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铁碳合金相图.ppt

铁碳合金相图

袁爱问
2011-04-09 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《铁碳合金相图ppt》,可适用于工程科技领域

铁碳相图ironcarbondiagram铁碳相图ironcarbondiagram主要的内容主要的内容铁碳合金状态图铁碳合金的结晶过程和组织变化铁碳合金的成分、组织与性能间的关系FeC合金概述FeC合金概述钢(Steels)和铸铁(Castirons)是现代机械制造工业中应用最广的金属材料虽然种类很多成分不一其基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素故统称为铁碳合金(alloysoftheiron-carbonsystem)。铁碳相图(ironcarbondiagram)描述了钢铁材料的成分、温度与组织(相)之间的关系是了解钢铁材料的基础。FeC合金概述FeC合金概述在铁碳合金中Fe与C可以形成一系列化合物:FeC、FeC、FeC。所以FeC相图可以划分成FeFeC,FeCFeC,FeCFeC和FeCC四个部分。由于化合物是硬脆相后面三部分相图实际上没有应用价值(工业上使用的铁碳合金含碳量不超过%)因此通常所说的铁碳相图就是FeFeC部分。FeFeC相图FeFeC相图FeC合金中的组元FeC合金中的组元铁碳合金中组元:纯铁(Fe)渗碳体(FeC)()纯铁(Fe)()纯铁(Fe)纯铁(pureiron)纯铁固态下具有同素异构转变(allotropictransformation)纯铁具有磁性转变(℃磁性转变、magnetictransformation)。纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变纯铁的冷却曲线及晶体结构变化纯铁的冷却曲线及晶体结构变化概念概念铁素体:碳在aFe(体心立方结构的铁)中的间隙固溶体。奥氏体:碳在γFe(面心立方结构的铁)中的间隙固溶体。渗碳体:碳和铁形成的稳定化合物(Fec)。珠光体:铁素体和渗碳体组成的机械混合物(FFec含碳)莱氏体:渗碳体和奥氏体组成的机械混合物(含碳)()渗碳体(FeC)-A()渗碳体(FeC)-A渗碳体(cementite)是FeC合金中碳以化合物(FeC)形式出现的。FeC在℃以下具有铁磁性常用A表示这个临界点。FeC在钢和铸铁中呈现片状粒状网状和板条状。FeC合金中的基本相FeC合金中的基本相在FeFeC相图中FeC合金在不同条件(成分温度)下可有五(六)个基本相:L相、δ相、γ相、α相、FeC相、(石墨G)。()液相(L)Fe与C在高温下形成的液体溶液。(ABCD线以上)()δ相高温铁素体(hightemperatureferrite)FeC合金中的基本相FeC合金中的基本相()奥氏体(austenite)奥氏体(γ或A)是C溶解于γFe形成的间隙固溶体称为奥氏体(austenite)。FeC合金中的基本相FeC合金中的基本相()铁素体(ferrite)铁素体(α或F)是C溶于α-Fe形成的间隙固溶体称为铁素体(ferrite)。()渗碳体(cementite)前面已讨论过()石墨(C)在一些条件下碳可以以游离态石墨(graphite)(hcp)稳定相存在。所以石墨在于FeC合金铸铁中也是一个基本相。FeFeC相图分析FeFeC相图分析如图为FeFeC相图全貌。根据分析围绕三条水平线可把FeFeC相图分解为三个部分考虑:左上角的包晶部分右边的共晶部分左下角的共析部分。分析点、线、区特别是重要的点、三条水平恒温转变线、重要的相界线()FeFeC相图的点()FeFeC相图的点FeFeC相图相图中的各特性点所对应的温度、成分和意义如下表:A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S、Q各点(表)()FeFeC相图的线()FeFeC相图的线。