机械工程材料 金属的结晶与显微组织.ppt

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1、第第3 3章章 金属结晶与显微组织金属结晶与显微组织主讲教师 刘 海哈尔滨工业大学材料学院 86418720，86412462机械工程材料机械工程材料物质由液态转变为固态的过程。物质由液态转变为固态的过程。物物质质从从原原子子不不规规则则排排列列的的液液态态转转变变为为规规则则排排列列的的晶晶体体状状态态的的过过程程。结结晶在固定的温度下进行。晶在固定的温度下进行。凝固凝固前言前言结晶结晶金金属属的的平平衡衡结结晶晶温温度度或或理理论论结结晶晶温温度称为度称为熔点熔点。凝固凝固前言前言结晶结晶3.1 纯纯金属的金属的结结晶与晶与组织组织3.2 二元合金相二元合金相图图与合金与合金组织组织3.3

2、 铁铁碳合金相碳合金相图图3.4 铸铸造造组织组织与缺陷与缺陷第第3 3章金属结晶与显微组织章金属结晶与显微组织3.1 纯纯金属的金属的结结晶与晶与组织组织3.1 纯纯金属的金属的结结晶与晶与组织组织结晶试验装置结晶试验装置1 1.冷却曲线（热分析曲线）冷却曲线（热分析曲线）金属由高温向低温冷却过程中所得到的温度和时间关系曲线。金属由高温向低温冷却过程中所得到的温度和时间关系曲线。温度时间一、结晶过程中的宏观现象一、结晶过程中的宏观现象2 2.结晶过程的宏观特征结晶过程的宏观特征 TTmTn温度一、结晶过程中的宏观现象一、结晶过程中的宏观现象温度时间过冷实实际际结结晶晶是是在在低低于于理理论论

3、结结晶晶温温度度时时开开始始的的，这这种种现现象象称称为为过过冷冷。实实际际结结晶晶温温度度与与理理论论结结晶晶温温度度之之差差称称谓谓过过冷度，表示为冷度，表示为:1 1）过冷现象）过冷现象2 2.结晶过程的宏观特征结晶过程的宏观特征 TTmTn一、结晶过程中的宏观现象一、结晶过程中的宏观现象温度时间过冷结晶潜热一摩尔物质从一个相一摩尔物质从一个相转变为另一个相时，转变为另一个相时，伴随放出或吸收的热伴随放出或吸收的热量称为相变潜热。结量称为相变潜热。结晶时所放出的热量称晶时所放出的热量称为结晶潜热。为结晶潜热。2 2）结晶潜热）结晶潜热二、金属结晶的微观过程二、金属结晶的微观过程结晶是结晶

4、是形核形核和和晶核长大晶核长大的过程。的过程。金金属属在在冷冷却却过过程程中中首首先先经经过过一一段段“孕孕育育期期”，然然后后出出现现第第一一批批晶晶核核。随随着着时时间间的的推推移移，晶晶核核不不断断长长大大，同同时时有有新新的的核核不不断断产产生生。在在这这一一过过程程中中，液态金属愈来愈少，直到各个晶体相互接触，液态耗尽，结晶过程结束。液态金属愈来愈少，直到各个晶体相互接触，液态耗尽，结晶过程结束。形核长大两个过程重叠交织形成多晶体二、金属结晶的微观过程二、金属结晶的微观过程两相自两相自由能差由能差结晶潜热结晶潜热结晶温度结晶温度过冷度过冷度金属结晶热力学金属结晶热力学能量起伏能量起伏

5、相起伏相起伏晶胚晶胚晶核晶核 液液态态金金属属依依靠靠结结构构起起伏伏和和能能量量起起伏伏形形成成时时聚聚时时散散的的呈呈短短程程有有序序排排列列的的原原子子团团（称称为为“晶晶胚胚”）。当当晶晶胚胚尺尺寸寸大大于于某某一临界值时，就能自发长大为晶核。一临界值时，就能自发长大为晶核。1 1.晶核的形成晶核的形成非晶态非晶态晶态晶态完完全全依依靠靠液液态态金金属属中中的的晶晶胚胚形形核核的的过过程程，液液相相中中各各区区域域出出现现新新相相晶晶核核的的几几率率都是相同的。都是相同的。1）晶核的形成方式）晶核的形成方式晶晶胚胚依依附附于于液液态态金金属属中中的的固固态态杂杂质质表表面面形形核核的的

