第2章-铁碳合金-金属工艺学教学课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,10/27/2024,第,2,章 铁碳合金,2.1,金属及合金的晶体结构,2.2,铁碳合金相图及其应用,2.3,常用的金属材料及选用,教学要求：,了解金属的晶体结构、晶体缺陷、纯金属的结晶与铸锭及合金的相结构本章重点,金属及合金的晶体结构和结晶特点铁碳合金的基本组织,二元合金状态图分析,作业：,P30:2.2;2.7,工 程 材 料 导 论,铁碳合金是最重要的工程材料，钢和铸铁是制造机器设备的主要金属材料，在工业生产中占主导地位与其它材料相比，其资源广泛、冶炼方便、价格低廉、性能优越金属材料铁碳合金是以铁、碳为主要组元组成的合金10/27/2024,2.1,金属及合金的晶体结构,要了解钢和铸铁的本质，首先必须了解纯铁的晶体结构金属的内部结构和组织状态是决定金属材料性能的一个重要因素金属在固态下通常都是晶体，了解和掌握金属的晶体结构、结晶过程及其组织特点，是零件设计时合理选材的根本依据铁碳合金,凝固：,一般,非晶体,由液态向固态转变的过程结晶：,由,液态金属,转变为,固态晶体,的过程液体,晶体,晶体：,原子排列是,有序,的，原子在三维空间做,规则的,、,周期性,的、,重复,排列。

有一定的,熔点,和,凝固,点，性能趋向,各向异性,非晶体,:,原子排列,杂乱无章,呈,无序,状态，没有一定的熔点和凝固点，性能趋向各向同性2.1.1,晶体结构及同素异构转变,10/27/2024,晶体结构,铁碳合金,10/27/2024,金属的同素异构转变,1538,1394,912,室温,-Fe,-Fe,-Fe,体心立方,面心立方,体心立方,金属的同素异构转变的慨念,金属在固态下，随着温度的改变其,晶体结构,发生变化的现象金属的同素异构转变的意义,可以用热处理的方法即可通过加热、保温、冷却来改变材料的组织，从而达到改善材料性 能的目的铁碳合金,10/27/2024,2.1.2,金 属 的 结 晶,纯金属的,理想状态,冷却曲线,C,T,0,L,a,b,S,0,a,：,结晶开始点,b,：结晶终了点,C,L,T,0,T,1,S,0,T,0,：理论结晶温度,T,1,：实际结晶温度,T=T,0,-T,1,（过冷度）,纯金属的,实际,冷却曲线,结晶的必要条件,-,过冷度,铁碳合金,10/27/2024,金属的结晶过程：,原子团,形核,晶核长大,小晶粒,晶粒（外形不规则的小晶体）,C,a,b,L,s,L+,s,0,a,：结晶开始点,b,：结晶终了点 合金的结晶是在,一个温度范围内,完成。

合金的结晶,铁碳合金,金 属 的 结 晶,10/27/2024,2.1.3,合 金 的 晶 体 结 构,要点：,研究金属材料的加工工艺，必须了解金属及合金的晶体结构和结晶过程1,合金的结构,概念,合金：,由,两种或两种以上,的元素通过,熔炼,后所获得的,新的物质,仍然具有,金属特性,组元：,组成合金的基本元素相：,凡是成分相同、结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分例如：,单一的液相,单一的固相,液相、固相两相共存,问题：,水、油混装在一个瓶子里，是几个相？,将奶粉加开水冲一杯牛奶又是几个相？,铁碳合金,10/27/2024,金属材料的主要性能,金属材料的力学性能,（,强度，塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度,）,金属材料的物理、化学性能,工艺性能,金属的晶格类型,结晶：,由,液态,金属,转变为,固态,晶体,的过程纯金属的,理想（非理想）状态,冷却曲线，,合金的结晶,冷却曲线,金属的结晶过程,晶核长大方式：,树枝状方式；,晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好细化晶粒的方法？,金属（铁）的同素异构转变：,1538,1394,912,室温,合金：,由,两种或两种以上,的元素通过,熔炼,后所获得的新的物质仍然具有,金属特性,。

组元；相,上次课内容回顾,10/27/2024,4.,合金的结构,固溶强化,A,、,B,两组元相互,溶解,后所形成的,新的物质,既不是,A,组元的结构，也不是,B,组元的结构，而是自身的一种,独立的结构,例如：,Fe,和,C,所形成的化合物,Fe3C,，就是一种典型的金属化合物3.,合金的结构,金属化合物,随着溶质原子的增加，所形成的固溶,体,的强度、硬度升高的现象例如：纯铁与钢的用途,铁碳合金,10/27/2024,思 考 题,1,在纯金属的冷却曲线上为什么会出现一水平台阶？,2,如果结晶时晶核不多而生长速度快，则结晶后的晶粒是粗还是细？,大作业：,1,、金属热加工（铸、锻、焊、热）过程中，热应力会导致零件产生变形，试分析产生热应力原因？并提出防止或消除变形的方法2,、试设计一根传动轴，并确定其加工方法和加工工艺路线10/27/2024,2.2,铁碳合金相图及其应用,本节重点：,铁碳合金状态图在铸造、压力加工、焊接和热处理中的应用,本节难点：,铁碳合金状态图的理解,铁碳合金由于其资源广泛、冶炼方便、价格低廉、性 能优越，在工业生产中广泛使用铁碳合金,10/27/2024,两种反应,1148,1,、共晶反应,一定成分的,液相,在一定的温度下,同时,结晶,出两种成分和结构均,不相同的固相,的反应。

