖中 αβγ Fe3C ； F P A； Fe3CⅠ Fe3CⅡ Fe3CⅢ 三、二元合金 13 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 14 溶質原子溶入金屬溶劑中所組成的合金相稱為固溶體。 1） 間隙固溶體 當溶質原子直徑與溶劑原子直徑的比值 小于 ，才能形成間隙固溶體。 對于溶質和溶劑原子大小比較接近的元素，只能形成置換固溶體。相圖也稱平衡圖或狀態(tài)圖。特 點：晶格類型相同，結晶不在恒 溫下進行，在冷卻較快的非平衡 結晶條件下，會形成枝晶偏析。包晶反應是一個液相與一個固相相互作用，生成一個新的固相的過程。 ④ 共析相圖是鐵碳相圖中的一個重要組成部分，需好好掌握。 ③找出與三相共存水平線點接觸的三個單相區(qū)，確定三相平衡轉變的性質和反應式。 (2）確定兩平衡相的相對量 ① 設試驗合金重量為 1，液、固相重量分別為 QL、 QS ，則 QL+QS =1； ② 設液、固相含 Ni濃度分別為 x x2， x為試驗合金中的平均含Ni量 (%)，則 122xxxxQL ???xxQxQsL ?? 21121xxxxQs ??? F＝ C（組元） P(相數）＋ 1 相律 22 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 23 例題：將 20kg純銅與 30kg純鎳熔化后緩慢冷卻到如圖 180所示溫度T1，求此時： （ 1）兩相的成分； （ 2）兩相的質量比； （ 3）各相的相對重量 （ 4）各相的重量。溶解度在共晶溫度時為 wC＝ 25％，室溫時 wC＝ 10％， D組元在 C組元中不能溶解；C組元的硬度比 D組元高。 P 中 F 和 Fe3 C 的相對量： 四、 鐵碳合金 %?????PKSKQ F%%%1003???CFeQ29 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 30 亞共析鋼結晶過程的基本反應為 [勻晶反應 +包晶反應 +固溶體轉變反應 +共析反應 ]，室溫組織為鐵素體 +珠光體，顯微組織如圖所示。組織中的鐵素體、滲碳體、珠光體和低溫萊氏體一旦形成，在隨后的冷卻過程中不再發(fā)生相變。 ③彈簧鋼 :如 6 65Mn、 50CrV等。 65％ 合金鋼的分類 33 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 34 4）合金工具鋼 （ 1）低合金刃具鋼 車、銑、鉸刀等 性能要求： 回火穩(wěn)定性 a) 硬度和耐磨性； b)強度和韌性； c）紅硬性 ； d)工藝性 （ 2）高速鋼 淬透性好，紅硬性高，小截面刀具空氣中能淬透 典型牌號： W18Cr4V （ 3）模具鋼 a)冷作模具鋼 b)熱作模具鋼 P70性能 （ 4）量具鋼 多選用碳素工具鋼、低合金工具鋼（ 9SiCr、 CrMn）、軸承鋼（ GCr15）制作 34 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 35 合金鋼的牌號 1）低合金高強度結構鋼 Q29 Q34 Q390、 Q460 2）合金結構鋼 （ 1）滲碳鋼 20Cr、 20CrV、 20Mn 20MnV、 20CrMn等 （ 2）調質鋼 40Cr、 42SiMn、 35CrMo等 （ 3）彈簧鋼 65Mn、 60Si2Mn （ 4）滾動軸承鋼 GCr GCr9SiMn、 GCr15等 （ 5）低合金刃具鋼 9SiCr、 9Mn2V等 （ 6）高速鋼 W18Cr4V 不銹鋼牌號前的數字表示平均碳質量分數的千倍。石墨化過程是指鑄鐵中析出 碳原子形成石墨的過程。 六、鑄鐵 36 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 37 高溫、中溫、低溫階段，石墨化過程都未能實現，碳以 Fe3C形式存在 —— 白口鑄鐵。 低溫石墨化過程沒有進行，獲得的鑄鐵具有珠光體基體 ——珠光體鑄鐵。 2. 可鍛鑄鐵 將白口鑄件在高溫下經長時間的石墨化退火或氧化脫碳處理，可以獲得團絮狀形態(tài)石墨的高韌性鑄鐵件，稱為可鍛鑄鐵。按照熱處理方法不同，球墨鑄鐵可分為鐵素體球墨鑄鐵（ QT4001 QT4001 QT45010）和珠光體球墨鑄鐵（ QT500 QT600 QT700 QT8002）。