第三章材料的凝固教学课件.ppt

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1、水晶凝凝固固结结晶晶非晶体非晶体晶体晶体液液体体水水结晶结晶 = 相变相变 冰冰液体和固体自由能与温度的关系曲线纯金属的冷却曲线 纯金属纯金属的冷却曲的冷却曲线线1、冷却曲线、冷却曲线一、晶体的结晶纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线l过冷度大小与冷却速度过冷度大小与冷却速度有关，有关，冷速越大，过冷冷速越大，过冷度越大度越大。纯金属结晶过程示意图过冷度与形核率、长大速度的关系l标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。通过。通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。过冷度对过冷度对N、G的影响的影响l单位时间、单

2、位体积内形成单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率的晶核数目叫形核率(N)。l单位时间内晶核生长的长度单位时间内晶核生长的长度叫长大速度叫长大速度(G)。lN/G比值越大，晶粒越细小比值越大，晶粒越细小.因此，凡是促进形核、抑制因此，凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒长大的因素，都能细化晶粒.图3-6 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化1394912 -Fe -Fe -Fel物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变l纯铁的同素异构转变：纯铁的同素异构转变：l铁在固态冷却过程中有两次铁在固态冷却过程中有两次

3、晶体结构变化，其变化为：晶体结构变化，其变化为：图5-2 Pb-Sb合金相图的绘制l几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法热分析法。l两组元在液态和固两组元在液态和固态下均无限互溶时态下均无限互溶时所构成的相图称二所构成的相图称二元匀晶相图元匀晶相图。l以以Cu-Ni合金为例合金为例进行分析。进行分析。1、二元匀晶相图、二元匀晶相图Pb-Sn合金相图合金相图成分（成分（wt%Sn）温度（温度（）PbSnABl 相区：相区：相图中有相图中有:l三个单相区：三个单相区： L 、 、 ；l三个两相区：三个两相区：L+ 、L+ 、 + ；l一个

4、三相区：一个三相区：即水即水平线平线CED。l 液固相线液固相线: 液相线液相线AEB, 固相线固相线ACEDB. A、B分分别为别为Pb、Sn的熔点的熔点.ABl 和和 固溶体的溶解度随温度降低而下降。固溶体的溶解度随温度降低而下降。在一定温度下，由一定在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作同的新固相的转变称作共晶转变共晶转变或或共晶反应共晶反应. .AB183 Pb-Sn共晶组织共晶组织L+ CDAB 共晶点以右的共晶点以右的合金合金称称过共晶过共晶合金合金。l凡具有共晶线凡具有共晶线成分的合金液成分的合金液

5、体冷却到共晶体冷却到共晶温度时都将发温度时都将发生共晶反应。生共晶反应。L+ CDAB.2Hl 组元：组元：Fe、 Fe3Cl 相相l 铁素体：铁素体：铁素体铁素体l组织为不规则多面体晶组织为不规则多面体晶粒粒, 晶界较直。晶界较直。强度低、强度低、塑性好塑性好，钢材热加工都，钢材热加工都在在 区进行。区进行。碳钢室温碳钢室温组织中无奥氏体。组织中无奥氏体。奥氏体奥氏体lFe3C是一个亚稳相，在一是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：定条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), 该反该反应对铸铁有重要意义。应对铸铁有重要意义。l由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度中的溶解度很小，因而很小

6、，因而常温下碳在铁常温下碳在铁碳合金中主要以碳合金中主要以Fe3C或或石石墨墨的形式存在的形式存在。 铸铁中的石墨铸铁中的石墨钢中的渗碳体钢中的渗碳体 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 莱氏体莱氏体l珠光体的组织特点是珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。性能介于两相之间。 PSK线又称线又称A1线线 。L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3C珠光体珠光体(光镜光镜)扫描电镜形貌扫描电镜形貌l 相区相区l 五个单相区：五个单相区： L、 、 、 、Fe3C l 七个两相区七个两相区: L+ 、L+ 、L+Fe3C、 +

