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1、第三章金属熔体全部本讲稿第一页，共四十页第一节第一节 熔铁及其合金的结构熔铁及其合金的结构了解内容自学：了解内容自学：识记点：铁原子半径为识记点：铁原子半径为1.2810-10m，在，在912出现出现FeFe的晶型转变，的晶型转变，1394 出现出现FeFe的晶型的晶型转变。转变。Fe和和Fe是体心立方晶格，配位数为是体心立方晶格，配位数为8，Fe是面心立方晶格，配位数为是面心立方晶格，配位数为12，Fe的密度比的密度比Fe的大。的大。本讲稿第二页，共四十页第二节第二节 铁液中组分活度的相互作用系数铁液中组分活度的相互作用系数提出引入：提出引入：提出引入：提出引入：二元系中，仅考虑了组分和溶剂
2、的相互作用，但当溶解元素多至一二元系中，仅考虑了组分和溶剂的相互作用，但当溶解元素多至一二元系中，仅考虑了组分和溶剂的相互作用，但当溶解元素多至一二元系中，仅考虑了组分和溶剂的相互作用，但当溶解元素多至一种以上时，不仅要考虑组分与溶剂的相互作用，还要考虑各组分之间的相种以上时，不仅要考虑组分与溶剂的相互作用，还要考虑各组分之间的相种以上时，不仅要考虑组分与溶剂的相互作用，还要考虑各组分之间的相种以上时，不仅要考虑组分与溶剂的相互作用，还要考虑各组分之间的相互作用，因此每个组分的活度系数会因互作用，因此每个组分的活度系数会因互作用，因此每个组分的活度系数会因互作用，因此每个组分的活度系数会因其他
3、组分的存在而改变。如图所示：在其他组分的存在而改变。如图所示：在其他组分的存在而改变。如图所示：在其他组分的存在而改变。如图所示：在FeCFeCFeCFeC系内，系内，系内，系内，Si Si Si Si能提高能提高能提高能提高C C C C的活度，而的活度，而的活度，而的活度，而CrCrCrCr则降则降则降则降低低低低C C C C的活度。的活度。的活度。的活度。本讲稿第三页，共四十页处理方法处理方法：对于多组分溶液内组分的活度系数，瓦格纳对于多组分溶液内组分的活度系数，瓦格纳对于多组分溶液内组分的活度系数，瓦格纳对于多组分溶液内组分的活度系数，瓦格纳(Wagner(Wagner(Wagner
4、(WagnerC)C)C)C)于于于于1952195219521952年提出了年提出了年提出了年提出了1n1n1n1n B B B B函数按泰勒级数展开成组分浓度函数按泰勒级数展开成组分浓度函数按泰勒级数展开成组分浓度函数按泰勒级数展开成组分浓度的多项式，代入实验测定的相互作用系数，就可计算出的多项式，代入实验测定的相互作用系数，就可计算出的多项式，代入实验测定的相互作用系数，就可计算出的多项式，代入实验测定的相互作用系数，就可计算出多元系中组分的活度系数。这个方法叫做瓦格纳法。多元系中组分的活度系数。这个方法叫做瓦格纳法。多元系中组分的活度系数。这个方法叫做瓦格纳法。多元系中组分的活度系数。
5、这个方法叫做瓦格纳法。本讲稿第四页，共四十页相互作用系数的引入相互作用系数的引入设铁液内除所求活度系数的第设铁液内除所求活度系数的第2 2组分组分B B外，尚有其它组分外，尚有其它组分B B2 2，B B3 3，BBn n等存在时，它们的浓度分别用等存在时，它们的浓度分别用 表示，组分表示，组分B B的活度系数在恒温、的活度系数在恒温、恒压下是其自身及其它组分浓度的函数，用恒压下是其自身及其它组分浓度的函数，用 表示。那么对于表示。那么对于函数函数:的泰勒展开式为：的泰勒展开式为：本讲稿第五页，共四十页上式便是上式便是上式便是上式便是ln ln ln ln B B B B 在铁的稀溶液在铁的稀
