《机械制造基础 教学课件 ppt 作者 朱秀琳 06课题六铁碳合金》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造基础 教学课件 ppt 作者 朱秀琳 06课题六铁碳合金（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课题六 铁碳合金,掌握金属的结构与结晶基本知识； 掌握铁碳合金的基本组织并能熟练运用铁碳相图； 掌握碳素钢的基本知识； 了解金属的变形和再结晶基本知识； 了解铸铁及其热处理；,学习目标,一、纯金属的晶体结构,1）晶体 物体内部的原子(或分子)在三维空间中, 按一定规律作周期性排列的固体。,1、晶体结构的基础知识,第一节 金属的结构与结晶,2)非晶体,物体内部的原子呈散乱分布,其物理和力学性能各向同性。和液体相似，亦称为“过冷液体”或“无定形体”。,3）晶格: 用以描述晶体中原子排列规律的空间点阵格架。,4）晶胞 :能完全反映晶格特征的最小几何单元。,5）晶面、晶向,在晶体中由一系列原子组成的平
2、面，称为晶面,通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的一定方向，称为晶向,2、常见的三种晶体结构,1）体心立方晶格 b-c- c,晶胞特征参数:,a = b = c , = = = 90,晶胞中的原子数: n=81/8+1=2个,2）面心立方晶格( f-c-c),晶胞特征参数:,a = b = c , = = = 90,晶胞中的原子数: n=81/8+61/2=4个,3）密排六方晶格 ( c-p h),*晶胞中的原子数: n=121/6+21/2+3 =6个,*晶胞的特征参数:,二、金属的实际晶体结构 1、单晶题与多晶体,单晶体：内部晶格位向完全一致各自异性 多晶体：由许多位向各
3、不相同的单晶体块组成各自同性,2、晶体缺陷 晶体内部由于结晶条件或加工等方面的影响，使原子排列规则受到破坏，表现出原子排列的不完整性。,（1）点缺陷,晶格空位 间隙原子 置换原子,2. 线缺陷 -位错 二维尺度很小，另一维尺度很大的原子错排,3.面缺陷 一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域,晶界 晶粒与晶粒之间的界面。 亚晶界 相邻晶粒位向很小(一般12)的小角度晶界。,三、合金的晶体结构,1、基本概念 合金 ( alloy ) 组元 ( 元 ) ( element ) 合金系( alloy system ) 相 ( phase ) 组织 (structure),2、合金的相结构 固溶体
4、 合金在由液态结晶为固态时，组元间互相溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其它组元的新相，这种新相称为固溶体。,1）置换固溶体 * 形成特征: R溶剂 R溶质,置换固溶体的分类：,无限固溶体,有限固溶体,2）间隙固溶体,* 形成的特征: R溶质 / R溶剂 0.59 一般溶质元素为非金属元素，而溶剂元素多为过渡族金属元素。,固溶体的性能,晶格畸变,固溶强化,3、金属化合物,（1）金属化合物的结构特点,具有原子整数倍关系,是合金的组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物中间相。,（2）金属化合物的主要性能,具有一定程度的金属性质 具有较高的熔点 硬度较高 脆
5、性大 塑性、韧性差,4、机械混合物,单一固溶体：强度、硬度较低 单一化合物：硬而脆 机械混合物不是一种单一相,五、纯金属与合金的结晶,凝固与结晶的概念 结晶的现象与规律 同素异晶(构)转变,知识点：,凝固 物质由液态转变成固态的过程。LS,结晶 晶体物质由液态转变成固态或一种固态转变成另一种固态的过程。 一次结晶：LS晶态 二次结晶：SS 晶态,1.纯金属结晶时的冷却曲线,2. 过冷现象与过冷度,过冷现象 ( supercooling ) 过冷度 ( degree of supercooling ) T = T0 T1 过冷是金属结晶的必要条件。,二、结晶的一般规律,形核 长大,1.晶核的形成