6、过程。过程。实实际际金金属属的的结结晶晶主主要要以非均匀形核的方式进行。以非均匀形核的方式进行。均匀形核均匀形核非均匀形核非均匀形核均匀形核条件均匀形核条件非均匀形核条件非均匀形核条件形核率形核率指指单单位位时时间间内内、单单位位体体积积液液体体中中形形成成晶核的数量。用晶核的数量。用 NN1*N2 表示。表示。形核功影响形核功影响原子扩散能力原子扩散能力形核率影响晶粒尺寸形核率影响晶粒尺寸非均匀形核率高于均匀形核，原因：u点阵匹配原理：非均匀形核的形核功低，如果固点阵匹配原理：非均匀形核的形核功低，如果固相表面原子排列与新相点阵结构相同，更加有效相表面原子排列与新相点阵结构相同，更加有效促进

7、非均匀形核。促进非均匀形核。u可可以以通通过过振振动动、搅搅拌拌、超超声声波波处处理理等等手手段段促促进进非非均匀形核均匀形核u 非均匀形核所需过冷度较小；非均匀形核所需过冷度较小；1）二维晶核长大机制）二维晶核长大机制当当固固液液界界面面为为光光滑滑界界面面时时，晶晶体体长长大大只只能能依依靠靠液液相相中中的的结结构构起起伏伏和和能能量量起起伏伏，使使一一定定大大小小原原子子集集团团几几乎乎同同时时落落到到光光滑滑界界面面上上，形成具有一定原子厚度并具有一定宽度的平面原子集团。形成具有一定原子厚度并具有一定宽度的平面原子集团。2 2.晶核长大机制晶核长大机制1）二维晶核长大机制）二维晶核长大

8、机制当当固固液液界界面面为为光光滑滑界界面面时时，晶晶体体长长大大只只能能依依靠靠液液相相中中的的结结构构起起伏伏和和能能量量起起伏伏，使使一一定定大大小小原原子子集集团团几几乎乎同同时时落落到到光光滑滑界界面面上上，形成具有一定原子厚度并具有一定宽度的平面原子集团。形成具有一定原子厚度并具有一定宽度的平面原子集团。2 2.晶核长大机制晶核长大机制2）螺型位错长大机制）螺型位错长大机制当当固固相相表表面面有有螺螺型型位位错错露露头头时时，液液体体中中的的原原子子不不断断添添加加到到露头位错的台阶上使晶体长大露头位错的台阶上使晶体长大。2 2.晶核长大机制晶核长大机制2）螺型位错长大机制）螺型位

9、错长大机制当当固固相相表表面面有有螺螺型型位位错错露露头头时时，液液体体中中的的原原子子不不断断添添加加到到露头位错的台阶上使晶体长大露头位错的台阶上使晶体长大。2 2.晶核长大机制晶核长大机制3）垂直长大机制）垂直长大机制粗粗糙糙界界面面上上有有约约一一半半的的结结晶晶位位置置空空着着，液液体体原原子子可可以以直直接接添添加加到到这这些些位位置置，使使晶晶界界沿沿法法线线方方向向向向液液相相中中长长大大垂垂直直长长大大。垂直长大的速度较快。垂直长大的速度较快。2 2.晶核长大机制晶核长大机制3）垂直长大机制）垂直长大机制粗粗糙糙界界面面上上有有约约一一半半的的结结晶晶位位置置空空着着，液液体