6、溶液在铁的稀溶液在铁的稀溶液内组分的增量为内组分的增量为内组分的增量为内组分的增量为 的泰勒级数式。的泰勒级数式。的泰勒级数式。的泰勒级数式。式中式中式中式中 是函数是函数是函数是函数 的初始值，即稀溶液内活度系数的初始值，即稀溶液内活度系数的初始值，即稀溶液内活度系数的初始值，即稀溶液内活度系数 的对的对的对的对数值。数值。数值。数值。本讲稿第六页，共四十页对于函数对于函数 其泰勒展开式只保留二阶其泰勒展开式只保留二阶导数项，并定义：导数项，并定义：一级相互作用系数为：一级相互作用系数为：二级作用系数为：二级作用系数为：二级交叉相互作用系数为：二级交叉相互作用系数为：本讲稿第七页，共四十页活
7、度系数计算的公式活度系数计算的公式根据上面定义，多元溶液中组分根据上面定义，多元溶液中组分根据上面定义，多元溶液中组分根据上面定义，多元溶液中组分B B B B的活度系数的活度系数的活度系数的活度系数 B B B B的计算式可简化为的计算式可简化为的计算式可简化为的计算式可简化为对稀溶液对稀溶液对稀溶液对稀溶液，二阶偏微商项可以略去，则上式变为，二阶偏微商项可以略去，则上式变为，二阶偏微商项可以略去，则上式变为，二阶偏微商项可以略去，则上式变为本讲稿第八页，共四十页上式中上式中上式中上式中 为为为为Fe-B-KFe-B-KFe-B-KFe-B-K系内，组分系内，组分系内，组分系内，组分B B
8、B B在溶剂中的活度系数的在溶剂中的活度系数的在溶剂中的活度系数的在溶剂中的活度系数的对数值对组分对数值对组分对数值对组分对数值对组分K K K K的浓度的偏导数，亦称相互作用系数，在温的浓度的偏导数，亦称相互作用系数，在温的浓度的偏导数，亦称相互作用系数，在温的浓度的偏导数，亦称相互作用系数，在温度一定的稀溶液内，它们是常数。度一定的稀溶液内，它们是常数。度一定的稀溶液内，它们是常数。度一定的稀溶液内，它们是常数。本讲稿第九页，共四十页将上式展开可得出：将上式展开可得出：将上式展开可得出：将上式展开可得出：以上三式为溶液中组元采用摩尔百分比浓度及以纯物质为标准态的活度以上三式为溶液中组元采用
9、摩尔百分比浓度及以纯物质为标准态的活度以上三式为溶液中组元采用摩尔百分比浓度及以纯物质为标准态的活度以上三式为溶液中组元采用摩尔百分比浓度及以纯物质为标准态的活度系数计算公式。系数计算公式。系数计算公式。系数计算公式。本讲稿第十页，共四十页同理，若采用质量分数同理，若采用质量分数同理，若采用质量分数同理，若采用质量分数1%1%1%1%溶液为标准态，可得到溶液为标准态，可得到溶液为标准态，可得到溶液为标准态，可得到上式中上式中上式中上式中 称为组分称为组分称为组分称为组分K K K K对对对对B B B B的相互作用系数：的相互作用系数：的相互作用系数：的相互作用系数：本讲稿第十一页，共四十页例
10、题：例题：计算成分为计算成分为计算成分为计算成分为 C=5.0%C=5.0%、Mn=2.0%Mn=2.0%、Si=1.0%Si=1.0%、S=0.05%S=0.05%、P=0.06%P=0.06%的铁水中硫的活度。的铁水中硫的活度。的铁水中硫的活度。的铁水中硫的活度。已知：已知：已知：已知：解：解：解：解：代入数据得到代入数据得到代入数据得到代入数据得到lglgf fS S=0.561,=0.561,查反对数表可得查反对数表可得查反对数表可得查反对数表可得f fS S。本讲稿第十二页，共四十页相互作用系数如何确定？相互作用系数如何确定？附录附录7（P318）给出了溶于铁液中）给出了溶于铁液中1
