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1、第三节第三节 铁碳合金相铁碳合金相图图l铁碳合金铁碳合金碳钢碳钢和和铸铁铸铁，是工业应用最广的合金。是工业应用最广的合金。l含碳量为含碳量为0.0218%2.11%的称的称钢钢l含碳量为含碳量为 2.11%6.69%的称的称铸铁铸铁。l含碳量大于含碳量大于Fe3C成分成分（6.69%）时，合金太脆，）时，合金太脆，已无实用价值。已无实用价值。l实际所讨论的铁碳合金实际所讨论的铁碳合金相图是相图是Fe-Fe3C相图相图。第一节第一节第一节第一节 纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能一、纯铁的同素异构转变一
2、、纯铁的同素异构转变一、纯铁的同素异构转变一、纯铁的同素异构转变 1、铁的同素异构转变、铁的同素异构转变l铁在固态冷却过程中有铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其两次晶体结构变化，其变化为：变化为：1394912-Fe -Fe -Fel同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度变化而同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度变化而变化的现象称变化的现象称同素异构转变（同素异构转变（或或重结晶）重结晶）。同素异构同素异构转变属于相变之一转变属于相变之一固态相变固态相变。纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变l-Fe、-Fe为为体心立方结构体心立方结构(BCC)，-Fe为为面面心立心立方结构方结构(
3、FCC)。都是铁的都是铁的同素异构体同素异构体。-Fe-Fel2、固态转变的特点、固态转变的特点l形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、特定晶面等）。特定晶面等）。l由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。l固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。二、室温平衡状态下铁碳合金组织中基本组成物及机性二、室温平衡状态下铁碳合金组织中基本组成物及机性二、室温平衡状态下铁碳合金组织中基本组成物及机性二、室温平衡状态下铁碳合金组织中基本组成物及机性不同而不同，不同而不同，600
4、时为时为0.006%，室温下仅为室温下仅为0.0008%,727 时最大达时最大达0.02%，是体心立方间隙固溶体是体心立方间隙固溶体。性能性能：F叫工业纯铁，韧性很好，延伸率叫工业纯铁，韧性很好，延伸率=4550%，强，强度和硬度均不高，度和硬度均不高，b=250MPa，HB80。晶粒为均匀。晶粒为均匀明亮的多边形。明亮的多边形。铁素体铁素体 组元：组元：Fe、Fe3C 组成物：组成物：铁素体：铁素体：碳在碳在-Fe中的固溶体中的固溶体称称铁素体铁素体,用用F 或或 表示。表示。-Fe溶解的能力很小，随温度的溶解的能力很小，随温度的l 奥氏体奥氏体:l碳在碳在 -Fe中的固溶体称中的固溶体称
5、奥氏体奥氏体。用。用A或或 表示。表示。l是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，大，1148时最大为时最大为2.11%。l组织为不规则多面体晶粒，组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。晶界较直。性能：性能：强度低、塑性好强度低、塑性好，钢钢材热加工都在材热加工都在 区进行。区进行。l碳钢室温组织中无奥氏体碳钢室温组织中无奥氏体.奥氏体奥氏体l 渗碳体：渗碳体：是是Fe和形成的稳定化合物，含量为和形成的稳定化合物，含量为6.69%，具有复杂的晶格，具有复杂的晶格，用用Fe3C表示。表示。l性能性能：Fe3C硬度高硬度高(HB约约800)、强度低、