10、体原原子子可可以以直直接接添添加加到到这这些些位位置置，使使晶晶界界沿沿法法线线方方向向向向液液相相中中长长大大垂垂直直长长大大。垂直长大的速度较快。垂直长大的速度较快。2 2.晶核长大机制晶核长大机制镇静钢钢锭剖面镇静钢钢锭剖面青铜残剑青铜残剑 晶体的形态不仅与其生长机制有关，而且还与界晶体的形态不仅与其生长机制有关，而且还与界面的微观结构、界面前沿的温度分布和生长动力学很面的微观结构、界面前沿的温度分布和生长动力学很多因素有关。多因素有关。3 3.晶体生长的形态晶体生长的形态正温度梯度正温度梯度负温度梯度负温度梯度3 3.晶体生长的形态晶体生长的形态 固液界面前沿温度梯度是影响晶体生长形态

11、的重要因素。固液界面前沿温度梯度是影响晶体生长形态的重要因素。负温度梯度下晶体生长负温度梯度下晶体生长枝状晶枝状晶在负温度梯度下生长的界面形态在负温度梯度下生长的界面形态3 3.晶体生长的形态晶体生长的形态在正温度梯度下生长的界面形态在正温度梯度下生长的界面形态3 3.晶体生长的形态晶体生长的形态合金的结晶形态合金的结晶形态3 3.晶体生长的形态晶体生长的形态影响晶体生长方式的主要因素影响晶体生长方式的主要因素温度梯度温度梯度/凝固速率凝固速率1)控制控制过过冷度冷度增增加加过过冷冷度度的的方方法法是是增增加加冷冷却却速速度度。对对于于小小薄薄件，可采用如下方法：件，可采用如下方法：选用吸热、

12、导热性强的铸型材料；采用水冷铸造；降低浇注温度。4 4.晶粒大小的控制晶粒大小的控制4 4.晶粒大小的控制晶粒大小的控制1)控制控制过过冷度冷度2)变质处变质处理理在在浇浇注注前前向向液液态态金金属属中中加加入入某某些些难难熔熔的的固固态态粉粉末末（变变质质剂剂），促促进进非非均均匀匀形形核核来来细细化化晶晶粒粒。例：在铝、铝合金、钢中加入钛、锆等。例：在铝、铝合金、钢中加入钛、锆等。3)振振动动、搅搅拌和超声波拌和超声波处处理等机械方法理等机械方法3.1 纯纯金属的金属的结结晶与晶与组织组织3.2 二元合金相二元合金相图图与合金与合金组织组织3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图3.4 铸铸造造组

13、织组织与缺陷与缺陷第第3 3章金属结晶与显微组织章金属结晶与显微组织3.2 二元合金相二元合金相图图与合金与合金组织组织水的相图水的相图3.2 二元合金相二元合金相图图与合金与合金组织组织合金相图合金相图用用图图解解的的方方法法表表示示不不同同成成分分、温温度度下下合合金金中中相相的的平平衡衡关关系系。相相图图是是在在及及其其缓缓慢慢的的冷冷却却条条件件下下测测定定的的，又又称称“平衡相图平衡相图”。铜锡合金相图铜锡合金相图3.2 二元合金相二元合金相图图与合金与合金组织组织一、相图的建立一、相图的建立3.2.1 匀晶相匀晶相图图1）配制一系列成分的合金）配制一系列成分的合金：100%Cu；2

14、0%Ni+80%Cu40%Ni+60%Cu60%Ni+40%Cu，80%Ni+20%Cu，100%Ni2）测出上述合金的冷却曲线；测出上述合金的冷却曲线；温度时间2）根据各冷却曲线上的转折点确定合金临界点；根据各冷却曲线上的转折点确定合金临界点；3）将这些临界点标在相图坐标系中相应位置上，最后把将这些临界点标在相图坐标系中相应位置上，最后把意义相同的各点联结起来。意义相同的各点联结起来。10831452aa b c d bcdCu-Ni合金相图的建立合金相图的建立一、相图的建立一、相图的建立匀匀晶晶相相图图是是指指两两组组元元在在液液态态和和固固态态下下均均能能无无限限互互熔熔的的相相图图，具