11、600时各元素的时各元素的 。应用该表读取相互作用系数时，应注意：应用该表读取相互作用系数时，应注意：一、溶剂为铁液；一、溶剂为铁液；二、元素二、元素B和和K不要混淆；不要混淆；三、给出的是三、给出的是1873K时的值。时的值。本讲稿第十三页，共四十页相互作用系数的温度关系式相互作用系数的温度关系式一一般般文文献献公公布布的的 多多是是温温度度1873K1873K的的值值，如如给给定定温温度度与与之之相差较远时，则应对文献值进行修正。相差较远时，则应对文献值进行修正。按正规溶液的热力学可得到相互作用系数的温度关系式为：按正规溶液的热力学可得到相互作用系数的温度关系式为：本讲稿第十四页，共四十页
12、按准正规溶液模型可推得：按准正规溶液模型可推得：通用的关系式为：通用的关系式为：。利用不同温度测定的利用不同温度测定的 作图作图，可得出，可得出A、B常数值。如表常数值。如表3-8。相互作用系数的温度关系式（相互作用系数的温度关系式（2）本讲稿第十五页，共四十页相互作用系数的测定方法相互作用系数的测定方法从从 的定义式的定义式 可以看出可以看出 是是Fe-B-K三元系内的独立值，在多元系中其它组分的浓度不影响三元系内的独立值，在多元系中其它组分的浓度不影响K对对B的作用，的作用，因此多元系内的一级相互作用系数可由三元系的实验方法测定。因此多元系内的一级相互作用系数可由三元系的实验方法测定。测定
13、方法有同一活度法测定方法有同一活度法(溶解度法溶解度法)和同一浓度法和同一浓度法(化学平衡化学平衡法法)。本讲稿第十六页，共四十页同一活度法（溶解度法）同一活度法（溶解度法）当元素在溶剂如铁液中溶解有限，形成饱和溶液时，加入第当元素在溶剂如铁液中溶解有限，形成饱和溶液时，加入第3组组分，则其溶解度就要改变，但其活度不变，因为第分，则其溶解度就要改变，但其活度不变，因为第3组分引起它的活组分引起它的活度系数发生了变化。因此度系数发生了变化。因此B=B饱饱，而溶液达到平衡时，而溶液达到平衡时，K=aB。在相同的温度及标准态下，两系的在相同的温度及标准态下，两系的K相同，活度也相同，故相同，活度也相
14、同，故于是于是本讲稿第十七页，共四十页注意：式中注意：式中 分别为分别为Fe-BFe-B系和系和Fe-B-KFe-B-K系内系内B B的溶解度。由于此法是根据二元系及三元系中组分的溶解度。由于此法是根据二元系及三元系中组分B B的的活度相同导出的，所以称为同一活度法。活度相同导出的，所以称为同一活度法。本讲稿第十八页，共四十页同一浓度法（化学平衡法）同一浓度法（化学平衡法）方法要点如下：方法要点如下：铁液内溶解了一定量的组分铁液内溶解了一定量的组分B B的条件下，加入不同量的第三组的条件下，加入不同量的第三组分分K K时，由化学反应的平衡常数，求得组分时，由化学反应的平衡常数，求得组分B B的
15、活度系数的活度系数 f fB B。对三。对三元系元系Fe-B-KFe-B-K，可得出，可得出 ，再以，再以 作图，由直线的斜率和截作图，由直线的斜率和截距得出距得出 和和 。由于此法中的由于此法中的B B组分浓度活度系数均是按组分浓度活度系数均是按Fe-BFe-B二元系中二元系中B B 的浓度计算的，所以称为同一浓度法。的浓度计算的，所以称为同一浓度法。本讲稿第十九页，共四十页相互作用系数的特性相互作用系数的特性相互作用系数相互作用系数 的特性决定于第三组分的特性决定于第三组分K K在在Fe-BFe-B系中系中K K、B B、FeFe质点间作用力的特性。质点间作用力的特性。与与FeFeB B间