6、,在一定的过冷度下,当有潜热放出时,晶核就形成。 晶核形成的形式: * 自发形核 * 非自发形核,2.晶核的长大方式,平面长大,树枝状长大,三、金属结晶后的晶粒的大小,过冷度的影响,变质剂的影响,影响晶核的形核率和晶体长大率的因素：,细化晶粒的途径,提高冷却速度,变质处理,机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。,降低浇注速度,四、金属的同素异构（晶）转变,纯铁的冷却曲线,某些金属凝固后随温度变化还会发生晶格类型的改变，这种现象称为同素异晶转变。具有可逆性。,四、金属的同素异构（晶）转变,金属在固态下随温度的改变，由一种晶格类型转变为另一种晶格类型，称为金属的同素异构（晶）转变。如铁、钛、钴等。,第
7、三节 铁碳合金相图,Fe - C相图的基础知识,钢 铸铁 应用最广的金属材料，它们的基本组成都是Fe和碳C两种元素。掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。,形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能。 Fe - Fe3C 相图的分析。 铁碳合金的分类。 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。 Fe - Fe3C 相图的应用。,知识点,一、Fe - Fe3C 相图的组元和基本组织,是指在极其缓慢的加热（或冷却）的条件下，不同成分的铁碳合金在不同的温度下所具有的组织（或相）的一种图形。,1、铁碳合金相图,基本组织及其性能,1、铁素体( F ) C溶于Fe中形成的间隙固溶体。
8、 Wc 0.02% 其性能与纯铁接近，有较好的塑性和韧性，但强度和硬度较低。,2、奥氏体 ( A ),C溶于-Fe中形成的间隙固溶体。 溶C能力较大Wc=0.772.11% 一般只能在727以上存在。 具有良好的塑性和低的抗变形能力。适于压力加工。,3、渗碳体 ( Fe3C ),铁与碳形成的金属化合物。 其硬度高（800HBW），脆性大，不单独使用，在钢中起强化作用。,4、珠光体 ( P ) - Pearite,727时，铁素体和渗碳体组成的机械混合物。,5、莱氏体( Ld ) - Ledeburite,奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。,二、Fe - Fe3C 相图的建立与分析,1、Fe -
9、Fe3C 相图的建立,包晶反应相图,共晶反应相图,共析反应相图,匀晶反应相图,2、Fe - Fe3C 相图的分析,六个重要点: A、 D 、 C 、 S 、 E 、 P 四条重要线: ECF、ES、GS、PSK 两个重要温度: 1148 、727 两个重要转变: 共晶转变反应式、共析转变反应式,3、铁碳合金分类,工业纯铁 共析钢 亚共析钢 过共析钢 共晶白口铁 亚共晶白口铁 过共晶白口铁,4、典型铁碳合金结晶过程,三、含碳量对铁碳合金组织、 力学性能的影响,含碳量对平衡组织的影响。 含碳量对力学性能的影响。 含碳量对工艺性能的影响。,1、含碳量对平衡组织的影响,所有Fe-Fe3C合金的室温组织