A三条水平线A三条水平线①HJB包晶转变线:(℃)Lδγ(LBδHγJ)转变产物为奥氏体(austenit)强度低塑性好A三条水平线A三条水平线②ECF共晶转变线:(℃)LγFeC(LCγEFeC)转变产物为莱氏体(ledeburite)用Ld表示。硬、脆、无法加工A三条水平线A三条水平线③PSK共析转变线(A线):(℃)γαFeC(γSαPFeC)转变产物为α和FeC组成的机械混合物称为珠光体(pearlite)用P表示。塑性、韧性、硬度介于α和FeC之间。B两条磁性转变线B两条磁性转变线①A线(虚线):渗碳体的磁性转变线℃以上无磁性℃以下铁磁性。②MO(A线):铁素体的磁性转变线。℃以上无磁性℃以下铁磁体。A温度又称居里点。A、A、A、A、Acm线温度依次升高。C几条重要的相界线(固态转变线)C几条重要的相界线(固态转变线)①GS线(A线):冷却时从γ中开始析出或加热时α全部溶入γ中的转变线②ES线(Acm线):碳在γ中的溶解度曲线。冷却时从γ中开始析出FeCⅡ或加热时FeCⅡ全部溶入γ中的转变线C几条重要的相界线(固态转变线)C几条重要的相界线(固态转变线)③PQ线:碳在α中的溶解度线。冷却时从α中开始析出FeCⅢ或加热时FeCⅢ全部溶入α中的转变线()FeFeC相图中的区()FeFeC相图中的区FeFeC相图中的区:·个单相区:L、δ、γ、α、FeC·个两相区:Lδ、Lγ、LFeC、δγ、γFeC、γα、αFeC·个三相共存区:LγFeC(ECF线)、Lδγ(HJB线)、γαFeC(PSK线)FeC合金分类FeC合金分类Fe、C合金通常按其含碳量(Wc)及其室温平衡组织分为三大类:工业纯铁(pureiron)、碳钢(carbonsteel)、铸铁(castiron)。根据碳钢和铸铁的相变、组织特征可把二者细分。即:()工业纯铁:(Wc<)显微组织为固溶体。()钢()钢钢(steel)是含碳量在(Wc=~)之间的Fe、C合金。其特点是:高温组织为单相的γ具有很好的塑性。因而可以进行锻造、轧制等压力加工。根据其室温组织的不同碳钢(carbonsteel)又可分为:共析钢(eutectoidsteel):Wc=亚共析钢(hypoeutectoidsteel):Wc=~过共析钢(hypereutectoidsteel):Wc=~()白口铸铁()白口铸铁白口铸铁(whitecastiron)是含碳量在Wc=~之间的Fe、C合金。其特点液态合金结晶时都发生共晶反应液态时有良好的流动性因而铸铁都具有良好的铸造性能。但因共晶产物是以FeC为基的莱氏体组织所以性能硬、脆不能锻造。其断口呈银白色故称为白口铸铁。上述Wc=具有重要的意义它是钢和铸铁(生铁)的理论分界线。Wc对铁碳合金机械性能的影响Wc对铁碳合金机械性能的影响F为软韧相FeC为硬脆相故FeC合金的力学性能取决于α和FeC两相的相对量及它们的相互分布特征。硬度(HB)延伸率δ(塑性、韧性)强度(Mpa)铁素体%%渗碳体珠光体%%Wc对铁碳合金工艺性能的影响Wc对铁碳合金工艺性能的影响●切削加工性:●可锻性:金属经受压力加工改变形状但不产生裂纹的性能。铁碳相图的应用铁碳相图的应用在生产中具有很大的实际意义主要应用在钢铁材料的选用和加工工艺的制订两个方面。()在选材方面()在铸造工艺方面()在热锻热轧工艺方面()在热处理工艺方面锻压常识及相关知识锻压常识及相关知识主要涉及的内容主要涉及的内容绪论锻造用原材料锻造的热规范自由锻主要工序分析锻后热处理性能热处理金属材料的机械性能绪论绪论锻造工艺学及其性质锻造生产的特点及其在国民经济中的作用我国锻造生产的历史现状及发展趋势锻造生产方法的分类一、锻造工艺学及其性质一、锻造工艺学及其性质锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。