6、强度低(b 35MPa),脆脆性大性大,塑性几乎为零，塑性几乎为零，其形状可以是片状、网状和粒状其形状可以是片状、网状和粒状.lFe3C是一个亚稳相，在一定是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨),该反应该反应对铸铁有重要意义。对铸铁有重要意义。l由于碳在由于碳在-Fe中的溶解度很中的溶解度很小，因而小，因而常温下碳在铁碳合常温下碳在铁碳合金中主要以金中主要以Fe3C或或石墨石墨的形的形式存在式存在。铸铁中的石墨铸铁中的石墨钢中的钢中的渗碳体渗碳体l（）、（）、P：F和和Fe3C组成的机械混合物。组成的机械混合物。l性能性能：其性能介于：其性能介于
7、F和和Fe3C之间，之间，l（）、（）、Ld(或或Le)：A和和Fe3C组成的机械混合物，它只组成的机械混合物，它只在高温在高温(727)存在，在存在，在727 以下，以下，Ld是由是由PFe3C组成，用组成，用Ld表示。表示。l性能性能：Ld与与Fe3C相似，相似，HB700，塑性差。，塑性差。铁碳合金相图：铁碳合金相图：是研究铁碳合金最基本的是研究铁碳合金最基本的工具工具，是研究碳是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基理论基础础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据依据.第二节第二节铁碳
8、合金相图的分析铁碳合金相图的分析一、概述一、概述l 特征特征点点 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+l 特征线特征线l 液相线液相线ABCD，固相线固相线AHJECFl 三条水平线：三条水平线：lHJB：包晶线包晶线LB+H J lECF：共晶共晶线线LC E+Fe3Cl共晶产物共晶产物是是 与与Fe3C的机械的机械混合物，称作混合物，称作莱莱氏氏体体,用用Le（或或d)表示。表示。为蜂窝状为蜂窝状,以以Fe3C为基，性能硬而脆为基，性能硬而脆。莱氏体莱氏体lPSK：共析线共析线 S FP+Fe3Cl共析转变的产物是共析转变的产物是 与与Fe3C的机械混合物，称的机械混合物，称作
9、作珠光体珠光体，用，用P表示。表示。珠光体珠光体L+L+L+Fe3C+Fe3C +F+Fe3Cl珠光体的组织特点是珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。性能介于两相之间。PSK线又称线又称A1线线。l 其它相线其它相线lGS,GP 固溶体固溶体转变线转变线,GS又称又称A3 线。线。lHN,JN 固溶体转固溶体转变线，变线，lES碳在碳在 -Fe中的固中的固溶线。溶线。又称又称Ac m线。线。lPQ碳在碳在-Fe中的固中的固溶线。溶线。l 三个三相区：三个三相区：即即HJB(L+)、ECF(L+Fe3C)、PSK(+Fe3C)三条水平线三条水平线 l 相区相
10、区l 五个单相区：五个单相区：L、Fe3C l 七个两相区七个两相区:L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C 二、工业纯铁、钢和白口铸铁结晶过程分析二、工业纯铁、钢和白口铸铁结晶过程分析二、工业纯铁、钢和白口铸铁结晶过程分析二、工业纯铁、钢和白口铸铁结晶过程分析l 钢钢(0.02182.11%C)高高温组织为单相温组织为单相 l 亚共析钢亚共析钢 (0.02180.77%C)l 共析钢共析钢(0.77%C)l 过共析钢过共析钢 (0.772.11%C)l铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：l 工业纯铁工业纯铁(0.0218%C)组织为单相铁
11、素体。组织为单相铁素体。亚亚共共析析钢钢共共析析钢钢过过共共析析钢钢共共晶晶白白口口铁铁过过共共晶晶白白口口铁铁亚亚共共晶晶白白口口铁铁工工业业纯纯铁铁l 白口铸铁白口铸铁 (2.116.69%C)铸造性能好铸造性能好,硬而脆硬而脆l 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (2.114.3%C)l 共共晶晶白白口口铸铸铁铁(4.3%C)l 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 (4.36.69%C)l工工业业纯纯铁铁的的结晶过程结晶过程 l合合金金液液体体在在1-2点点间间转转变变为为，3-4点点 间间 ，5-6点点 间间 。到到7点点，从从 中中析出析出Fe3C。NSJBH L+l工业纯铁的结晶过程工业纯铁
