理化检验学习教案.pptx

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1、会计学1理化理化(lhu)检验检验第一页，共76页。图图1-23 铁碳合金铁碳合金(hjn)相图相图LL+AAF+AFF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+LdA+Fe3CIIA+Fe3CII+LdLdLdL+Fe3CILd+Fe3CILd+Fe3CI第1页/共76页第二页，共76页。一、有关一、有关(yugun)合金的合金的基本概念基本概念1、合金、合金 alloy由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成的具有成的具有(jyu)金属特性的物质。如铜合金、铝合金、铁金属特性的物质。如铜合金、铝合金、铁碳合金等。碳合金等。2、组元

2、、组元 constituent组成合金的最基本的独立组成合金的最基本的独立(dl)的物质称组元，简的物质称组元，简称称“元元”。如：黄铜。如：黄铜 CuZn；硬铝；硬铝 AlCu 等都称等都称二元合金。二元合金。问题：铁碳相图中的组元是什么？问题：铁碳相图中的组元是什么？3、系、系 system由给定组元可以按不同比例配制一系列成分不同由给定组元可以按不同比例配制一系列成分不同的合金，简称：的合金，简称：“系系”。第2页/共76页第三页，共76页。4、相图、相图 ：表示合金系中合金状态与温度、：表示合金系中合金状态与温度、成分之间的关系成分之间的关系(gun x)的图解。的图解。如：铁碳如：铁

3、碳合金状态图合金状态图5、相、相 phase ：指同一化学成分，同一结构：指同一化学成分，同一结构(jigu)并以界面互相分开的均匀组成部分。并以界面互相分开的均匀组成部分。如如 固相、液相等。固相、液相等。6、组织 structure ：借助于放大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征(tzhng)的组成部分。问题：铁碳相图中的相和组织有哪些？注意组织和相的区别。如渗碳体是一种相。但可以分为不同组织。一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体，共析渗碳体。第3页/共76页第四页，共76页。特征特征(tzhng)：（1）晶格仍保持）晶格仍保持(boch)原晶格（溶剂）。原晶格（溶剂）。（

4、2）化学成分在一定）化学成分在一定(ydng)范围内可范围内可改变。改变。（3）性能随化学成分改变而逐渐变化。）性能随化学成分改变而逐渐变化。性能：性能：造成晶格畸变，强度、硬度上升。造成晶格畸变，强度、硬度上升。这种现象称这种现象称固溶强化固溶强化。若溶质原子质量分数（含量）适当，其力学性能高若溶质原子质量分数（含量）适当，其力学性能高。二、合金的相结构二、合金的相结构1、固溶体、固溶体 solid solution 概念：溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的一种均匀概念：溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的一种均匀固体。如；固体。如；铁素体铁素体。第4页/共76页第五页，共76页。2、金属、金属(jn

5、sh)化合物化合物 compound 概念：合金元素之间发生相互作用而生概念：合金元素之间发生相互作用而生成的一种具有金属成的一种具有金属(jnsh)特性的新相。如特性的新相。如 Fe与与CFe3C 特征特征(tzhng)：（1）具有一定的化学成分。）具有一定的化学成分。（2）与任一组元成分不同。）与任一组元成分不同。（3）熔点高、脆性大、硬度高。）熔点高、脆性大、硬度高。性能：性能：渗碳体，晶格：复杂斜方，渗碳体，晶格：复杂斜方，、HB，、ak，脆性大。，脆性大。第5页/共76页第六页，共76页。3、机械、机械(jxi)混合物混合物 mixture 概念：两相按固定比例构成的组织（复合概念：

6、两相按固定比例构成的组织（复合(fh)相），称机械混合物。如相），称机械混合物。如 铁碳合金中铁碳合金中 F与与Fe3C结合结合为为P。什么固定比例？什么固定比例？特征：各相保持自己的晶格类型、性能特点。特征：各相保持自己的晶格类型、性能特点。强度、硬度适中，目前钢铁材料中大强度、硬度适中，目前钢铁材料中大 部分是这种组织。部分是这种组织。（注意其与金属化合物的区别）（注意其与金属化合物的区别）问题问题(wnt)：铁碳相图中有哪些是固溶体、金属化合物：铁碳相图中有哪些是固溶体、金属化合物、机械混合物机械混合物？第6页/共76页第七页，共76页。n n为什么不都形成固溶体？为什么不都形成固溶体？

7、n n注意溶解度的不同。注意溶解度的不同。n n为什么平衡相图中室温时都由为什么平衡相图中室温时都由F F和和Fe3CFe3C组成，但会组成，但会有不同相结构和不同组织。有不同相结构和不同组织。n n注意马氏体、贝氏体不用铁碳相图分析。平衡与非注意马氏体、贝氏体不用铁碳相图分析。平衡与非平衡之分。平衡之分。n n如如T8T8钢钢MsMs点为点为230230，从铁碳相图上看，认为，从铁碳相图上看，认为230230以下为马氏体。错误。以下为马氏体。错误。n n那如何分析呢？要用那如何分析呢？要用C C曲线。曲线。n n注意母相和冷却注意母相和冷却(lngqu)(lngqu)速度。速度。第7页/共7