其力學性能一般以單鑄 Y形試塊的抗拉強度作為驗收依據。現以共析鋼為例說明奧氏體形成的三個步驟： 亞共析鋼與過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同。如在 740℃等溫轉變時，經過 10s轉變開始，而在 800℃ 等溫時，瞬間轉變便開始。但對于亞共析鋼或過共析鋼，當珠光體全部轉變成奧氏體后，還有過剩相鐵素體或滲碳體的繼續(xù)轉變。 隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生三種類型轉變，即珠光體轉變、貝氏體轉變和馬氏體轉變。 46 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 47 貝氏體轉變 550℃ ～ Ms 貝氏體用符號 “ B”表示。 ② :B下： 350℃ ～ Ms。轉變特點無擴散性 。 Wc≥1. 0 ％， 呈雙凸透鏡的片狀，顯微組織為片狀。 馬氏體轉變可歸納為： ① 高速長大 ；② 馬氏體轉變的不完全性；③ 存在殘余奧氏體，用 “ A殘 ” 表示；④ Ms 、 Mf點的溫度取決于奧氏體的碳含量。 不進行全 A化，未熔 Fe3CⅡ 增加 A的形核率 2）影響 C曲線的因素 49 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 50 A 加入溶于奧氏體的合金元素使 C曲線右移。 ② 合金元素的影響 50 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 51 共析鋼的 CCT曲線如圖所示。 ④ 當連續(xù)冷卻曲線碰到 K線時， A→P則中止；冷至 Ms點以下， 則 A→M 。但亞共析碳鋼的 CCT曲線與共析碳鋼卻大不相同，它多出一條先共析鐵素體的析出線外，還出現了貝氏體轉變區(qū)，因此亞共析碳鋼在連續(xù)冷卻后可以出現由更多產物組成的混合組織。 A B C D P+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII 粗 P+Fe3CII 網 爐冷 P+Fe3CII P+Fe3CII S+Fe3CII 粗 P+Fe3CII 空冷 P+Fe3CII P+Fe3CII T+M+Fe3CII+A殘 粗 T+M+Fe3CII+A殘 油冷 P+Fe3CII P+Fe3CII M+A殘 粗 M+A殘 水冷 D C B A 1000 ℃ 750 ℃ 700 ℃ 500 ℃ 例：有一根長 2米直徑 20mm 54 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 55 解題動畫 55 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 56 常用鋼的熱處理工藝 有幾種熱處理工藝，加熱溫度，冷卻介質，作用及適用范圍。一般規(guī)定由工件表面到半馬氏體區(qū)的深度作為淬硬層深度。 淬透性的應用 ① 對于截面尺寸較大和形狀較復雜的重要零件以及要求力學性能均勻的零件，應選用高淬透性的鋼制造。 (1) 低溫回火 （ 150～ 250℃ ） 組織為回火馬氏體，能降低內應力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。 鋼的回火 62 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學 鞠魯粵 第 頁 63 1）合金元素在鋼中的分布形式 P61 2）合金元素對鋼中基本相的影響 P62 非、中強、強碳化物形成元素 3）合金元素對鐵碳相圖的影響 P62 4）合金元素對鋼的熱處理的影響 P63 5）合金元素對鋼的回火轉變的影響 兩種回火脆性溫度 P64 在 350℃ 附近回火時為第 Ⅰ 類回火脆性。消除第 Ⅱ 類回火脆性的方法：回火后快速冷卻，使雜質來不及在晶界上偏析，如圖 174所示；對于大截面工件在鋼中加入 ω Ｗ =１％或ω Mo=％，回火后緩冷也不發(fā)生第 Ⅱ 類回火脆性。 中溫形變熱處理是把鋼加熱至奧氏體化，保溫一段時間，迅速冷