锻造和冲压同属塑性加工性质统称锻压锻造生产的特点及其在国民经济中的作用锻造生产的特点及其在国民经济中的作用特点地位大型锻件主要应用于以下方面大型锻件主要应用于以下方面、轧钢设备、锻压设备、矿山设备、火力发电设备、水力发电设备、核能发电设备、石油、化工设备、船舶制造工业、军工产品制造:实例(核反应堆中主要锻件M)实例(核反应堆中主要锻件M)Closurehead(monobloc)VesselflangeInlet(outlet)nozzleNozzleshellCoreshellTransitionringLowerdome实例实例EllipticalheadUppershell(Ⅰ、Ⅱ)ConicalshellIntermediateshell(lower)(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)TubesheetPrimaryhead(channelhead)实例实例UpperheadCoreshellLowerhead我国锻造生产的历史现状及发展趋势我国锻造生产的历史现状及发展趋势历史现状趋势锻造生产方法的分类锻造生产方法的分类按所用工具不同锻造可以分为自由锻和模锻两大类按坯料在加工时的温度可分为冷锻和热锻。第二、锻造用原材料第二、锻造用原材料金属材料按加工状态锻造用钢锭锻造用钢锭钢锭及其冶炼钢锭的结构钢锭的内部缺陷实例(接管段炼钢的简要流程)钢锭及其冶炼钢锭及其冶炼冶炼工艺的主要任务冶炼工艺的主要方法钢锭的结构钢锭的结构钢锭是由冒口、锭身、底部组成钢锭的内部缺陷钢锭的内部缺陷激冷结晶区(细小等轴结晶区)没问题柱状结晶区没多大问题树枝状结晶区多产生负V型偏析,因此这部分多产生偏析线、夹渣、气泡等缺陷自由结晶区(粗大等轴结晶区)多产生V型偏析,常产生偏析线、夹渣、金属夹杂物、渣孔、气泡等缺陷,呈所谓疏松组织淀淀结晶区常产生夹渣类缺陷偏析偏析定义:指各处成分与杂质分不的不均匀现象包括枝晶偏析和区域偏析等成因:由于选择性结晶、溶解度变化、比重差异和流速不同造成的。危害:造成力学性能不均匀和裂纹缺陷夹杂夹杂定义:主要是指冶炼时产生的氧化物硫化物、硅酸盐等非金属夹杂。成因:冶炼产物及外来夹渣物危害:对热锻过程和锻件质量均有不良影响它破坏金属的连续性在应力的作用下在夹杂处产生应力集中引发微裂纹成为疲劳源气体气体定义:主要指钢中的有害气体如氢、氧等。危害:容易产生白点缺陷还会引起脆性热锻工艺性将明显下降。白点对钢的机械性能尤其对塑性和韧性有影响是许多重要用途的合金钢不允许有的低倍缺陷气泡气泡它主要产生在钢锭的冒口、底部、及中心部位。缩孔缩孔它主要在最后凝固的冒口区形成由于冷凝结晶时没有钢液补充面形成孔洞性缺陷组织同时含有大量杂质因此必须切除疏松疏松它主要集中在钢锭中心部位产生的原因与缩孔相同。影响钢锭冶金缺陷的条件影响钢锭冶金缺陷的条件综上所述钢锭的冶金缺陷与冶炼、浇注过程、冷凝结晶条件、钢锭模具设计、耐火材料质量等有关。实例(接管段锻件用钢生产方案)实例(接管段锻件用钢生产方案)采用双真空处理的工艺进行生产。、冶炼浇注方案采用电炉(#、#、#)冶炼温度较高、成份合适的粗炼钢水分别热兑到t和t精炼炉内进行精炼及一次真空处理。依据炉前快速分析的结果适时调整钢水成份直至达到目标值。当精炼炉钢水成份、温度合适时分别采用t及t天车吊包出钢在t真空室(#真空室)、利用真空浇注及中间包芯杆吹氩(LB)在浇注过程中对钢水进行二次真空处理。钢锭在浇注完并冷凝一定时间后脱模用t送锭车热送至水锻实例(接管段锻件用钢生产方案)实例(接管段锻件用钢生产方案)、工艺流程图第三锻造的热规范第三锻造的热规范金属的锻前加热金属加热时产生的缺陷及防止措施锻造温度范围的确定金属的加热规范金属的锻前加热金属的锻前加热目的:提高金属的塑性降低变形抗力使其易于流动成形并获得良好的锻后组织方法:火焰加热电加热金属加热时产生的缺陷及防止措施、氧化、脱碳、过热、过烧、裂纹锻造温度范围的确定锻造温度范围的确定锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的温度范围。