8、6页第八页，共76页。第第3节节 铁碳合金铁碳合金(hjn)（体心立方晶格）（体心立方晶格）（面心立方晶格）（面心立方晶格）（体心立方晶格）（体心立方晶格）铁碳合金的基本铁碳合金的基本(jbn)组织和性能组织和性能1.铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变 金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶（构）金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶（构）转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，有一定的转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，有一定的转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大两个阶段转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大两个阶段(jidun)。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构。故

9、同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构转变如下所示。转变如下所示。重结晶与再结晶的区别？重结晶与再结晶的区别？第8页/共76页第九页，共76页。n n重结晶与再结晶不同，重结晶是具有多型性相变的金属和合金，当温度改变通过其临界(ln ji)转变温度时，发生从一种点阵结构转变成另一种点阵结构的过程。第9页/共76页第十页，共76页。n n再结晶再结晶 金属冷加工变形金属冷加工变形(bin xng)(bin xng)后，由于内能提高而处于不稳定后，由于内能提高而处于不稳定状态，当加热到适当温度时，由于原子扩散能力增强，在晶格畸变状态，当加热到适当温度时，由于原子扩散能力增强，在晶格畸变较严重处，将

10、进行重新成核和晶粒长大，形成一些位向与变形较严重处，将进行重新成核和晶粒长大，形成一些位向与变形(bin xng)(bin xng)晶粒不同、内部缺陷减少的等轴小晶粒。这些小晶粒不晶粒不同、内部缺陷减少的等轴小晶粒。这些小晶粒不断向外扩展长大，直至冷变形断向外扩展长大，直至冷变形(bin xng)(bin xng)组织完全消失，从而获得组织完全消失，从而获得没有内应力和形变的稳定组织。这一没有相变的结晶过程叫做再结没有内应力和形变的稳定组织。这一没有相变的结晶过程叫做再结晶。可以进行再结晶的最低温度叫做等再结晶温度。再结晶温度的晶。可以进行再结晶的最低温度叫做等再结晶温度。再结晶温度的高低，一

11、般和金属的成分和形变量有关。能导致再结晶的最小形变高低，一般和金属的成分和形变量有关。能导致再结晶的最小形变量叫做临界形变。经再结晶后，金属的强度、硬度显著下降，塑性、量叫做临界形变。经再结晶后，金属的强度、硬度显著下降，塑性、韧性大大提高，加工硬化状态消失，内应力完全消除，金属的性能韧性大大提高，加工硬化状态消失，内应力完全消除，金属的性能又重新复原到冷变形又重新复原到冷变形(bin xng)(bin xng)之前的状态。之前的状态。第10页/共76页第十一页，共76页。n n动力不同。动力不同。再结晶：动力乃冷变形组织拥有的畸变能。再结晶：动力乃冷变形组织拥有的畸变能。重结晶：动力乃新旧相

12、之间的自由能差。重结晶：动力乃新旧相之间的自由能差。再结晶和去应力退火的区别：再结晶和去应力退火的区别：再结晶：有新的无畸变晶粒的生核和长大的过程。应力彻底释再结晶：有新的无畸变晶粒的生核和长大的过程。应力彻底释放。放。去应力退火：主要是一个回复的过程。是一个点缺陷减少明显，去应力退火：主要是一个回复的过程。是一个点缺陷减少明显，位错进行滑移和攀移的运动。位错密度减少有限，只是分布进位错进行滑移和攀移的运动。位错密度减少有限，只是分布进行了调整（多边形化形成亚晶），籍此而使系统的弹性行了调整（多边形化形成亚晶），籍此而使系统的弹性(tnxng)(tnxng)能降低，应力得到一定释放的过程。能降

13、低，应力得到一定释放的过程。第11页/共76页第十二页，共76页。2.2.铁素体（铁素体（F F）碳碳溶溶于于 中中的的固固溶溶体体，铁铁素素体体（F）保保持持体体心心立立方方晶晶格格结结构构。溶溶解解度度（0.0008%0.0008%0.0218%0.0218%），故故性性质质接接近近纯纯铁铁，强强度、硬度低，塑性、韧性好。（溶质是度、硬度低，塑性、韧性好。（溶质是C C，溶剂是，溶剂是FeFe。）。）3.3.奥氏体（奥氏体（A A）碳碳溶溶于于 中中的的固固溶溶体体，保保持持面面心心立立方方晶晶格格结结构构。溶溶解解度度（0.77%0.77%2.11%2.11%），其其强强度度和和硬硬度度