L,4.3%c,A,2.11%c,+,Fe,3,C,6.69%c,2,、共析反应,一定成分的,固相,在一定的温度下,同时,析出,两种成分和结构均,不相同,的新的,固相,的反应A,2.11%c,727,F,0.02%c,+,Fe,3,C,6.69%c,共析反应的产物即,珠光体,（,P,）,共晶反应的产物即,莱氏体（,Ld,）,10/27/2024,2.2.3,铁碳合金状态图分析,渗碳体的熔点,共晶点,共析线,共析点,纯铁的熔点,1538,共晶线,ACD,线,液相线,AECF,线,固相线,碳在奥氏体中的最大溶解度,A3,线,Acm,用途,A1,线,912,铁碳合金,10/27/2024,铁碳合金相图中主要特性点的含义,特性点的符号,温度,t/,含碳量,wc%,含义,A,C,D,E,G,P,S,Q,1538,1148,1227,1148,912,727,727,室温,0,4.3,6.69,2.11,0,0.02,0.77,0.0008,纯铁的熔点,共晶点,渗碳体的熔点,碳在奥氏体中的最大溶解度,-Te,-Te,同素异晶转变点,碳在铁素体中的最大溶解度,共析点,碳在铁素体中的溶解度,10/27/2024,相图中主要线的含义,ACD,线,液相线,是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。

AECF,线,固相线,各种成分的合金均处在固体状态结晶温度终止线ECF,水平线,共晶线,含碳量为,4.3%,的液态合金冷却到此线时，在,1148,由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应PSK,水平线,共析线,（,A1,线）含碳量为,0.77%,的奥氏体冷却到此线时，在,727,同时,析出,铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应GS,线,（,A3,线）,是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线ES,线,称,Acm,线,是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线10/27/2024,典型合金结晶过程分析,铁碳合金,含碳量为,2.11%6.69%,的铁碳合金共晶生铁：,含碳量为,4.3%;,亚共晶生铁：,含碳量在,2.11%4.3%,之间；,过共晶生铁：,含碳量在,4.3%6.69%,之间；,含碳量小于,0.02%,的铁碳合金工业纯铁,钢,生铁,含碳量为,0.02%2.11%,的铁碳合金根据金相 组织的不同，可分为三种共析钢：,含碳量为,0.77%;,亚共析钢：,含碳量在,0.02%0.77%,之间；,过共析钢：,含碳量在,0.77%2.11%,之间；,10/27/2024,A,奥氏体,P,珠光体,F,铁素体,共析钢和亚共析钢的结晶过程分析,10/27/2024,过共析钢结晶过程分析,共晶生铁结晶过程分析,10/27/2024,Ld,变态莱氏体,亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析,10/27/2024,合金：,由,两种或两种以上,的元素通过,熔炼,后所获得的新的物质,仍然具有,金属特性,。

组元；相,固溶体：置换，间隙,C,溶入,-Fe,或,-Fe,金属化合物,(,形成新的物质）,Fe3C,固溶强化,(,强度、硬度升高）,铁与钢二元合金状态图的建立,上次课内容的回顾,铁碳合金,（组织、状态图、两种反应、四把火）,铁素体：,碳溶解在,Fe,中,的,间隙固溶体,(F,）,奥氏体：,碳溶解在,Fe,中,的,间隙固溶体,（,A,）,渗碳体：,铁与碳形成的,金属化合物,（,Fe3C,）,珠光体：,是奥氏体发生,共析转变,所形成的,铁素体,与,渗碳体,的,共析体,（,P,）,莱氏体：,是液态铁碳合金发生,共晶转变,所形成的,奥氏,体,与,渗碳体,的,共晶体,（,Ld,）,两种反应：,1,、共晶反应（,4.3%C,，,1148,，,A+Fe,3,C),2,、共析反应,(2.11%C,727,F+Fe3C),对状态图的分析（点、线、面）,10/27/2024,2.3.2,零件选材的一般原则,使用性能原则,使用性能是保证零件完成规定功能（即满足零件得到工作要求）的必要条件工艺性能原则,材料的工艺性能表示材料加工（铸造、锻造、焊接、切削加工和热处理等）的难易程度经济性原则,材料的经济性是选材的根本原则。

采用价格便宜的材料，把总成本降至最低，取得最大的经济效益，使产品在市场上具有最强的竞争力10/27/2024,。