含碳量对组织和性能的影响.ppt

1234.44.4 含碳量对铁碳合金组组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组组织和性能的影响4含碳量与含碳量与Fe-Fe3C合金相合金相组成物相成物相对量、量、组织组成物相成物相对量的关系量的关系 5 含碳量含碳量对碳碳钢机械性能的影响机械性能的影响n 在在C%1%后，随含碳后，随含碳量的增加，量的增加，钢的硬度增加，的硬度增加，但但强度、塑性、度、塑性、韧性降低性降低n 这是因是因为Fe3C成成连续网状分布，网状分布，进一步破坏了一步破坏了铁素体基体之素体基体之间的的连接作接作用所造成。用所造成。6n 碳碳(C)、硅、硅(Si)、锰(Mn)、磷、磷(P)、硫、硫(S)通常被称通常被称为钢铁材料的五大元素材料的五大元素。n C，Si，Mn对钢铁材料是有益的，称材料是有益的，称为合金元素合金元素；n P和和S则是有害元素，称是有害元素，称为杂质元素元素。n N、H、O等元素的影响。等元素的影响。4.54.5 钢中的杂质元素及钢锭组织钢中的杂质元素及钢锭组织（1 1）合金元素与杂质元素）合金元素与杂质元素7n锰在在钢中的存在也属于有益元素，它与氧有中的存在也属于有益元素，它与氧有较强的的亲合合力，具有力，具有较好的脱氧能力，在好的脱氧能力，在炼钢时作作为脱氧脱氧剂加入。加入。n另外另外锰与硫的与硫的亲合力很合力很强，在，在钢液中与硫形成液中与硫形成MnS，起，起到去硫作用，大大的消除了硫的有害影响。到去硫作用，大大的消除了硫的有害影响。n钢中的含中的含锰量一般量一般为0.250.80%，它一部分溶入，它一部分溶入铁素体素体起到固溶起到固溶强化作用，提高化作用，提高铁素体的素体的强度，度，锰还可溶入渗碳可溶入渗碳体形成合金渗碳体（体形成合金渗碳体（Fe，Mn）3C，使，使钢具有具有较高的高的强度；度；n另一部分另一部分锰与硫形成与硫形成MnS，与氧形成，与氧形成MnO，这些非金属些非金属夹杂物大部分物大部分进入炉渣。入炉渣。（1）锰的影响的影响8n硅在硅在钢中的存在属于有益元素，由于它与氧有很大的中的存在属于有益元素，由于它与氧有很大的亲合力，具有很好地脱氧合力，具有很好地脱氧能力。在能力。在炼钢时作作为脱氧脱氧剂加入，加入，Si+2FeO=2Fe+SiO2，硅与氧化，硅与氧化铁反反应生成二生成二氧化硅（氧化硅（SiO2）非金属）非金属夹杂物，一般大部分物，一般大部分进入炉渣，消除了入炉渣，消除了FeO的有害作用。的有害作用。但如果它以但如果它以夹杂物形式存在于物形式存在于钢中，将影响中，将影响钢的性能。的性能。n碳碳钢中的含硅量一般中的含硅量一般Si%0.4%，它大部分溶入，它大部分溶入铁素体，起固溶素体，起固溶强化作用，提化作用，提高高铁素体的素体的强度，而使度，而使钢具有具有较高的高的强度。度。（2）硅的影响）硅的影响9（3）硫的影响）硫的影响10n硫在硫在钢中是有害的中是有害的杂质。n液液态时Fe、S能能够互溶，固互溶，固态时Fe几乎不溶解硫，而与硫形成熔点几乎不溶解硫，而与硫形成熔点为1190的化合物的化合物FeS。形成的共晶体（。形成的共晶体（-Fe+FeS）以离异共晶形式分布在）以离异共晶形式分布在-Fe晶界晶界处。n若将含有硫化若将含有硫化铁共晶体的共晶体的钢加加热到到轧制、制、锻造温度造温度时，共晶体熔化，共晶体熔化，进行行轧制或制或锻造造时，钢将沿晶界开裂，将沿晶界开裂，这种种现象称象称为钢的的“热脆脆”或或“红脆脆”。11（4）磷的影响）磷的影响12n磷在磷在钢中的存在一般属于有害元素。中的存在一般属于有害元素。