14、略略高高于于铁铁素素体体，塑塑性性、韧性较好。韧性较好。（溶质是（溶质是C，溶剂是，溶剂是Fe。）。）问题：碳在问题：碳在F F和和A A中的溶解度哪个大，为什么？中的溶解度哪个大，为什么？渗碳处理在什么温度进行好？渗碳处理在什么温度进行好？第12页/共76页第十三页，共76页。n n4.渗碳体（渗碳体（Fe3C）n n 铁和碳组成的金属化合物，铁和碳组成的金属化合物，复杂斜方晶体结构。含碳量为复杂斜方晶体结构。含碳量为6.69%，其硬度很高，塑性、韧，其硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，在一性几乎为零，脆性极大，在一定条件下分解为铁和石墨定条件下分解为铁和石墨(shm)。n n说明石墨

15、说明石墨(shm)比渗碳体更稳比渗碳体更稳定，那么为什么不直接析出石定，那么为什么不直接析出石墨墨(shm)而析出渗碳体呢？而析出渗碳体呢？n n固态相变的一大特点，相变阻固态相变的一大特点，相变阻力大，通常有亚稳相析出。力大，通常有亚稳相析出。第13页/共76页第十四页，共76页。6.6.莱氏体莱氏体LdLd 莱莱氏氏体体在在7270C7270C以以上上，由由奥奥氏氏体体与与渗渗碳碳体体组组成成的的机机械械混混合合物物，称称为为高高温温莱莱氏氏体体LdLd；在在7270C7270C以以下下，该该组组织织转转变变为为由由珠珠光光体体与与渗渗碳碳体体组组成成的的机机械械混混合合物物，称称为为低低

16、温温莱莱氏氏体体LdLd。其其力力学性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。学性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。问题：渗碳体中含碳量为问题：渗碳体中含碳量为6.69%6.69%，如何，如何(rh)(rh)计算？计算？Fe3CFe3C：含一个：含一个C C原子，原子，3 3个铁原子。个铁原子。5.5.珠光体珠光体 P P 珠珠光光体体是是铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体的的机机械械混混合合物物。珠珠光光体体强强度度较较高高，塑塑性性(sxng)(sxng)、韧韧性性和和硬硬度度介介于于渗渗碳碳体体和和铁铁素素体体之之间。间。第14页/共76页第十五页，共76页。铁碳合金铁碳合金(hjn)相图相图

17、铁碳合金相图：表示在平衡状态下铁碳合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。利用它可以研究钢和铸铁的内部组织及其变化规律，从而为更好的利用它们，并为制定热处理、压力加工等工艺规程(guchng)打下基础。在工程中一般研究的铁碳合金状态图实际上都是铁与渗碳体两组元构成的状态图，如图1-23所示。钢：含碳量小于钢：含碳量小于2.11%的铁碳合金的铁碳合金(hjn)；铸铁：含碳量大于铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。第15页/共76页第十六页，共76页。图图1-23 铁铁碳碳合合金金(hjn)相图相图LL+AAF+AFF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+LdA+Fe3CIIA+F

18、e3CII+LdLdLdL+Fe3CILd+Fe3CILd+Fe3CI第16页/共76页第十七页，共76页。相图上的特性相图上的特性(txng)(txng)线和点如下：线和点如下：2）AHJECF线线（固固相相线线）。当当合合金金冷冷却却到到此此线线时时，金金属属液全部液全部(qunb)结晶为固相，在此线以下区域为固相。结晶为固相，在此线以下区域为固相。问题：在这两条线之间是什么？问题：在这两条线之间是什么？1）ABCD线线（液液相相线线）。当当金金属属(jnsh)液液冷冷却却到到此此线线时时开开始始结结晶晶，在此线以上区域为液相。在此线以上区域为液相。由于图中左上角部分在实用中用处不大，故不

19、予分析。由于图中左上角部分在实用中用处不大，故不予分析。3）A A点。纯铁的熔点（点。纯铁的熔点（153815380 0C C）。）。4 4）D D点。渗碳体的熔点（点。渗碳体的熔点（122712270 0C C）。）。5 5）C C点。共晶点，温度点。共晶点，温度114811480 0C C，成分，成分4.3%C4.3%C。共共晶晶：指指合合金金在在一一定定的的条条件件(温温度度、成成分分)下下，由由液液体体合合金金中中同同时时结结晶晶出出两两种种不不同同的的晶晶体体，而而形形成成一一种种特特殊殊的的共共晶晶体体组组织织的的转转变。变。即即 第17页/共76页第十八页，共76页。6 6）EC