12、的结晶过程 随温度下降随温度下降，Fe3C量不断量不断增加，增加，合金的合金的室温下组织室温下组织为为F+Fe3C。l室室温温下下Fe3C最大量为最大量为:l从铁素体中析出的渗碳体称从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，三次渗碳体，用用Fe3C表示。表示。Fe3C以不连续网状或片状分布于晶界。以不连续网状或片状分布于晶界。l 共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程 l合合金金液液体体在在1-2点点间间转转变变为为。到到S点点发发生生共共析析转变：转变：S P+Fe3C,全全部部转转变变为为珠珠光体光体(P)。l共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程l珠光体珠光体在光在光镜下呈指纹状镜下呈指纹状.l相变结束时
13、，珠光体中相相变结束时，珠光体中相的相对重量百分比为的相对重量百分比为：l珠光体中的渗碳体称珠光体中的渗碳体称共析共析渗碳体渗碳体。lS点以下，共析点以下，共析 中析出中析出Fe3C，与共析与共析Fe3C结合不结合不易分辨。易分辨。室温组织为室温组织为P.珠光体珠光体Ql室温下，珠光体中室温下，珠光体中两两相的相对重量百分比相的相对重量百分比是多少？是多少？Q43219l 亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程l0.090.53%C亚共析钢亚共析钢冷却时发生包晶反应冷却时发生包晶反应.l以以0.45%C的钢为例的钢为例l合金在合金在4点以前通过匀点以前通过匀晶晶包晶包晶匀晶反应全匀晶反应全部转变
14、为部转变为。到。到4点，由点，由 中析出中析出 。到。到5点点,成分沿成分沿GS线变到线变到S点，点，发生发生共析反应转变为珠光体。温度继续下降，共析反应转变为珠光体。温度继续下降，中析出中析出Fe3C，由于与共析由于与共析Fe3C结合结合,且量少且量少,忽略不计忽略不计.+Fe3CGSPABJH亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程l利用平衡组织中珠光体所利用平衡组织中珠光体所占的面积百分比，可以近占的面积百分比，可以近似估算亚共析钢的含碳量似估算亚共析钢的含碳量:C%=P面积面积%0.77%(忽略忽略 中含碳量中含碳量，P面积面积%=QP)共析温度下相共析温度下相(+Fe3C)的相对重量为的
15、相对重量为：组织组成物组织组成物(+P)的相对重量为：的相对重量为：Sl室温下相的相对重量室温下相的相对重量百分比为：百分比为：l室温下组织组成物的相对重量百分比为：室温下组织组成物的相对重量百分比为：Sl亚共析钢室温下的组织亚共析钢室温下的组织为为F()+P。l在在0.02180.77%C 范围范围内内珠光体的量随含碳量珠光体的量随含碳量增加而增加增加而增加。含含0.45%C钢的组织钢的组织含含0.20%C钢的组织钢的组织含含0.60%C钢的组织钢的组织l 过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程 l合金在合金在12点转变点转变为为 ,到到3点点,开始析出开始析出Fe3C。从奥氏从奥氏体中析出体
16、中析出的的Fe3C称称二次渗碳体二次渗碳体,用用Fe3C表示表示,其其沿晶沿晶界呈网状分布界呈网状分布.l温度下降温度下降,Fe3C量增加。量增加。到到4点，点，成分成分沿沿ES线变化到线变化到S点，余下的点，余下的 转变为转变为P。在共析温度下在共析温度下FeFe3 3C C的相对量？的相对量？过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程l室温下两相室温下两相(+Fe3C)的的相对重量百分比：相对重量百分比：室温下两组织组成物室温下两组织组成物(P+Fe3C)的相对重量百分比：的相对重量百分比：12345Sl 共晶白口铁的结晶过程共晶白口铁的结晶过程 l合金冷却合金冷却到到C点发生共晶反应全部转变点