15、有这种相图的合金有具有这种相图的合金有Cu-Ni，Fe-Cr，Ag-Au，W-Mo等。等。二、相图分析二、相图分析组元：组元：Cu，Ni点：点：tACu的熔点的熔点 tBNi的熔点的熔点线：液相线线：液相线LtA m tB 固相线固相线tA n tB；区：两个单相区区：两个单相区L，一个两相区一个两相区L+Cu-Ni合金相图合金相图T/tAtB三、杠杆定律三、杠杆定律3.2.1 匀晶相匀晶相图图四、合金的平衡结晶过程及组织四、合金的平衡结晶过程及组织五、匀晶转变的原子扩散过程五、匀晶转变的原子扩散过程匀晶合金的不平衡结晶匀晶合金的不平衡结晶五、匀晶转变的原子扩散过程五、匀晶转变的原子扩散过程匀

16、晶转变过程匀晶转变过程中的原子扩散中的原子扩散影响因素：影响因素：原子扩散原子扩散冷却速度冷却速度在实际生产条件下，一在实际生产条件下，一般冷却速度都较快，固般冷却速度都较快，固熔体中原子扩散过程不熔体中原子扩散过程不能充分进行。因此，先能充分进行。因此，先结晶的枝晶主轴含高熔结晶的枝晶主轴含高熔点组元多，后结晶的分点组元多，后结晶的分枝含底熔点组元多。这枝含底熔点组元多。这种在一个枝晶内成分不种在一个枝晶内成分不均匀的现象叫均匀的现象叫“枝晶偏枝晶偏析析”或或“晶内偏析晶内偏析”。六、合金的非平衡结晶过程及组织六、合金的非平衡结晶过程及组织3.2.1 匀晶相匀晶相图图枝晶偏析枝晶偏析六、合金

17、的非平衡结晶过程及组织六、合金的非平衡结晶过程及组织Cu-Ni合金的合金的平衡组织与枝晶偏析组织平衡组织与枝晶偏析组织平衡组织平衡组织枝晶偏析组织枝晶偏析组织3.2.2 共晶相共晶相图图共共晶晶相相图图两两个个组组元元在在液液态态时时无无限限互互溶溶，而而在在固固态态时时有有限限互互溶溶，并并有有共共晶晶反反应应的的相相图图。如如Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Si，Al-Sn等。等。A AB BMMNNA、B为为Pb和和Sn的熔点的熔点;F、G为为 和和 固固熔熔体体在在室室温下的溶解度点温下的溶解度点;M、N为为 和和 固固熔熔体体最最大溶解度点大溶解度点;E为共晶点为共晶点F

18、FG GE E3.2.2 共晶相共晶相图图二、相图分析二、相图分析相图上的点：相图上的点：3.2.2 共晶相共晶相图图二、相图分析二、相图分析相图上的线：相图上的线：A AB BMMNNAE EB为液相线为液相线;MF、N NG为为 和和 固固熔熔体体溶解度变化曲线溶解度变化曲线;AMNB为为 固固 相相 线线，在在MN上上发发生共晶反生共晶反应应;F FG G3.2.2 共晶相共晶相图图二、相图分析二、相图分析相图上的区：相图上的区：三个单相区三个单相区:L、;三个两相区三个两相区:L+、L+和和+A AB BMMNNF FG G1）共晶合金（）共晶合金（E点）点）二、典型合金平衡结晶过程及

19、组织二、典型合金平衡结晶过程及组织2）含锡小于）含锡小于19%19%的合金的合金二、典型合金平衡结晶过程及组织二、典型合金平衡结晶过程及组织3）亚共晶合金）亚共晶合金二、典型合金平衡结晶过程及组织二、典型合金平衡结晶过程及组织三、不平衡平衡结晶过程及组织三、不平衡平衡结晶过程及组织3.2.2 共晶相共晶相图图1）伪伪共共晶晶在在不不平平衡衡结结晶晶过过程程中中，在在共共晶晶成成分分附附近的亚共晶或过共晶合金形成的共晶组织。近的亚共晶或过共晶合金形成的共晶组织。Al-11.7%Si合金快冷组织合金快冷组织共晶合金不平衡凝固共晶合金不平衡凝固先析出相伪共晶三、不平衡平衡结晶过程及组织三、不平衡平衡