20、FECF线线（共共晶晶线线）。含含碳碳量量在在2.11%2.11%6.69%6.69%的的铁铁碳碳合合金金，冷冷却却到到此此线线时时（11480C11480C），将将发发生生共共晶晶反反应应，同同时时结结晶晶(jijng)(jijng)出出奥奥氏氏体体和渗碳体的共晶混合物莱氏体。和渗碳体的共晶混合物莱氏体。问题：不在问题：不在C C点的合金为何也有共晶反应。点的合金为何也有共晶反应。共晶反应是定成分点反应。固相、液相成分变化规律。共晶反应是定成分点反应。固相、液相成分变化规律。7 7）ESES线线。是是碳碳在在 中中的的溶溶解解度度曲曲线线，E E点点表表示示在在114811480 0C C时

21、时碳碳在在 中中的的最最大大溶溶解解度度为为2.11%2.11%。随随着着温温度度降降低低，溶溶解解度度下下降降，即即含含碳碳量量大大于于0.77%0.77%的的奥奥氏氏体体冷冷却却过过程程中中都都将将从从奥奥氏氏体体中中析析出出渗渗碳碳体体（次次生生渗渗碳碳体体，二二次次渗渗碳碳体体），常称为，常称为A Acmcm线。线。8 8）GSGS线线。是是冷冷却却过过程程不不同同含含碳碳量量的的奥奥氏氏体体中中析析出出(xch)(xch)铁素体的转变线，常称为铁素体的转变线，常称为A3A3线。线。第18页/共76页第十九页，共76页。1010）PSKPSK线线（共共析析线线）。含含碳碳量量在在0.0

22、218%0.0218%6.69%6.69%的的铁铁碳碳合合金金，冷冷却却到到此此线线时时（7270C7270C），将将发发生生共共析析反反应应，从从奥奥氏氏体体中中同同时时结结晶出铁素体和渗碳体的共析混合物珠光体。常称为晶出铁素体和渗碳体的共析混合物珠光体。常称为A1A1线。线。问题：不在问题：不在S S点的合金为何也有共析反应。点的合金为何也有共析反应。共析反应是一个定成分反应，共析反应是一个定成分反应，A A、F F成分变化规律。成分变化规律。亚亚共共析析钢钢A A、F F的的含含碳碳量量都都在在增增加加而而合合金金总总含含碳碳量量不不变变如如何何(rh)(rh)理解？理解？9 9）S S

23、点。共析点，温度点。共析点，温度7270C7270C，成分，成分0.77%0.77%。共共析析转转变变：指指合合金金在在一一定定条条件件下下，由由一一种种(y(y zhn)zhn)固固相相转转变变成两个固相的机械混合物的过程。成两个固相的机械混合物的过程。即：即：第19页/共76页第二十页，共76页。Fe-Fe3C相图相图(xin t)分析（书分析（书P17）点：点：点：点：A A、G G、QQ、(D)(D)；E E、P P；C C、S S线：线：线：线：ACDACD、AECFAECF；ECF ECF、PSKPSK；ES ES、PQPQ；GS GS；区：单相区：单相区：单相区：单相(dn xi

24、n(dn xin)区区区区55个（哪个（哪个（哪个（哪五个）五个）五个）五个）两相区两相区两相区两相区77个（哪七个）个（哪七个）个（哪七个）个（哪七个）三相区三相区三相区三相区33个（哪三个）个（哪三个）个（哪三个）个（哪三个）问题：如何以三相区来问题：如何以三相区来问题：如何以三相区来问题：如何以三相区来 记忆记忆记忆记忆Fe-Fe3CFe-Fe3C相图？相图？相图？相图？简化简化(jinhu)相相图图第20页/共76页第二十一页，共76页。铁碳合金铁碳合金(hjn)(hjn)的组织转变的组织转变 工业工业(gngy)(gngy)纯铁纯铁 含碳量小于含碳量小于0.0218%0.0218%的

25、铁碳合金，的铁碳合金，钢钢 含碳量在含碳量在0.0218%0.0218%2.11%2.11%的铁碳合金，的铁碳合金，共析钢共析钢 含碳量等于含碳量等于0.77%0.77%，亚共析钢亚共析钢 含碳量小于含碳量小于0.77%0.77%，过共析钢过共析钢 含碳量位于含碳量位于0.77%0.77%2.11%2.11%，白口铸铁白口铸铁 含碳量在含碳量在2.11%2.11%6.69%6.69%的铁碳合金的铁碳合金 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 含碳量等于含碳量等于4.3%4.3%，亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 含碳量位于含碳量位于2.11%4.3%2.11%4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 含碳量位于含