7、 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3C莱氏体莱氏体Le(A+ Fe3C) Le(P+Fe3C)珠光体珠光体P(F+ Fe3C)复相组织组成物：复相组织组成物：组织组成物标注组织组成物标注相区标注相区标注线：线：液固相线、水液固相线、水平线、固溶线、固平线、固溶线、固溶体转变线溶体转变线A 1538D 1227N 1394G 912PSK 727ECF

8、1148HJB 1495C%温度温度l铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：l 工业纯铁工业纯铁(0.0218%C) 组织为单相铁素体。组织为单相铁素体。工业纯铁工业纯铁NSJBH L+ + + l从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用用Fe3C表示。表示。 Fe3C以不连续网状或片状分布于晶界。以不连续网状或片状分布于晶界。l合金液体在合金液体在1-2点间转变为点间转变为 ,到到S点发生共点发生共析转变：析转变： S P+Fe3C, 全部转变为全部转变为珠光体。珠光体。l珠光体中的渗碳体称共珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。析

9、渗碳体。lS点以下，共析点以下，共析 中析出中析出Fe3C，与共析，与共析Fe3C结结合不易分辨。合不易分辨。室温组织室温组织为为P.%.%.%Q,%.PKSKQC Fe321188810088802180696770696 Q珠光体珠光体 中析出中析出 。到。到5点，点， 成分沿成分沿GS线变到线变到S点，点， 发生发生共析反应转变为珠光体。温度继续下降，共析反应转变为珠光体。温度继续下降， 中析出中析出Fe3C，由于与共析，由于与共析Fe3C结合结合, 且量少且量少, 忽略不计。忽略不计。 +Fe3CGSPABJHS含含0.45%C钢的组织钢的组织含含0.20%C钢的组织钢的组织含含0.6

10、0%C钢的组织钢的组织含含1.4%C钢的组织钢的组织 其其沿晶界呈网状沿晶界呈网状分布分布.l温度下降温度下降, Fe3C量增加。到量增加。到4点，点， 成分沿成分沿ES线变线变化到化到S点，余下点，余下的的 转变为转变为P。12345S含含1.4%C钢的组织钢的组织Fe3C l共晶转变结束时，共晶转变结束时， C点以下点以下, 成分沿成分沿ES线变化，共晶线变化，共晶 将析出将析出Fe3C。Fe3C与共晶与共晶Fe3C 结合，不易分辨。结合，不易分辨。12 Fe3C2PFe3Cl在在2点，共晶点，共晶 发生共析反应，转变为珠光体，这种发生共析反应，转变为珠光体，这种由由 P与与 Fe3C组成

11、的共晶体称组成的共晶体称低温莱氏体，用低温莱氏体，用Le表示表示。2 点以下，共晶体中珠点以下，共晶体中珠光体的变化同共析钢光体的变化同共析钢.S一 次一 次 的的Fe3C被被共晶共晶 衬衬托出来。托出来。到到3点，点， 转变为转变为P.ECFD1234NDFK3Fe3C124l 组织组成物在铁碳合金相图上的标注组织组成物在铁碳合金相图上的标注 + Fe3C + Fe3C +Fe3C两个两个相区相区. +Fe3C相区中相区中有四有四个组织组成个组织组成物区物区, +Fe3C相区相区中中有七个组有七个组织组成物区织组成物区.钢钢铁素体铁素体 亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁亚共晶白

12、口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢共析钢白白 口口 铸铸 铁铁二次渗碳体二次渗碳体工工业业纯纯铁铁珠光体珠光体莱氏体莱氏体一次渗碳体一次渗碳体Fe3C钢钢 铁铁分分 类类组织组组织组成物相成物相对量对量%相组成相组成物相对物相对量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次渗碳体三次渗碳体l0.77%C时时, 组织为组织为100% P, 钢的性能即钢的性能即P的性能。的性能。l0.9%C，Fe3C为晶界连续网状，为晶界连续网状，强度下降强度下降, 但但硬度仍上升。硬度仍上升。l2.11%C，组织中有以组织中有以Fe3C为基的为基的Le,合金太脆合金太脆.铸铸造造焊缝组织焊缝组织模锻模锻切削加工的基本形式切削加工的基本形式车车刨刨钻钻铣铣磨磨