17、发生共晶反应全部转变为莱氏体为莱氏体(Le),莱氏体莱氏体是共晶是共晶 与共与共晶晶Fe3C的机械混合物的机械混合物,呈蜂窝状呈蜂窝状.Fe3C l共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为:lC点以下点以下,成分沿成分沿ES线变化，共晶线变化，共晶 将析出将析出Fe3C。Fe3C与共晶与共晶Fe3C 结合，不易分辨。结合，不易分辨。12 Fe3Cl温度降到温度降到2点点,成分达到成分达到0.77%,此时此时,相的相对重量相的相对重量:l在在2点点,共晶共晶 发生共析反应，转变为珠光体，这种发生共析反应，转变为珠光体，这种由由P与与 Fe3C组成的组成的共晶体
18、称共晶体称低温莱低温莱氏体氏体,用用Le表示表示.2 点以下，共晶点以下，共晶体中体中P 的变化同的变化同共析钢。共析钢。S共晶白口铁的结晶过程共晶白口铁的结晶过程l共晶白口铁室共晶白口铁室温组织为温组织为Le(P+Fe3C),它它保留了共晶转保留了共晶转变产物的形态变产物的形态特征。特征。l室温下两相的室温下两相的相对重量百分相对重量百分比为：比为：l 亚共晶白口铁的结晶过程亚共晶白口铁的结晶过程l合合金金在在12点点间间析析出出 。到到2点点，液液相相成成分分变变到到C点点,并并转转变变为为Le。23点点间间从从 中中析析出出Fe3C，一一次次 的的Fe3C被共晶被共晶 衬托出来。到衬托出
19、来。到3点，点，转变为转变为P。亚共晶白口铁的结晶过程亚共晶白口铁的结晶过程l亚亚共共晶晶白白口口铁铁室室温温组组织织为为P+Fe3C+Le。l室室温温下下组组织织组组成成物物相相对对重量百分比为重量百分比为：ECFD1234N室温下相的相对重量百分比室温下相的相对重量百分比?l 过共晶白口铁的结晶过程过共晶白口铁的结晶过程l12点间点间从液相中析出从液相中析出Fe3C,这种渗碳体这种渗碳体称称一次渗碳一次渗碳体体，用用 Fe3C表示，呈粗条片状。表示，呈粗条片状。到到2点，余下的液相点，余下的液相成分变到成分变到C点并转变点并转变为为Le。DFK3Fe3C124l2点以下点以下,Fe3C成分
20、重量不再成分重量不再发生变化发生变化,Le变化同共晶合金变化同共晶合金,其其室温组织为室温组织为Fe3C+Le。l组织组成物与相组织组成物与相组成物标注区别组成物标注区别主要在主要在+Fe3C和和+Fe3C两个相区两个相区.+Fe3C相区中相区中有有四个组织组成物四个组织组成物区，区，+Fe3C相区相区中中有七个组织组有七个组织组成物区。成物区。l 组织组成物在铁碳合金相图上的标注组织组成物在铁碳合金相图上的标注 +Fe3C +Fe3C FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+F ALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CA+Fe3C+LeLeLe+Fe3CLe+
21、Fe3CLeP+Fe3C+LeP+Fe3CP+FPF+Fe3CC%温温度度l 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响l 含碳量对室温平衡组织的影响含碳量对室温平衡组织的影响 l含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：钢钢铁素体铁素体 亚亚共析钢共析钢过共析钢过共析钢亚亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢共析钢白白 口口 铸铸 铁铁二次渗碳体二次渗碳体工工业业纯纯铁铁珠光体珠光体莱氏体莱氏体一次渗碳体一次渗碳体Fe3C钢钢 铁铁分分 类类组织组组织组成物相成物相对量对量%相
22、组成相组成物相对物相对量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次渗碳体三次渗碳体l四、四、含碳量与铁碳合金机械性能的关系含碳量与铁碳合金机械性能的关系l亚共析钢亚共析钢随含碳量增加随含碳量增加，P 量增加，量增加，钢的强度、硬度钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。升高，塑性、韧性下降。l0.77%C时，时，组织为组织为100%P,钢的性能即钢的性能即P的性能。的性能。l0.9%C，Fe3C为晶界为晶界连续网状，连续网状，强度下降强度下降,但但硬度仍上升。硬度仍上升。l2.11%C，组织中有以组织中有以Fe3C为基的为基的Le,合金太脆合金太脆.五五.