16、作用力相比，如果作用力间作用力相比，如果作用力 ，则第三元素，则第三元素K K能降能降低低B B组元活度系数，这时组元活度系数，这时 。例如，铁液中的例如，铁液中的MnMn、CrCr等元素会使等元素会使C C的活度系数降低，溶解度升高，因的活度系数降低，溶解度升高，因其其 、均小于均小于0 0；本讲稿第二十页，共四十页反之，若作用力反之，若作用力 ，则第三元素能提高，则第三元素能提高B组元活度组元活度系数，并使其溶解度降低，这时系数，并使其溶解度降低，这时 0，例如，铁液中的，例如，铁液中的Si、P等元素会使等元素会使C的活度系数升高；的活度系数升高；若作用力若作用力 ，则第三元素对，则第三元
17、素对B组元活度系数无影响，组元活度系数无影响，这时这时 =0。转换关系：转换关系：；本讲稿第二十一页，共四十页第三节第三节第三节第三节 铁液中元素的溶解及存在形式铁液中元素的溶解及存在形式铁液中元素的溶解及存在形式铁液中元素的溶解及存在形式l l铁液中元素种类较多，大致可分为：铁液中元素种类较多，大致可分为：铁液中元素种类较多，大致可分为：铁液中元素种类较多，大致可分为：l l1 1 1 1）钢中的气体；）钢中的气体；）钢中的气体；）钢中的气体；l l2 2 2 2）钢中的杂质；）钢中的杂质；）钢中的杂质；）钢中的杂质；l l3 3 3 3）钢中的合金元素与有益元素；）钢中的合金元素与有益元素
18、；）钢中的合金元素与有益元素；）钢中的合金元素与有益元素；本讲稿第二十二页，共四十页钢铁中的氢钢铁中的氢氢是钢铁中的气体之一，纯有害元素。氢是钢铁中的气体之一，纯有害元素。危害：氢在钢中形成危害：氢在钢中形成“白点白点”，引起，引起“氢脆氢脆”和应力腐蚀。和应力腐蚀。钢钢液液凝凝固固时时，发发生生偏偏析析，来来不不及及排排出出，形形成成“白白点点”，轧轧制制后后形成条状的白亮带，性能降低。形成条状的白亮带，性能降低。真空处理的方法除去钢中的氢非常有效；真空处理的方法除去钢中的氢非常有效；氢氢在在铁铁液液中中的的溶溶解解度度很很小小，形形成成稀稀溶溶液液，目目前前工工程程上上普普遍遍以以ppm（
19、10-6）作作单单位位来来衡衡量量。它它们们在在钢钢中中的的溶溶解解符符合合气气体体溶溶解解的的西西华华特特平平方方根定律根定律。本讲稿第二十三页，共四十页钢铁中的氮钢铁中的氮氮是钢中的气体之一；氮是钢中的气体之一；氮是钢中的气体之一；氮是钢中的气体之一；氮对部分钢种，特别是耐磨性强的钢是有益的元素，但它能降氮对部分钢种，特别是耐磨性强的钢是有益的元素，但它能降氮对部分钢种，特别是耐磨性强的钢是有益的元素，但它能降氮对部分钢种，特别是耐磨性强的钢是有益的元素，但它能降低一般钢种的塑性，提高钢的脆性，也是钢中的有害元素。低一般钢种的塑性，提高钢的脆性，也是钢中的有害元素。低一般钢种的塑性，提高钢
20、的脆性，也是钢中的有害元素。低一般钢种的塑性，提高钢的脆性，也是钢中的有害元素。钢液凝固时，其溶解度强烈降低，溶解气体的析出引起元素钢液凝固时，其溶解度强烈降低，溶解气体的析出引起元素钢液凝固时，其溶解度强烈降低，溶解气体的析出引起元素钢液凝固时，其溶解度强烈降低，溶解气体的析出引起元素的偏析（如氮化物夹杂）或使钢铸件产生气孔，均使钢的性能降的偏析（如氮化物夹杂）或使钢铸件产生气孔，均使钢的性能降的偏析（如氮化物夹杂）或使钢铸件产生气孔，均使钢的性能降的偏析（如氮化物夹杂）或使钢铸件产生气孔，均使钢的性能降低。（电弧附近的高温区，吸氮能力很强）低。（电弧附近的高温区，吸氮能力很强）低。（电弧附