20、结晶过程及组织3.2.2 共晶相共晶相图图2 2）离离异异共共晶晶在在先先共共晶晶数数量量较较多多时时，共共晶晶组组织织中中与与其其相相同同的的相相会会依依附附于于先先共共晶晶生生长长，另另一一相相则则单单独独存存在在于于晶晶界界处处，从从而而使共晶组织特征消失。这种两相分离的共晶称为离异共晶。使共晶组织特征消失。这种两相分离的共晶称为离异共晶。Al一一4Cu合金快冷组织合金快冷组织可能产生离异共晶示意图可能产生离异共晶示意图3.2 二元合金相二元合金相图图与合金与合金组织组织3.2.3 包晶相包晶相图图与合金与合金组织组织包包晶晶相相图图两两组组元元在在液液态态无无限限互互溶溶，在在固固态态

21、下下有有限限互互溶溶，并并有有包包晶晶反反应应。例例如如：Pt-Ag，Sn-Sb，Cu-Sn，Cu-Zn等。等。点点分分析析：A、B分分别别为为Pt和和Ag的的熔熔点点；D为为包包晶晶点点；P为为 相相最最大大溶溶解解度度点点；C为为发发生生包包晶晶反反应应时时的的液液相相成分点；成分点；E、F分别为分别为 和和 室温下的溶解度。室温下的溶解度。线线分分析析：ACB为为液液相相线线；APDB为为固固相相线线；PE、DF是是 和和 的溶解度曲线；的溶解度曲线；PDC为三相共存水平线为三相共存水平线区区分分析析：三三个个单单相相区区L、和和；三三个个两两相相区区L+、L+、+在水平线上发生包晶反应

22、：在水平线上发生包晶反应：L LC C+P PD3.2.3 包晶相包晶相图图与合金与合金组织组织一、相图分析一、相图分析3.2.3 包晶相包晶相图图与合金与合金组织组织二、典型合金平衡结晶过程及组织二、典型合金平衡结晶过程及组织3.2.3 包晶相包晶相图图与合金与合金组织组织二、典型合金平衡结晶过程及组织二、典型合金平衡结晶过程及组织3.2.3 包晶相包晶相图图与合金与合金组织组织二、典型合金平衡结晶过程及组织二、典型合金平衡结晶过程及组织复杂二元相图可看作三类基本相图的组合复杂二元相图可看作三类基本相图的组合合金性能合金性能固溶体合金固溶体合金共晶合金共晶合金锻造锻造铸造包晶合金包晶合金3.

23、1 纯纯金属的金属的结结晶与晶与组织组织3.2 二元合金相二元合金相图图与合金与合金组织组织3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图3.4 铸铸造造组织组织与缺陷与缺陷第第3 3章金属结晶与显微组织章金属结晶与显微组织3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图纯铁纯铁渗碳体渗碳体3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图铁铁是是元元素素周周期期表表上上的的第第26个个元元素素，属属于于过过渡渡族族金金属属元元素素。在在一一个个大大气气压压下下，Fe的的熔熔点点为为1538 C，20 C时时的的密密度度为为7.87g/cm3。铁铁在在770770 C以以下下有有磁性。随温度磁性。随温度变变化化具有多晶型转变：具有多晶型转变

24、：3.3.1 铁碳合金的组元和基本相铁碳合金的组元和基本相3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图 纯铁纯铁铁铁素素体体是是碳碳溶溶于于-Fe中中的的间间隙隙固固溶溶体体，具具有有为为 体体 心心 立立 方方 晶晶 格格 结结 构构，铁铁 素素 体体 最最 大大 溶溶 碳碳 量量Wc=0.0218%Wc=0.0218%，室温下则小于，室温下则小于0.001%0.001%。奥奥氏氏体体是是碳碳溶溶于于-Fe中中的的间间隙隙固固溶溶体体，为为面面心心立方晶格结构，奥氏体最大溶碳量为立方晶格结构，奥氏体最大溶碳量为Wc=2.11%Wc=2.11%。3.3.1 铁碳合金的组元和基本相铁碳合金的组元和基本相 铁