23、Fe-Fe3C相图的应用相图的应用（含碳量对工艺性能的影响（含碳量对工艺性能的影响)l 切削性能切削性能:中碳钢合适中碳钢合适l 可锻性能可锻性能:低碳钢好低碳钢好l 焊接性能焊接性能:低碳钢好低碳钢好l 铸造性能铸造性能:共晶合金好共晶合金好l 热处理性能热处理性能:第六章介绍第六章介绍铸铸造造焊焊缝缝组组织织模锻模锻切削加工的基本形式切削加工的基本形式车车刨刨钻钻铣铣磨磨第三节碳钢第三节碳钢l1、Mn:0.8%时为杂质时为杂质,是有益元素。作用为：是有益元素。作用为：l 强化铁素体；强化铁素体；l 消除硫的有害作用。消除硫的有害作用。一、钢中常存杂质元素的影响一、钢中常存杂质元素的影响l钢
24、中的杂质一般是指钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入是由原料带入或脱氧残留的元素。或脱氧残留的元素。l2、Si：0.5%时为杂质，是有益元素。作用为：时为杂质，是有益元素。作用为：强强化铁素体；化铁素体；增加钢液流动性。增加钢液流动性。l3、S：是有害元素。：是有害元素。l常以常以FeS形式存在。易与形式存在。易与Fe在晶界上形成低熔点共晶在晶界上形成低熔点共晶(985)，热加工时，热加工时(11501200)，由于其熔化而导，由于其熔化而导致开裂，称热脆性致开裂，称热脆性.l钢中的硫应控制在钢中的硫应控制在0.045%以下以下.Mn可消除硫的有害作可消除硫的有害作用用,FeS+
25、Mn Fe+MnS，MnS熔点高熔点高(1600)。l4、P：也是有害元素。：也是有害元素。l能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性急剧下降，称冷脆性。韧性急剧下降，称冷脆性。lP一般控制在一般控制在0.045%以下以下.二、碳钢的分类、编号和用途二、碳钢的分类、编号和用途（一）（一）碳钢的分类碳钢的分类:（主要介绍按含碳量、质量、用途）（主要介绍按含碳量、质量、用途）低碳钢低碳钢0.6%C 普通碳素钢普通碳素钢S0.055%P0.045%、按钢的质量分类：按钢的质量分类：优质碳素钢优质碳素钢 均均0.04%高级优质碳素钢高级优质碳
26、素钢 S0.03%P0.035%、按用途分类：、按用途分类：碳素结构钢：用于制造工程构件、机器零件碳素结构钢：用于制造工程构件、机器零件 碳素工具钢：用于制造各种刀具碳素工具钢：用于制造各种刀具.量具量具.模具模具（二）、碳钢的编号和用途二）、碳钢的编号和用途、普通碳素结构钢（普碳钢）、普通碳素结构钢（普碳钢）、甲类钢：按保证机械性能供应）、甲类钢：按保证机械性能供应分为甲、甲分为甲、甲甲、甲、A7，数字越大，数字越大，强度越高。如表强度越高。如表4-5。）、乙类钢：按保证化学成分供应）、乙类钢：按保证化学成分供应分为乙、乙分为乙、乙乙、乙、B，数字越大碳含数字越大碳含量越高。如表量越高。如表
27、4-6。新编号为：新编号为：屈服强度屈服强度(三位数）三位数）-（(.F/Z)），），如如“235”表示屈服强度为表示屈服强度为235MPa的普通碳素结构钢。的普通碳素结构钢。）、特类钢：根据用户提出的要求供应）、特类钢：根据用户提出的要求供应、优质碳素结构钢：同时保证化学成分和机械性能优质碳素结构钢：同时保证化学成分和机械性能）、正常含锰量的优质碳钢：用两位数字表示。其）、正常含锰量的优质碳钢：用两位数字表示。其含意是含碳量的万分之几。如：含意是含碳量的万分之几。如：40、45、20）、较高含锰量：在表示含碳量的两位数字后加）、较高含锰量：在表示含碳量的两位数字后加“锰锰Mn”。如：如：40