、始锻温度的确定必须保证无过烧现象、终锻温度的确定防止晶粒粗大应稍高于再结晶温度金属的加热规范金属的加热规范加热规范制定的原则及方法、装炉温度、加热温度、均热保温、加热时间第四、自由锻主要工序分析第四、自由锻主要工序分析自由锻的定义自由锻的目的自由锻的工序分类大型锻件的特殊锻造方法锻件的主要缺陷自由锻的定义自由锻的定义自由锻造是利用金属的塑性在锤或液压机上采用简单通用工具控制金属流动将金属坯料锻造成型的方法自由锻的目的自由锻的目的()使金属坯料成为一定的形状和尺寸()锻合金属坯料内部疏松、缩孔等冶金缺陷()去除钢锭的夹杂(切除水口、冒口)或改善夹杂物的分布()使锻件得到均匀的组织为锻后热处理创造良好的条件自由锻的工序分类自由锻的工序分类、基本工序:镦粗、拔长、冲孔、芯棒拔长、马杠扩孔弯曲、切断、错移、扭转、锻接、辅助工序:钢锭倒棱、预压钳口等、修整工序:滚圆、平整、大型锻件的特殊锻造方法大型锻件的特殊锻造方法()、FM法(FreeFromMannesmanneffect)避免产生曼内斯曼效应即锻件心部不产生拉应力的锻造方法因此又可以叫作:毛坯中心部位免除了轴向拉应力的锻造法()WHF法(widedieheavyblowforgingmethod),WHF法是宽砧强力压下锻造法。一般与JTS法并用()JTS法即中心压实法(或温间锻造法、硬壳锻造法)()KD法(V型钻锻造法)用途很广泛。锻件的主要缺陷锻件的主要缺陷()   横向裂纹()   纵向裂纹()   表面龟裂()   内部微裂()   局部粗晶()   表面折叠()   中心偏移()   机械性能不能满足要求自由锻工艺要点自由锻工艺要点水冒口要除量变形过程的选择锻造比的选择压实过程t自由锻水压机t自由锻水压机第五锻后热处理第五锻后热处理锻后热处理的目的与作用锻后热处理常用方法实例(锻后热处理曲线)锻后热处理的目的与作用锻后热处理的目的与作用()消除锻造应力降低锻件的表面硬度提高其切削加工性能。()满足机械性能要求。()调整与改善组织。()防止和消除白点的问题。锻后热处理常用方法锻后热处理常用方法方法:退火annealing 正火normalizing回火tempering淬火quenching  操作要点操作要点、装炉前的准备工作、装炉温度。、待料温度、锻件摆放、配炉原则、加热、冷却实例实例锻后处理曲线第六、性能热处理第六、性能热处理性能热处理的目的与作用性能热处理常用方法实例(性能热处理曲线)性能热处理的目的与作用性能热处理的目的与作用其主要目的是:通过加热、冷却的方法改变金属或合金的组织结构使其具备工程技术上所需要的性能。提高金属材料的力学性能充分发挥材料的潜力节约材料延长零件使用寿命制定热处理规范的原则制定热处理规范的原则按其导热性能碳化物溶解的难易以及对终冷温度的要注将钢种分成若干组然后再按锻件尺寸的不同分别条用不同的工艺参数。其主要目的也是为了减少热处理过程中的内应力对锻件的危害作用。性能热处理常用方法性能热处理常用方法退火:完全退火、球化退火、去应力退火等正火淬火:回火:低温回火、中温回火、高温回火固溶处理整体热处理   表面淬火:火焰加热、感应加热、激光加热物理气相沉积化学气相沉积等离子化学气相沉积表面热处理  渗碳渗氮碳氮共渗其它:渗其它金属或非金属、多元共渗化学热处理    退火退火退火是将工件加热到适当温度根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间然后进行缓慢冷却正火正火正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却淬火淬火淬火是将工件加热保温后在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬但同时变脆。