21、近的高温区，吸氮能力很强）低。（电弧附近的高温区，吸氮能力很强）来源：空气；除去方法：吹氩，真空。来源：空气；除去方法：吹氩，真空。来源：空气；除去方法：吹氩，真空。来源：空气；除去方法：吹氩，真空。本讲稿第二十四页，共四十页l l氢和氮在钢液或铁液中的溶解服从符合气体溶解的西氢和氮在钢液或铁液中的溶解服从符合气体溶解的西氢和氮在钢液或铁液中的溶解服从符合气体溶解的西氢和氮在钢液或铁液中的溶解服从符合气体溶解的西华特平方根定律。华特平方根定律。华特平方根定律。华特平方根定律。因此氢和氮是钢中的气体，钢液脱因此氢和氮是钢中的气体，钢液脱因此氢和氮是钢中的气体，钢液脱因此氢和氮是钢中的气体，钢液脱
22、气就是指脱出氢和氮。气就是指脱出氢和氮。气就是指脱出氢和氮。气就是指脱出氢和氮。l l容易混淆的是钢液中的氧，因其在钢液中的溶解不容易混淆的是钢液中的氧，因其在钢液中的溶解不容易混淆的是钢液中的氧，因其在钢液中的溶解不容易混淆的是钢液中的氧，因其在钢液中的溶解不符合气体溶解的西华特（符合气体溶解的西华特（符合气体溶解的西华特（符合气体溶解的西华特（S Sievertsieverts）平方根定律。）平方根定律。）平方根定律。）平方根定律。本讲稿第二十五页，共四十页外界条件对氢和氮溶解度的影响外界条件对氢和氮溶解度的影响温度：温度升高，溶解度增大；温度：温度升高，溶解度增大；温度：温度升高，溶解度
23、增大；温度：温度升高，溶解度增大；说明：氢和氮的溶解都是吸热反应，溶解焓包括说明：氢和氮的溶解都是吸热反应，溶解焓包括说明：氢和氮的溶解都是吸热反应，溶解焓包括说明：氢和氮的溶解都是吸热反应，溶解焓包括HH2 22H2H的离解的离解的离解的离解焓和焓和焓和焓和H HH H的溶解焓。的溶解焓。的溶解焓。的溶解焓。工业现象（氢腐蚀、电弧炉钢气体含量高、精炼温度高的危工业现象（氢腐蚀、电弧炉钢气体含量高、精炼温度高的危工业现象（氢腐蚀、电弧炉钢气体含量高、精炼温度高的危工业现象（氢腐蚀、电弧炉钢气体含量高、精炼温度高的危害等。）害等。）害等。）害等。）压力：压力升高，溶解度增大；压力：压力升高，溶解
24、度增大；压力：压力升高，溶解度增大；压力：压力升高，溶解度增大；含氮（高氮）奥氏体钢的生产（日本及我国）、真空中气体氢和氮的含氮（高氮）奥氏体钢的生产（日本及我国）、真空中气体氢和氮的含氮（高氮）奥氏体钢的生产（日本及我国）、真空中气体氢和氮的含氮（高氮）奥氏体钢的生产（日本及我国）、真空中气体氢和氮的去除。去除。去除。去除。本讲稿第二十六页，共四十页金属液中其他元素对氢和氮溶解度的影响金属液中其他元素对氢和氮溶解度的影响其他元素影响分四类：其他元素影响分四类：其他元素影响分四类：其他元素影响分四类：1 1、与氢和氮能形成化合物的元素，如、与氢和氮能形成化合物的元素，如、与氢和氮能形成化合物的
25、元素，如、与氢和氮能形成化合物的元素，如TiTi、NbNb、V V等，能降低氢和氮等，能降低氢和氮等，能降低氢和氮等，能降低氢和氮的活度系数，从而提高其溶解度；的活度系数，从而提高其溶解度；的活度系数，从而提高其溶解度；的活度系数，从而提高其溶解度；2 2、比、比、比、比FeFe对气体元素有更大亲和力的元素，如对气体元素有更大亲和力的元素，如对气体元素有更大亲和力的元素，如对气体元素有更大亲和力的元素，如CrCr、MnMn、MoMo等，其等，其等，其等，其含量在一般钢种中不形成化合物时，也能降低氢和氮的活度系含量在一般钢种中不形成化合物时，也能降低氢和氮的活度系含量在一般钢种中不形成化合物时，