28、Mn、碳素工具钢碳素工具钢这类钢编号原则是在这类钢编号原则是在“碳碳”字后附以数字表字后附以数字表示，数字表示含碳量的千分之几，为高级优质碳素工示，数字表示含碳量的千分之几，为高级优质碳素工具钢时，则在钢号末端附以具钢时，则在钢号末端附以“高高”字。如：字。如：T8、T12A*第四节第四节 凝固组织及其控制凝固组织及其控制l1 1、晶粒度、晶粒度l表示晶粒大小的尺度叫表示晶粒大小的尺度叫晶晶粒度粒度。可用晶粒的平均面可用晶粒的平均面积或平均直径表示。积或平均直径表示。l工业生产上采用工业生产上采用晶粒度等晶粒度等级级来表示晶粒大小。来表示晶粒大小。l标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细标准晶
29、粒度共分八级，一级最粗，八级最细。通过。通过100100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。l一、结晶后的晶粒大小及其控制一、结晶后的晶粒大小及其控制l2、决定晶粒度的因素、决定晶粒度的因素l晶粒的大小取决于晶粒的大小取决于晶核的形成速度晶核的形成速度和和长大速度长大速度。过冷度对过冷度对N、G的影响的影响l单位时间、单位体积内形成单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫的晶核数目叫形核率形核率(N)。l单位时间内晶核生长的长度单位时间内晶核生长的长度叫叫长大速度长大速度(G)。lN/G比值越大，晶粒越细小比值越大，晶粒越细小.因此，凡是促进形核、抑制因
30、此，凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒长大的因素，都能细化晶粒.3 3、控制晶粒度的方法、控制晶粒度的方法、控制晶粒度的方法、控制晶粒度的方法l 控制过冷度：控制过冷度：随过冷随过冷度度增加增加，N/G值增加，晶值增加，晶粒变细。粒变细。l 变质处理：变质处理：又称又称孕育孕育处理处理。即有意向液态金属即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从内加入非均匀形核物质从而细化晶粒的方法。而细化晶粒的方法。所加所加入的非均匀形核物质叫入的非均匀形核物质叫变变质剂质剂（或称（或称孕育剂孕育剂）。）。Al-Si合金组织合金组织缓冷缓冷快冷快冷未未变质变质变质变质铸铁变质处理前铸铁变质处理前后的组织后
31、的组织变质处理前变质处理前变质处理后变质处理后变质处理使组织变质处理使组织细化。变质剂为细化。变质剂为硅铁或硅钙合金。硅铁或硅钙合金。电磁搅拌细化晶粒示意图电磁搅拌细化晶粒示意图超声振动细化晶粒示意图超声振动细化晶粒示意图l 振动、搅拌等：振动、搅拌等：对正在结晶的金属进行振动或对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可靠外部输入的能量来促进形核搅动，一方面可靠外部输入的能量来促进形核，另一方面也可使成长中的另一方面也可使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显枝晶破碎，使晶核数目显著增加。著增加。气轮机转子的宏观组织气轮机转子的宏观组织(纵截面纵截面)细晶的熔模铸件细晶的熔模铸件(上上)普通铸件普通铸件
32、(下下)4 4、晶粒大小对金属性能的影响、晶粒大小对金属性能的影响、晶粒大小对金属性能的影响、晶粒大小对金属性能的影响l常温下常温下，晶粒越细，晶界面积晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越大，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好越高，同时塑性、韧性也越好,即即细晶强化细晶强化。l高温下高温下，晶界呈粘滞状态，在，晶界呈粘滞状态，在外力作用下易产生滑动，因而外力作用下易产生滑动，因而细晶粒无益。但晶粒太粗易产细晶粒无益。但晶粒太粗易产生应力集中。因而高温下晶粒生应力集中。因而高温下晶粒过大、过小都不好。过大、过小都不好。晶粒大小与金属强度的关系晶粒大小与金属强度的关系单晶叶片