25、素体（铁素体（F F或或-Fe）奥氏奥氏体体（A或或）渗渗碳碳体体（Fe3C）是是铁铁与与碳碳形形成成的的间间隙隙化化合合物物，其其含含碳碳量量为为6.69%，Fe3C的的晶晶体体结结构构复复杂杂，具具有有很很高高的的硬硬度度，但但塑塑性性很很差差（延延伸伸率率接接近近于于零零）。Fe3C的熔点为的熔点为1227 C，在在230 C以下具有铁磁性。以下具有铁磁性。渗碳体渗碳体3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图3.3.1 铁碳合金的组元和基本相铁碳合金的组元和基本相3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图3.3.2 铁碳材料按含碳量分类铁碳材料按含碳量分类2）亚共析钢）亚共析钢 0.02180.77%C3

26、）共析钢）共析钢 0.77%C 4）过共析钢）过共析钢 0.772.11%C5）亚共晶白口铁）亚共晶白口铁 2.114.3%C6）共晶白口铁）共晶白口铁 4.3%C 7）过共晶白口铁）过共晶白口铁 4.36.69%C1）工业纯铁）工业纯铁0.0218%C纯铁纯铁钢钢铸铁铸铁钢钢铸铁铸铁纯铁纯铁3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图3.3.3 铁碳相图分析铁碳相图分析点分析点分析点分析点分析符号符号符号符号 温度温度温度温度()WWC C（%）含义含义含义含义符号符号符号符号 温度温度温度温度()()()()WWC C（%）含义含义含义含义A A15381538 0 0纯铁熔点纯铁熔点KK727727

27、 6.696.69渗碳体成分渗碳体成分渗碳体成分渗碳体成分B B14951495 0.530.53包晶转变时包晶转变时液态金属成分液态金属成分J J14951495 0.170.17包晶点包晶点包晶点包晶点C C11481148 4.34.3共晶点共晶点MM770770 0 0纯铁磁性转变点纯铁磁性转变点纯铁磁性转变点纯铁磁性转变点D D12271227 6.696.69渗碳体熔点渗碳体熔点N N13941394 0 0转变温度转变温度转变温度转变温度E E11481148 2.112.11碳在碳在-FeFe中中最大溶解度最大溶解度P P727727 0.02180.0218碳在碳在碳在碳在

28、-FeFe中中中中最大溶解度最大溶解度最大溶解度最大溶解度GG912912 0 0转变温度转变温度S S727727 0.770.77共析点共析点共析点共析点HH14951495 0.090.09碳在碳在-FeFe中中QQ600600 0.0060.006该温度下碳在该温度下碳在该温度下碳在该温度下碳在3.3.3 铁碳相图分析铁碳相图分析区分析区分析五个单相区五个单相区七个双相区七个双相区三条水平三条水平线线共析线共析线包晶线包晶线共晶线共晶线珠光体珠光体P P莱氏体莱氏体Ld奥氏体奥氏体A三条固三条固态转变线态转变线ES线线：A析析出出F的的起起始始温温度度，或或F全全部部转变为转变为A的终

29、了温度，又称的终了温度，又称A3线。线。PQ线线：碳碳在在F中中的的固固溶溶度度曲曲线线，当当温温度度低低于于此此曲曲线时，从线时，从F中析出三次渗碳体（记为中析出三次渗碳体（记为Fe3CIII）。）。GS线线:A析析出出F的的起起始始温温度度，或或F全全部部转转变变为为A的终了温度，又称的终了温度，又称A3线线1点：从液相析出点：从液相析出A;12点：两相共存；点：两相共存；2点：液相全部转变为点：液相全部转变为A;23点：单相点：单相A；3点：共析反应；点：共析反应；3点点以以下下：珠珠光光体体P，并并随随温温度度降降低低从从其其F中中析析出出Fe3C.3.3.4 铁碳合金冷却过程中的相变