26、也能降低氢和氮的活度系含量在一般钢种中不形成化合物时，也能降低氢和氮的活度系数，从而提高其溶解度；数，从而提高其溶解度；数，从而提高其溶解度；数，从而提高其溶解度；3 3、能降低溶解度的元素，如、能降低溶解度的元素，如、能降低溶解度的元素，如、能降低溶解度的元素，如C C、OO、S S、P P、SiSi等非金属元素或准金属等非金属元素或准金属等非金属元素或准金属等非金属元素或准金属元素，但能提高氢和氮的活度系数；元素，但能提高氢和氮的活度系数；元素，但能提高氢和氮的活度系数；元素，但能提高氢和氮的活度系数；4 4、对溶解度无实际影响的元素，如、对溶解度无实际影响的元素，如、对溶解度无实际影响的
27、元素，如、对溶解度无实际影响的元素，如CoCo、NiNi、CuCu等。等。等。等。本讲稿第二十七页，共四十页铁液中的氧铁液中的氧氧也是钢中的有害元素。氧也是钢中的有害元素。氧也是钢中的有害元素。氧也是钢中的有害元素。随温度降低，溶解度减小很大，在铁凝固时，随温度降低，溶解度减小很大，在铁凝固时，随温度降低，溶解度减小很大，在铁凝固时，随温度降低，溶解度减小很大，在铁凝固时，以以以以FeOFeO形式在铁的晶界析出，破坏晶粒间的结合，形式在铁的晶界析出，破坏晶粒间的结合，形式在铁的晶界析出，破坏晶粒间的结合，形式在铁的晶界析出，破坏晶粒间的结合，使钢的机械性能降低，特别在热加工时，形成了使钢的机械
28、性能降低，特别在热加工时，形成了使钢的机械性能降低，特别在热加工时，形成了使钢的机械性能降低，特别在热加工时，形成了所谓所谓所谓所谓“热脆热脆热脆热脆”现象，就是由于低熔点的现象，就是由于低熔点的现象，就是由于低熔点的现象，就是由于低熔点的FeOFeO熔化熔化熔化熔化所致。所致。所致。所致。“热脆热脆热脆热脆”导致热轧制时发生轧断现象。导致热轧制时发生轧断现象。导致热轧制时发生轧断现象。导致热轧制时发生轧断现象。本讲稿第二十八页，共四十页铁液中氧含量的计算铁液中氧含量的计算在旋转坩埚内进行的在旋转坩埚内进行的在旋转坩埚内进行的在旋转坩埚内进行的Fe-FeOFe-FeO平衡实验，平衡反应为：平衡
29、实验，平衡反应为：平衡实验，平衡反应为：平衡实验，平衡反应为：FeO FeO（l l）=O+Fe =O+Fe 需要强调的是：需要强调的是：需要强调的是：需要强调的是：如（如（如（如（FeOFeO）采用的纯物质为标准态，即）采用的纯物质为标准态，即）采用的纯物质为标准态，即）采用的纯物质为标准态，即 如（如（如（如（FeOFeO）采用质量）采用质量）采用质量）采用质量1%1%溶液标准态，则溶液标准态，则溶液标准态，则溶液标准态，则 由此可计算得到由此可计算得到由此可计算得到由此可计算得到1873K1873K下氧在铁液中的溶解度。下氧在铁液中的溶解度。下氧在铁液中的溶解度。下氧在铁液中的溶解度。本
30、讲稿第二十九页，共四十页铁液中的硫和磷铁液中的硫和磷l l硫在铁液中可以无限互溶，但在固体铁中的溶解度却很小，含硫在铁液中可以无限互溶，但在固体铁中的溶解度却很小，含硫在铁液中可以无限互溶，但在固体铁中的溶解度却很小，含硫在铁液中可以无限互溶，但在固体铁中的溶解度却很小，含硫较高的钢液凝固时，硫以硫较高的钢液凝固时，硫以硫较高的钢液凝固时，硫以硫较高的钢液凝固时，硫以FeSFeS形态富集在晶界上，形成低熔形态富集在晶界上，形成低熔形态富集在晶界上，形成低熔形态富集在晶界上，形成低熔点（点（点（点（988988）的）的）的）的Fe-FeSFe-FeS共晶体，在后续的热加工温度下，该共共晶体，在后