33、单晶叶片s=i+Kd-1/2多晶铁的拉伸变形多晶铁的拉伸变形室温室温高温高温二、铸锭二、铸锭(件件)组织与缺陷组织与缺陷l在实际生产中，液态金属被在实际生产中，液态金属被浇注到锭模中便得到铸锭，浇注到锭模中便得到铸锭，而注入到铸型模具中成型则而注入到铸型模具中成型则得到铸件。得到铸件。l铸锭铸锭(件件)的组织及其存在的的组织及其存在的缺陷对其加工和使用性能有缺陷对其加工和使用性能有着直接的影响。着直接的影响。l1 1、铸锭、铸锭(件件)的组织的组织l铸锭铸锭(件件)的宏观组织的宏观组织通常由三个区组成通常由三个区组成:l 表层细晶区：表层细晶区：浇注时，浇注时，由于冷模壁产生很大的过由于冷模壁
34、产生很大的过冷度及非均匀形核作用，冷度及非均匀形核作用，使表面形成一层很细的等使表面形成一层很细的等轴晶粒区。轴晶粒区。l 柱状晶区：柱状晶区：由于模壁温度升高，结晶放出潜热，由于模壁温度升高，结晶放出潜热，使细晶区前沿液体的过冷度减小，形核困难。加上使细晶区前沿液体的过冷度减小，形核困难。加上模壁的定向散热，使已有的晶体沿着与散热相反的模壁的定向散热，使已有的晶体沿着与散热相反的方向生长而形成柱状晶区。方向生长而形成柱状晶区。l中心粗等轴晶区中心粗等轴晶区:由于结晶潜热的不断放出，散由于结晶潜热的不断放出，散热速度不断减慢，导致柱状晶生长停止，当心部液热速度不断减慢，导致柱状晶生长停止，当心
35、部液体全部冷至实际结晶温度体全部冷至实际结晶温度T1以下时，在杂质作用下以下时，在杂质作用下以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。l 缩孔：缩孔：缩孔是由于缩孔是由于液态金属结晶液态金属结晶时体积收缩且补时体积收缩且补缩不足造成的。缩不足造成的。可通过改变结晶时的冷却条件和加可通过改变结晶时的冷却条件和加冒口等来进行控制。钢锭出现缩孔在锻轧前应切除冒口等来进行控制。钢锭出现缩孔在锻轧前应切除.l2、铸造缺陷、铸造缺陷l铸造缺陷的类型铸造缺陷的类型较多，常见的有较多，常见的有缩孔缩孔、气孔、疏气孔、疏松松、偏析偏析、夹渣夹渣、白点白点等，它们对等
36、，它们对性能是有害的性能是有害的.缩孔缩孔l偏析：偏析：合金中各部分化合金中各部分化学成分不均匀的现象称为学成分不均匀的现象称为偏析偏析。铸锭。铸锭(件件)在结晶时在结晶时,由于各部位结晶先后顺序由于各部位结晶先后顺序不同，合金中的低熔点元不同，合金中的低熔点元素偏聚于最终结晶区，造素偏聚于最终结晶区，造成成宏观上的成分不均匀，宏观上的成分不均匀，称称宏观偏析宏观偏析。适当控制浇。适当控制浇注温度和结晶速度可减轻注温度和结晶速度可减轻宏观偏析。宏观偏析。硫在钢锭中偏析的模拟结果硫在钢锭中偏析的模拟结果l气孔气孔:气孔气孔是指液态金属中溶解的气体或反应生成是指液态金属中溶解的气体或反应生成的气体在结晶时未逸出而存留于铸锭的气体在结晶时未逸出而存留于铸锭(件件)中的气泡中的气泡.铸锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的气铸锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的气铸件中的气孔铸件中的气孔孔需要切除。铸件中出现气孔需要切除。铸件中出现气孔则只能报废。孔则只能报废。缩缩松松