10、都是由铁素体F和渗碳体Fe3C两相组成，因此，把铁素体和渗碳体称为Fe-Fe3C合金的相组成物。含碳量越高，合金中Fe3C的相对量越多，铁素体的相对量越少。,2、含碳量对力学性能的影响,碳钢的组成相只有铁素体和渗碳体两种，组织组成物有铁素体、珠光体和二次渗碳体三种。由于铁素体硬度低、塑性好，渗碳体硬度非常高、塑性为0；所以，由铁素体和渗碳体均匀混合的珠光体具有良好的综合性能，即具有良好的强度和硬度，同时也具有较好地塑性和韧性。,3、含碳量对工艺性能的影响,对铸造性能的影响。 对锻造性能的影响。 对焊接性能的影响。 对切削加工性能的影响。,1、选择材料方面的应用,分析零件的工作条件, 根据铁碳合
11、金成分、组织、性能之间的变化规律进行选择材料。,根据铁碳合金成分、组织、性能之间的变化规律, 确定选定材料的工作范围。,四、Fe - Fe3C 相图的应用,2、制定热加工工艺方面的应用,在铁碳合金中，碳质量分数小于2.11%而不含特别加入的合金元素的钢。 碳素钢冶炼简便，加工容易，价格便宜，而且在一般情况下能满足使用性能的要求，故应用十分广泛,第四节 碳素钢,（1）Mn 锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的元素。锰在钢中的含量一般为0.250.8。,1）有益元素,一、杂质元素对钢的性能的影响,（2）Si 硅也是作为脱氧剂加入钢中的。硅的脱氧能力比锰还要强，钢中硅的含量一般不超过0.4。,2）有害
12、元素:,（1）P 磷是从矿石中带入钢中的杂质。,（2）S 是在炼铁时矿石和燃料带入的杂质。,（3）气体元素: N、O、H,二、碳素钢的分类、牌号、 性能及用途,碳素钢的分类,1、按碳的质量分数分类: 低碳钢: Wc 0.25% 中碳钢: 0.25% 0.6%,2、按钢的质量分类:,* 碳素钢: Wp =(0.035%0.045%) Ws =(0.035%0.050%),* 优质碳素钢: Wp 0.035% Ws 0.035%,* 高级优质碳素钢: Wp 0.030% Ws 0.020%,3、按钢的用途分类:,* 碳素结构钢 用于制造各种机械零件、工程构件。一般为低、中碳钢。,* 碳素工具钢 用
13、于制造各种工具。一般为高碳钢。,碳素钢的编号及用途,1、普通碳素结构钢,用于一般工程构件和不重要的一般机械零件。大多数在供应状态下使用，不作专门的热处理。,2、优质碳素结构钢,这类钢含碳量小于0.8，有害杂质含量很少。通常经过热处理后可提高机械性能。常制造各种较重要的机械零件。,3、碳素工具钢,这类钢常用于制造刃具、量具、模具等，在使用时应经淬火加低温回火，使其具有高的硬度和耐磨性。,4、铸造碳钢,ZG 200 - 400,第五节 铸铁及其热处理,含碳量为2.11%6.69%的铁碳合金称为铸铁。,为了进一步提高铸铁的力学性能或得到某些特殊性能，常加入铬、钼等合金元素或提高硅、锰、磷等元素的质量
14、分数，这种铸铁称为合金铸铁。,一、铸铁的石墨化,铸铁组织中的碳以石墨形式析出的过程称为石墨化,在铁碳合金中碳的存在形式有Fe3C和石墨G两种。,二、铸铁种类,1.白口铸铁（银白色）,白口铸铁中的碳几乎全部以渗碳体存在，其性能特点是硬而脆，切削加工非常困难，一般不用于制造零件，而作为可锻铸铁的毛坯件。,2.灰铸铁（片状）,灰铸铁中的碳全部或大部分以片状石墨存在，其机械性能不如钢，但因有石墨的存在而带来一些优点，如吸振性、耐磨性、可切削性、铸造性能等。牌号HT + 三位数字。,3. 球墨铸铁（球状）,石墨的机械性能极低。,在铁水浇注之前加入球化剂（稀土镁合金），进行球化处理，便可使石墨呈球状，这就是球墨铸铁。,4.可锻铸铁,可锻铸铁是将白口铸铁在高温下经长时间的石墨化退火后得到的。,由于采用的可锻化退火工艺不同，可分为黑心可锻铸铁（F可锻铸铁KTH）和白口可锻铸铁（P可锻铸铁KTZ）。,5.蠕墨铸铁（蠕虫状）,蠕墨铸铁是在灰铸铁浇注时，向铁液中加入蠕化剂（镁钛合金、稀土镁合金）即可获得。,6.合金铸铁,为了提高铸铁的某些特殊性能如耐磨、耐热、耐蚀性等，在熔化时加入合金元素的铸铁称为合金铸铁。,