26、碳量位于4.3%4.3%6.69%6.69%第21页/共76页第二十二页，共76页。1.钢的结晶过程钢的结晶过程 为为方方便便起起见见，按按照照铁铁碳碳合合金金的的分分类类，把把相相图图分分为为钢钢和和白白口口(biku)铸铸铁铁两两部部分分；如如图图1-24为为经经过过简简化化的的钢钢的的铁铁碳碳合合金金相相图图。下面分析其结晶过程：下面分析其结晶过程：1）共共析析钢钢（如如图图I号号合合金金）的的结结晶晶(jijng)过程过程 其其室室温温组组织织为为珠珠光光体体，为为层层片片状状组组织织，具具有有较较高高的的强强度度 =800MPa，硬硬度度HBS=230,塑性较低塑性较低 =12%。问

27、问题题：书书中中P18珠珠光光体体组组织织是是层层片片状状的的，其其中中F体体积积大大约约是是渗渗碳碳体体的的8倍倍，如如何何得得来？来？图图1-24 钢的铁碳合金相图钢的铁碳合金相图0.772.11C%第22页/共76页第二十三页，共76页。共析钢的结晶共析钢的结晶(jijng)过程过程显微(xin wi)组织第23页/共76页第二十四页，共76页。2）亚亚共共析析钢钢（如如图图II号号合合金金(hjn)）的的结结晶过程晶过程 其其室室温温组组织织为为铁铁素素体体加加珠珠光光体体，其其显显微微组组织织如如图图1-29；其其性性能能介介于于铁铁素素体体和和珠珠光光体体之之间间；随随含含碳碳量量

28、升升高高，珠珠光光体体量量增增多多，故故强度硬度增加，塑性韧性下降。强度硬度增加，塑性韧性下降。问问题题：书书中中P21如如何何近近似似地地根根据据亚亚共共析析钢钢的的平衡组织来估算它的含碳量？平衡组织来估算它的含碳量？重重点点是是杠杠杆杆定定律律(dngl)的的应应用用，如如何何确确定定三个点。三个点。定定量量金金相相的的应应用用。IPP软软件件应应用用测测定定含含碳碳量量，测定晶粒度，测量马氏体针的长度等。测定晶粒度，测量马氏体针的长度等。图图1-20 钢的铁碳合金相图钢的铁碳合金相图0.772.11C%第24页/共76页第二十五页，共76页。n n亚共析钢的结晶亚共析钢的结晶(jijng

29、)过程：过程：显显微微(xin wi)组组织织第25页/共76页第二十六页，共76页。其其室室温温组组织织为为渗渗碳碳体体加加珠珠光光体体，其其显显微微组组织织如如图图1-31；随随含含碳碳量量升升高高，渗渗碳碳体体量量增增多多，故硬度增加，韧性故硬度增加，韧性(rn xn)下降。下降。二次渗碳体呈网状。二次渗碳体呈网状。图图1-20 钢的铁碳合金相图钢的铁碳合金相图0.772.11C%3）过共析钢（如图）过共析钢（如图III号合金号合金(hjn)）的结晶过程）的结晶过程第26页/共76页第二十七页，共76页。n n过共析钢的结晶过共析钢的结晶(jijng)过程：过程：显微(xin wi)组织

30、第27页/共76页第二十八页，共76页。过共析钢的显微过共析钢的显微(xin wi)组织：组织：第28页/共76页第二十九页，共76页。铸铸铁铁根根据据含含碳碳量量的的不不同同(b tn)可可分分为为共共晶晶白白口口铸铸铁铁（4.3%C）、亚亚共共晶晶白白口口铸铸铁铁（4.3%C）；其其简简化化的的铁铁碳碳合合金金相相图图如如图图1-22所所示示，下下面面分别分析其结晶过程。分别分析其结晶过程。2.白口白口(biku)铸铁的结晶过程铸铁的结晶过程图图1-22 生铁的铁碳合金相图生铁的铁碳合金相图2.114.36.690C1）共共晶晶(n jn)白白口口铸铸铁铁（如如图图V）的的结结晶晶过过程程

31、其室温组织为莱氏体。其室温组织为莱氏体。共共晶晶成成分分合合金金熔熔点点最最低低。适适合合铸铸造造合合金金成成分分选选取取。这这也也是是相相图图应应用用之之一。一。第29页/共76页第三十页，共76页。n n共晶白口铁的结晶共晶白口铁的结晶(jijng)过程：过程：显显微微(xin wi)组组织织第30页/共76页第三十一页，共76页。n n莱氏体（Ld）是在室温时珠光体及二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的机械混合物。含碳量为4.3%的共晶白口(biku)铸铁在1148时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体，并在727以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗

32、碳体基体上相间地分布着暗黑色斑的点状或细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。第31页/共76页第三十二页，共76页。其室温其室温(sh wn)组织为珠光体加莱氏体。组织为珠光体加莱氏体。图图1-22 生铁的铁碳合金相图生铁的铁碳合金相图2.114.36.690C2）亚亚共共晶晶(n jn)白白口口铸铸铁铁（如如图图IV）的结晶过程的结晶过程3）过过共共晶晶(n jn)白白口口铸铸铁铁（如如图图IIV）的结晶过程的结晶过程 其室温组织为渗碳体加莱氏体。其室温组织为渗碳体加莱氏体。第32页/共76页第三十三页，共76页。n n亚共晶亚共晶(n jn)白白口铁的结晶过程：