n在在1049时，磷在，磷在Fe中的最大溶解度可达中的最大溶解度可达2.55%，在室温，在室温时溶解度仍在溶解度仍在1%左右，因此磷具有左右，因此磷具有较高的固溶高的固溶强化作用，使化作用，使钢的的强度、硬度度、硬度显著提高，但也著提高，但也使使钢的塑性，的塑性，韧性性剧烈降低，特烈降低，特别是使是使钢的脆性的脆性转折温度急折温度急剧升高，升高，这种种现象称象称为冷脆冷脆。13（5）氮的影响）氮的影响Fe-NFe-N相相图14n氮在氮在钢中的存在一般中的存在一般认为是有害元素。是有害元素。nN在在中的最大溶解度在中的最大溶解度在650为2.8%N，在，在中的最大中的最大溶解度在溶解度在590约为0.1%N,而在室温而在室温时的溶解度很小低的溶解度很小低于于0.001%N，因此将，因此将钢由高温快速冷却后，可得到溶氮由高温快速冷却后，可得到溶氮过饱和的和的铁素体。素体。这种溶氮种溶氮过饱和的和的铁素体是不素体是不稳定的，定的，在室温在室温长时间放置放置时N将以将以Fe4N的形式析出，使的形式析出，使钢的的强度、硬度升高，塑性、度、硬度升高，塑性、韧性降低，性降低，这种种现象称象称为时效硬效硬化化。n为了减了减轻氮的有害作用，就必氮的有害作用，就必须减少减少钢中的含氮量或中的含氮量或加入加入Al、V、Nb、Ti等元素，使它等元素，使它们优先形成先形成稳定的氮定的氮化物，以减小氮所造成的化物，以减小氮所造成的时效敏感性。效敏感性。15（6）氢的影响的影响n氢在在钢中的存在也是有害元素，它是由潮湿的中的存在也是有害元素，它是由潮湿的炼钢原原料和炉气而料和炉气而进入入钢中的。中的。n氢在在钢中的溶解度甚微，但中的溶解度甚微，但严重的影响重的影响钢的性能，的性能，氢溶入溶入铁中形成中形成间隙固溶体，使隙固溶体，使钢的塑性大大降低，脆性的塑性大大降低，脆性大大升高，大大升高，这种种现象称象称为氢脆脆。n含有含有较多多氢的的钢，在加，在加热热轧时溶入，冷却溶入，冷却时溶解度溶解度降低，析出的降低，析出的氢结合成合成氢分子，使分子，使钢的塑性大大降低，的塑性大大降低，脆性大大升高，加上脆性大大升高，加上热轧时产生的内生的内应力，当它力，当它们的的综合作用力大于合作用力大于钢的的时，在，在钢中就会中就会产生生许多微多微细裂裂纹如如头发丝一一样，也称，也称发裂，裂，这种种组织缺陷称缺陷称为白点白点。16（7）氧的影响）氧的影响n氧在氧在钢中的存在也是有害元素，由于中的存在也是有害元素，由于炼钢是一个氧化是一个氧化过程，氧在程，氧在钢液中起到去除液中起到去除杂质的的积极作用，但在随后极作用，但在随后的脱氧的脱氧过程中不能完全将它除程中不能完全将它除净，氧在，氧在钢中的溶解度很中的溶解度很小，在小，在700时为0.008%，在，在500时在在铁素体中的溶素体中的溶解度解度1 1，则则k k0 0愈大），愈大），愈大），愈大），则则凝固凝固凝固凝固时时偏析愈大，偏析愈大，偏析愈大，偏析愈大，产产生的枝晶脖生的枝晶脖生的枝晶脖生的枝晶脖颈颈很很很很细细，更易脱离成，更易脱离成，更易脱离成，更易脱离成为为中心等中心等中心等中心等轴轴晶区的籽晶。晶区的籽晶。晶区的籽晶。晶区的籽晶。46Al-CuAl-Cu合金合金合金合金铸铸件中的枝晶偏析件中的枝晶偏析件中的枝晶偏析件中的枝晶偏析4748本节要点本节要点概念：概念：细晶区、等晶区、等轴晶、柱状晶、偏析、宏晶、柱状晶、偏析、宏观偏偏析、微析、微观偏析、正偏析、反偏析、比重偏析、偏析、正偏析、反偏析、比重偏析、显微偏析、胞状偏析、枝晶偏析、晶界偏析、微偏析、胞状偏析、枝晶偏析、晶界偏析、缩孔、孔、疏松疏松合金元素与合金元素与杂质元素碳元素碳钢组织和性能的影响和性能的影响铸件的缺陷的件的缺陷的类型型49作作 业画出画出Fe-C相相图写出相写出相图中点中点线面所表示的含面所表示的含义，并，并给出相出相应的的成分、温度成分、温度写出工写出工业纯铁、亚共析共析钢、共析、共析钢、过共析共析钢、亚共晶共晶铸铁、共晶、共晶铸铁、过共晶共晶铸铁的凝固的凝固过程程