30、及组织铁碳合金冷却过程中的相变及组织3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图共析共析钢钢共析共析钢钢共析共析钢钢室温室温组织组织珠光体珠光体P1点：从液相析出点：从液相析出-Fe;12点：两相共存；点：两相共存；2点：包晶反应点：包晶反应;23点：液相和点：液相和A共存共存;34点：单相点：单相A；4点点：从从A和和析析出出Fe3C；45点：点：A和和-Fe共存；共存；5点：点：A发生共析反应；发生共析反应；5点点以以下下:F和和P,随随温温度度降降低从其低从其F中析出中析出Fe3C.3.3.4 铁碳合金冷却过程中的相变及组织铁碳合金冷却过程中的相变及组织亚亚共析共析钢钢1点：从液相析出点：从液相析出

31、-Fe;12点：两相共存；点：两相共存；2点：液相全转变为点：液相全转变为-Fe;23点：单相点：单相-Fe;；3点：从点：从相析出相析出A；34点：两相共存；点：两相共存；45点：单相点：单相A；56点：点：A和和-Fe共存；共存；67点：单相点：单相-Fe；7点点以以下下：随随温温度度降降低低从从其其F中析出中析出Fe3C.含碳量小于含碳量小于0.017%亚亚共析共析钢钢亚亚共析共析钢钢室温室温组织组织铁铁素体素体F珠光体珠光体P20钢钢40钢钢65钢钢过过共析共析钢钢过过共析共析钢钢室温室温组织组织渗碳体渗碳体Fe3C珠光体珠光体P硝酸酒精侵蚀硝酸酒精侵蚀苦味酸钠侵蚀苦味酸钠侵蚀T12钢

32、钢1点：共晶反应点：共晶反应12点：高温点：高温 Ld，析析 出出 Fe3C；2点：共晶反应点：共晶反应;2点点 以以 下下：低低 温温 温温Ld;共晶白口共晶白口铁铁共晶白口共晶白口铁铁亚亚共晶白口共晶白口铁铁铸铁铸铁室温室温组织组织共晶白口铁共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁杠杆定律的应用杠杆定律的应用 问题：计算在共析反应完成之后含碳量问题：计算在共析反应完成之后含碳量0.17%0.17%C C的的亚共钢中相的相对含量和组织相对含量。亚共钢中相的相对含量和组织相对含量。1）相含量）相含量2）组织相对含量）组织相对含量3.3.4 铁碳合金冷却过程中的相变及组织铁碳合

33、金冷却过程中的相变及组织 按组织组成物标注的按组织组成物标注的Fe-Fe3C相图相图3.3.5 含碳量含碳量对钢对钢的的组织和性能的影响组织和性能的影响ABCDFENGPSKQJHALFFeFeFeFe3 3C CFeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+F ALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CA+Fe3C+LeLeLe+Fe3CLe+Fe3CLeP+Fe3C+LeP+Fe3CP+FPF+Fe3CC%温温度度钢钢铁素体铁素体 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

34、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 0.0218 0.772.114.36.6910010000三次渗碳体三次渗碳体3.3.5 含碳量含碳量对钢对钢的的组织和性能的影响组织和性能的影响3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图3.3.5 含碳量含碳量对钢对钢的的组织和性能的影响组织和性能的影响 铁铁素素体体是是软软韧韧相相，渗渗碳碳体体是是硬硬脆脆相相。珠珠光光体体由由铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体组组成成，渗渗碳碳体体以以细细片片状状分分散散