33、口铁的结晶过程：第33页/共76页第三十四页，共76页。n n过共晶过共晶(n jn)白白口铁的结晶过程：口铁的结晶过程：第34页/共76页第三十五页，共76页。n n亚共晶白口铁（含碳量亚共晶白口铁（含碳量2.112.114.3%4.3%）室温组织为珠室温组织为珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体。在显微镜下，珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体。在显微镜下，珠光体呈黑色块状或树枝状，莱氏体则在呈白色基体光体呈黑色块状或树枝状，莱氏体则在呈白色基体上散布黑色麻点和黑色条状，二次渗碳体则分布在上散布黑色麻点和黑色条状，二次渗碳体则分布在珠光体枝晶的边缘珠光体枝晶的边缘(binyun)(binyun)。n

34、n共晶白口铁（含碳量为共晶白口铁（含碳量为4.3%4.3%）室温组织为低温莱室温组织为低温莱氏体，显微镜下看到的是黑色粒状或条状珠光体散氏体，显微镜下看到的是黑色粒状或条状珠光体散布在白色渗碳体基体上。布在白色渗碳体基体上。n n过共晶白口铁（含碳量过共晶白口铁（含碳量4.34.36.69%6.69%）由先结晶的一由先结晶的一次渗碳体与低温莱氏体组成，显微镜下看到的是一次渗碳体与低温莱氏体组成，显微镜下看到的是一次渗碳体呈亮白色条状分布在莱氏体基体上。次渗碳体呈亮白色条状分布在莱氏体基体上。第35页/共76页第三十六页，共76页。铁碳合金铁碳合金(hjn)(hjn)相图的应用相图的应用 1 1

35、）在铸造中的应用。）在铸造中的应用。根根据据相相图图可可以以知知道道各各种种成成分分的的钢钢和和铸铸铁铁的的结结晶晶温温度度，可可确确定定合合金金(hjn)(hjn)的的浇浇注注温温度度，知知道道合合金金(hjn)(hjn)的的凝凝固固温温度度范范围围，判判断断流流动动性性以以及及缩缩孔孔、缩缩松松的的倾倾向向。共共晶晶成成分分的的合合金金(hjn)(hjn)，结结晶晶温温度度较较低低，偏偏析析较小，流动性好，因而铸造合金较小，流动性好，因而铸造合金(hjn)(hjn)的成分常选用接近共晶成分。的成分常选用接近共晶成分。2 2）在锻造中的应用。）在锻造中的应用。钢钢中中有有奥奥氏氏体体组组织织

36、时时，塑塑性性好好，变变形形抗抗力力低低，便便于于塑塑性性变变形形，故常故常(chn)(chn)选择单相奥氏体区域的适当温度范围。选择单相奥氏体区域的适当温度范围。3 3）在热处理中的应用。）在热处理中的应用。相相图图反反映映了了不不同同成成分分的的合合金金在在缓缓慢慢加加热热或或冷冷却却时时，所所发发生生的组织转变温度，是的组织转变温度，是制订热处理工艺制订热处理工艺的依据。的依据。第36页/共76页第三十七页，共76页。思考题：思考题：1.1.何何谓谓奥奥氏氏体体、铁铁素素体体、渗渗碳碳体体、珠珠光光体体、莱莱氏氏体体，它它们们的的性性能能(xngnng)(xngnng)如何？如何？2.2

37、.试试简简述述铁铁碳碳合合金金状状态态图图中中C C点点、S S点点、ECFECF线线、PSKPSK线线、ESES线线和和GSGS线线的物理含义。的物理含义。3.3.试试分分析析含含碳碳0.4%C0.4%C、0.77%C0.77%C、1.0%C1.0%C、3.0%C3.0%C、4.3%C4.3%C和和5.0%C5.0%C的的合合金在极缓慢冷却时组织的转变过程，并指出其室温组织。金在极缓慢冷却时组织的转变过程，并指出其室温组织。4.4.和和 的最大含量？的最大含量？5.5.铁碳合金相图的应用。铁碳合金相图的应用。第37页/共76页第三十八页，共76页。第二章第二章 钢的热处理基础钢的热处理基础(

38、jch)(jch)Heat treatment of carbon steel1、热处理概念、热处理概念(ginin)GB/T737299采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温、采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温、冷却以获得预期的组织冷却以获得预期的组织(zzh)结构与性能的工艺。结构与性能的工艺。目的目的：改变钢的工艺：改变钢的工艺性能；强化钢材；满性能；强化钢材；满足使用要求。足使用要求。原理原理：改变组织改变组织。固态。固态相变。相变。t o时间时间 加热加热保温保温冷却冷却热处理工艺曲线热处理工艺曲线如GCr15钢的球化退火。含碳1%左右，含铬1.5%左右。第38页/共