回火回火为了降低钢件的脆性将淬火后的钢件在高于室温而低于℃的某一适当温度进行长时间的保温再进行冷却这种工艺称为回火实例(性能热处理曲线)实例(性能热处理曲线)性能热处理曲线管板的性能热处理曲线第七   金属材料的机械性能第七   金属材料的机械性能机械性能的定义表示金属材料机械性能的指标实际工程中常用指标机械性能的定义机械性能的定义金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能称为机械性能表示金属材料机械性能的指标表示金属材料机械性能的指标强度塑性硬度冲击韧性强度强度强度:金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。工程上常用的是屈服强度yieldstrength(Rp、Rp)抗拉强度ultimate(tensile)strength(Rm)塑性塑性塑性:金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力称为塑性。工程上常用的是、延伸率:elongation(A)、断面收缩率(Ψ)硬度硬度硬度:金属材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。工程上常用的是、布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR、HRC)、维氏硬度(HV)冲击韧度冲击韧度冲击韧度:金属材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧度。工程上常用的是冲击韧性(Ak):材料抵抗冲击载荷的能力单位为焦耳厘米(Jcm)冲击吸收功(ISOV、KV)第八、关于不锈钢的基本知识第八、关于不锈钢的基本知识不锈钢的分类不锈钢的冶炼不锈钢的锻造不锈钢的固溶处理不锈钢的分类不锈钢的分类、马氏体不锈钢 、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢含碳高达在任何冷速下都会由奥氏体变为马氏体强度高相当于低合金钢有磁性。耐腐蚀性能差不容易焊接焊后应退火处理。典型钢号如Cr、Cr等。铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢含碳达耐腐蚀性不理想铬是其主要成分含镍少只能抗氧化不能耐酸碱有磁性无相变不能用热处理提高强度。焊接时热影响区晶粒长大从而降低韧性脆性转变温度高于室温。典型钢号如Cr、Cr。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢铬超过、镍近就能获得奥氏体不锈钢。一般铬均超过镍完成奥氏体化。奥氏体不锈钢焊接性能好无淬硬性抗腐蚀性能强有良好的低温韧性无相变为敏化后不过多降低晶间腐蚀焊接时不预热焊后不热处理。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢简单的奥氏体不锈钢是钢即CrNi()这种钢应用普及缺点是材料可能发生敏化产生晶间腐蚀。温度~℃时多余的C向晶粒界飞速扩散在晶界附近和Cr结合成CrC出现晶粒边界贫Cr当Cr低于时产生晶间腐蚀。CrNi钢敏化时在晶界会产生磷的偏析容易出现应力腐蚀裂纹。核电用不锈钢经常用CrNiMo()核电产品常用的不锈钢核电产品常用的不锈钢CrNi相当于美国CrNi相当于美国LCrNiTi相当于美国CrNiMo相当于美国CrNiNb相当于美国CrNiMoN相当于美国NCrNiMo相当于美国LCrNiSi相当于美国BCrNi相当于美国不锈钢的锻造不锈钢的锻造.锻造主要解决晶粒度、相和夹杂物.不锈钢的晶粒度与加热温度和变形量有关.变形量.α相铁素体相呈园滑无规则的形状δ铁素体相是有规则的多边形几何体。不锈钢的固溶处理不锈钢的固溶处理固溶处理的目的加热温度固溶处理冷却速度稳定化处理消除应力处理固溶处理可降低相含量

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