35、地地分分布布在在铁铁素素体体的的基基体体上上，起起了了强强化化作作用用。与与铁铁素素体体相相比比，珠珠光光体体具具有有较较高高的的强强度度和和硬硬度度，但塑性较差。但塑性较差。工工程程上上应应保保证证所所使使用用的的铁铁碳碳合合金金具具有有适适当当的的塑塑性性和和韧韧性性，对对碳碳素素钢钢和和普普通通低低中中合合金金钢钢，含碳量一般不超过含碳量一般不超过1.3%。含碳量对钢工艺性能的影响含碳量对钢工艺性能的影响n n 切削性能切削性能切削性能切削性能:中碳钢合适中碳钢合适中碳钢合适中碳钢合适n n 可锻性能可锻性能可锻性能可锻性能:低碳钢好低碳钢好低碳钢好低碳钢好n n 焊接性能焊接性能焊接性

36、能焊接性能:低碳钢好低碳钢好低碳钢好低碳钢好n n 铸造性能铸造性能铸造性能铸造性能:共晶合金好共晶合金好共晶合金好共晶合金好n n 热处理性能热处理性能热处理性能热处理性能:第五章介绍第五章介绍第五章介绍第五章介绍铸铸造造焊焊缝缝组组织织模模锻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3.1 纯纯金属的金属的结结晶与晶与组织组织3.2 二元合金相二元合金相图图与合金与合金组织组织3.3 铁铁碳合金相碳合金相图图3.4 铸铸造造组织组织与缺陷与缺陷第第3 3章章 金属结晶与显微组织金属结晶与显微组织3.4 铸铸造造组织组织与缺陷与缺陷铸锭的组织特征铸锭的组织特征3.4 铸铸造造

37、组织组织与缺陷与缺陷铸锭铸锭(件件)三晶区的形成三晶区的形成 3.4 铸铸造造组织组织与缺陷与缺陷过冷度大过冷度大非均匀形核非均匀形核柱状晶粒柱状晶粒等轴晶粒等轴晶粒激冷晶粒激冷晶粒铸铸造造缺缺陷陷的的类类型型较较多多，常常见见的的有有缩缩孔孔、气气孔孔、疏疏松松、偏偏析析、夹夹渣渣、白白点点等等，它们对性能是有害的它们对性能是有害的.n缩缩孔孔：缩缩孔孔是是由由于于液液态态金金属属结结晶晶时时体体积积收收缩缩且且补补缩缩不不足足造造成成的的。可可通通过过改变结结晶晶时时冷冷却却条条件件和和加加冒冒口口等等来来进进行行控制。钢锭出现缩孔在锻轧前应切除控制。钢锭出现缩孔在锻轧前应切除.缩孔缩孔3

38、.4 铸铸造造组织组织与缺陷与缺陷n偏析：偏析：合金中各部分化学成合金中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析。分不均匀的现象称为偏析。铸锭铸锭(件件)在结晶时在结晶时,由于各部由于各部位结晶先后顺序不同，合金位结晶先后顺序不同，合金中的低熔点元素偏聚于最终中的低熔点元素偏聚于最终结晶区，造成宏观上的成分结晶区，造成宏观上的成分不均匀，称宏观偏析。适当不均匀，称宏观偏析。适当控制浇注温度和结晶速度可控制浇注温度和结晶速度可减轻宏观偏析。减轻宏观偏析。硫在钢锭中偏析的模拟结果硫在钢锭中偏析的模拟结果3.4 铸铸造造组织组织与缺陷与缺陷3.4 铸铸造造组织组织与缺陷与缺陷n气孔气孔:气孔是指液态金属中溶解的气体或反应生成气孔是指液态金属中溶解的气体或反应生成的气体在结晶时未逸出而存留于铸锭的气体在结晶时未逸出而存留于铸锭(件件)中的气泡中的气泡.铸件中的气孔铸件中的气孔缩缩松松铸铸锭锭中中的的封封闭闭的的气气孔孔可可在在热热加加工工时时焊焊合合，张张开开的的气气孔孔需需要要切切除除。铸铸件件中出现气孔则只能报废。中出现气孔则只能报废。钢锭的组织特征钢锭的组织特征3.4 铸铸造造组织组织与缺陷与缺陷