39、76页第三十九页，共76页。2、热处理分类、热处理分类(fn li)按目的、加热条件按目的、加热条件(tiojin)和特点和特点不同分：不同分：退火、正火、淬火退火、正火、淬火(cu hu)、回火。、回火。是讨论的是讨论的重点重点 （1）整体热处理）整体热处理 bulk heat-treatment（2）表面热处理）表面热处理 surface heat-treatment火焰加热法、感应加热法。火焰加热法、感应加热法。（3）化学热处理）化学热处理 thermo-chemical treatment渗碳、渗氮、碳氮共渗等渗碳、渗氮、碳氮共渗等（4）特殊热处理）特殊热处理 special hent

40、-treatment形变热处理、磁场热处理、真空热处理、激光热处理等形变热处理、磁场热处理、真空热处理、激光热处理等。第39页/共76页第四十页，共76页。第一节第一节 钢在加热钢在加热(ji r)时的组织转时的组织转变变GPQSEAFF+AA+Fe3CpF+PP+Fe3C加热加热(ji r)时：时：“C”下标下标滞后性，热惯性滞后性，热惯性如：AC1；AC3；AccmAC3AccmAC1冷却冷却(lngqu)时：时：“r”下标下标如：Ar1；Ar3；ArcmAr3Ar1Arcm一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成以共析钢为例，室温以共析钢为例，室温 PF+Fe3C混合物混合物F体心体心 立方立方

41、 WC=0.0218%;Fe3C复杂斜方复杂斜方WC=6.69%AC1A 面心立方面心立方 WC=0.77%*奥氏体形成的过程是奥氏体形成的过程是 Fe、C原子的扩散过程原子的扩散过程第40页/共76页第四十一页，共76页。n n绝大多数热处理过程(guchng)都需要将钢加热到钢的临界点以上，使钢部分或全部转化为奥氏体，再适当冷却n n加热转变的奥氏体状态，如晶粒大小、形状、空间取向、亚结构、成分、均匀性等对后续的处理意义重大第41页/共76页第四十二页，共76页。Fe3CFA 核核AA形成形成(xngchng)过程：过程：1、奥氏体的形核、奥氏体的形核3、剩余、剩余(shngy)Fe3C的

42、溶的溶解解4、奥氏体的均匀、奥氏体的均匀(jnyn)化化6.69%0.0218%0.77%以非均匀形核为主要形式A核一般在F和Fe3C交界处形成从成分考虑 F（0.02%）Fe3C（6.69%）A（0.77%）从能量考虑 交界处（界面、界棱、界隅）提供形核所需能量所谓：浓度起伏、结构起伏、能量起伏。2、奥氏体的、奥氏体的长大长大第42页/共76页第四十三页，共76页。A核的长大核的长大(chn d)n nA核的长大是通过Fe3C溶解、C原子在A中扩散(kusn)、A两侧向F和Fe3C推移完成的FFe3CC原子(yunz)发生扩散扩散破坏界面C平衡FA、Fe3C A以降低（升高）C浓度，促使反应

43、进行。问题：用相图如何分析？第43页/共76页第四十四页，共76页。渗碳体溶解渗碳体溶解(rngji)n n当珠光体中铁素体全部消失时，渗碳体还没有完全溶解，此时A中C%小于P中的C%，为什么？n n对渗碳体还没有完全溶解的解释：C扩散决定。n n在随后的转变过程中，Fe3C不断溶解，C继续(jx)在A中扩散，直至所有Fe3C全部溶解n n该过程为一个缓慢的过程第44页/共76页第四十五页，共76页。奥氏体均匀奥氏体均匀(jnyn)化化n n同样为一个缓慢(hunmn)的过程原铁素体一侧原渗碳体一侧第45页/共76页第四十六页，共76页。二、影响二、影响 A 形成的因素形成的因素1、加热速度、

44、温度的影响。温度、加热速度、温度的影响。温度高，加热速度快，扩散能力强，高，加热速度快，扩散能力强，A形成速度快。形成速度快。2、原始组织、原始组织(zzh)的影响。原的影响。原始组织始组织(zzh)越细，越细，A形成速形成速度快。度快。3、化学成分的影响。含碳量越高，、化学成分的影响。含碳量越高，A形成速度快。碳化物形成元素形成速度快。碳化物形成元素减慢减慢A形成速度，非碳化物形成形成速度，非碳化物形成元素增加元素增加A形成速度，扩大形成速度，扩大A相相区元素增加区元素增加A形成速度，减小形成速度，减小A相区元素减慢相区元素减慢A形成速度。形成速度。第46页/共76页第四十七页，共76页。观

45、看视频观看视频(shpn)资料资料第47页/共76页第四十八页，共76页。n n亚亚亚亚共共共共析析析析钢钢钢钢和和和和过过过过共共共共析析析析钢钢钢钢的的的的奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体化化化化过过过过程程程程与与与与共共共共析析析析钢钢钢钢基基基基本本本本相相相相同同同同。但但但但由由由由于于于于先先先先共共共共析析析析 或或或或二二二二次次次次Fe3CFe3CFe3CFe3C的的的的存存存存在在在在，要要要要获获获获得得得得全全全全部部部部奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体组组组组织织织织，必必必必须须须须相相相相应应应应加加加加热热热热到到到到Ac3Ac3Ac3Ac3或或或或AccmAccmAccm

46、Accm以上。以上。以上。以上。n n问题：碳钢中完全问题：碳钢中完全问题：碳钢中完全问题：碳钢中完全(wnqun)(wnqun)(wnqun)(wnqun)n n 奥氏体化温度最低奥氏体化温度最低奥氏体化温度最低奥氏体化温度最低n n 的成分点是哪一点？的成分点是哪一点？的成分点是哪一点？的成分点是哪一点？n n炼钢时从高温冷却已炼钢时从高温冷却已炼钢时从高温冷却已炼钢时从高温冷却已n n经历此过程，为何又经历此过程，为何又经历此过程，为何又经历此过程，为何又n n加热？加热？加热？加热？第48页/共76页第四十九页，共76页。三、三、A A晶粒长大晶粒长大(chn d)(chn d)及其控

47、制及其控制n nA晶粒的形成并不意味着A化的完结，继续加热、保温将导致A晶粒长大n nA晶粒大小直接影响冷却转变的组织和性能n n一、A晶粒度n nA晶粒大小用晶粒直径(zhjng)d、单位面积内晶粒个数n来表示n n定义：放大100倍，每645mm2内晶粒个数为nN为晶粒度第49页/共76页第五十页，共76页。N：14粗晶粒钢 N8：超细晶粒起始(q sh)晶粒度：加热转变终了时A晶粒大小 取决于I、V实际晶粒度：长大到冷却开始时的A晶粒大小 取决于加热温度、保温时间、化学成分、原始组织等本质晶粒度：93010保温38h实际晶粒度 与合金元素、脱氧方式有关第50页/共76页第五十一页，共76

48、页。影响影响(yngxing)A长大的因素长大的因素n n加热温度、保温(bown)时间n n加热速度n n未溶第二相微粒的钉扎作用n n提高起始晶粒均匀性，可降低驱动力P，抑制长大n n原始组织n n 快速加热、短时保温(bown)第51页/共76页第五十二页，共76页。盐浴炉盐浴炉可控气氛可控气氛(qfn)保护保护真空热处理真空热处理四、加热四、加热四、加热四、加热(ji r)(ji r)时常见的缺陷时常见的缺陷时常见的缺陷时常见的缺陷n n过热：晶粒粗大，可以消除过热：晶粒粗大，可以消除(完全退完全退火或等温退火或正火火或等温退火或正火)n n过烧：晶界局部熔化，无法过烧：晶界局部熔化，

49、无法(wf)消除消除n n氧化氧化n n脱碳脱碳如带锯条的淬火和回火是在氮气保护下进行的。铅浴淬火。刀具的盐浴淬火。汽车轮毂的真空炉处理。第52页/共76页第五十三页，共76页。铝合金的过烧组织铝合金的过烧组织(zzh)第53页/共76页第五十四页，共76页。第二节第二节 钢在冷却时组织钢在冷却时组织(zzh)转变转变A1温度温度(wnd)时间时间(shjin)O连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却一、过冷一、过冷A的等温冷却转变的等温冷却转变过冷过冷A冷却到冷却到 A1 线以下暂时存在的线以下暂时存在的A。等温冷却等温冷却将将 A 由高温由高温冷却到冷却到 A1 线以下某个温度线以下某个温度等温

50、停留一段时间，然后冷等温停留一段时间，然后冷却下来的方式。却下来的方式。等温转变等温转变在等温保持在等温保持时，过冷时，过冷 A 发生的转变发生的转变第54页/共76页第五十五页，共76页。1、等温转变曲线的建立、等温转变曲线的建立(jinl)（还可利用材料的磁性能和热（还可利用材料的磁性能和热膨胀性能）膨胀性能）以共析钢为例以共析钢为例 把钢材制成把钢材制成101.5mm的圆片试样的圆片试样,分成若干组分成若干组 取一组试样取一组试样,在盐炉内加热使之在盐炉内加热使之A化化.将将A化后的试样快速投入化后的试样快速投入 A1 以下以下(yxi)某一温度的浴炉中进行等某一温度的浴炉中进行等温转变