31、续的热加工温度下，该共共晶体，在后续的热加工温度下，该共共晶体，在后续的热加工温度下，该共晶体以液态出现于晶界面上，出现晶体以液态出现于晶界面上，出现晶体以液态出现于晶界面上，出现晶体以液态出现于晶界面上，出现“热脆热脆热脆热脆”现象。现象。现象。现象。l l危害：脆性增加，机械性能下降，热轧时出现轧断现象，冷拔危害：脆性增加，机械性能下降，热轧时出现轧断现象，冷拔危害：脆性增加，机械性能下降，热轧时出现轧断现象，冷拔危害：脆性增加，机械性能下降，热轧时出现轧断现象，冷拔时，夹杂导致应力集中，出现拔断。时，夹杂导致应力集中，出现拔断。时，夹杂导致应力集中，出现拔断。时，夹杂导致应力集中，出现拔
32、断。l l磷在铁液中的溶解度也很大，但在固体铁中的溶解度却很小，磷在铁液中的溶解度也很大，但在固体铁中的溶解度却很小，磷在铁液中的溶解度也很大，但在固体铁中的溶解度却很小，磷在铁液中的溶解度也很大，但在固体铁中的溶解度却很小，特别是温度很低时，易在晶界面上析出，出现特别是温度很低时，易在晶界面上析出，出现特别是温度很低时，易在晶界面上析出，出现特别是温度很低时，易在晶界面上析出，出现“冷脆冷脆冷脆冷脆”现象。现象。现象。现象。本讲稿第三十页，共四十页第四节第四节 熔铁及其合金的物理性质熔铁及其合金的物理性质1 1、熔点、熔点、熔点、熔点化学纯铁的熔点为化学纯铁的熔点为化学纯铁的熔点为化学纯铁的
33、熔点为1538 1538，工业纯铁的熔点为，工业纯铁的熔点为，工业纯铁的熔点为，工业纯铁的熔点为1530 1530。当有其他元素溶解于其中时，其熔点就有所下降。当有其他元素溶解于其中时，其熔点就有所下降。当有其他元素溶解于其中时，其熔点就有所下降。当有其他元素溶解于其中时，其熔点就有所下降。由于钢及生铁的熔化或凝固是在一个温度段内进行，所以一由于钢及生铁的熔化或凝固是在一个温度段内进行，所以一由于钢及生铁的熔化或凝固是在一个温度段内进行，所以一由于钢及生铁的熔化或凝固是在一个温度段内进行，所以一般定义钢的熔点是其开始结晶的温度。钢的熔点是选择冶炼和浇般定义钢的熔点是其开始结晶的温度。钢的熔点是
34、选择冶炼和浇般定义钢的熔点是其开始结晶的温度。钢的熔点是选择冶炼和浇般定义钢的熔点是其开始结晶的温度。钢的熔点是选择冶炼和浇铸温度的重要数据。铸温度的重要数据。铸温度的重要数据。铸温度的重要数据。本讲稿第三十一页，共四十页钢或铁的熔点确定钢或铁的熔点确定表表表表3-93-9给出了铁液中元素降低纯铁凝固点的给出了铁液中元素降低纯铁凝固点的给出了铁液中元素降低纯铁凝固点的给出了铁液中元素降低纯铁凝固点的T T，因此钢的熔点（凝，因此钢的熔点（凝，因此钢的熔点（凝，因此钢的熔点（凝固点）可利用表固点）可利用表固点）可利用表固点）可利用表3-93-9中的中的中的中的T T数值由下式近似计算：数值由下式
35、近似计算：数值由下式近似计算：数值由下式近似计算：说明：钢中气体对熔点的影响，视其含量一般在说明：钢中气体对熔点的影响，视其含量一般在说明：钢中气体对熔点的影响，视其含量一般在说明：钢中气体对熔点的影响，视其含量一般在77。本讲稿第三十二页，共四十页结晶定碳仪结晶定碳仪l l由表由表由表由表3-93-9可知，普通钢中最多的杂质元素碳降低铁熔点的作用最显可知，普通钢中最多的杂质元素碳降低铁熔点的作用最显可知，普通钢中最多的杂质元素碳降低铁熔点的作用最显可知，普通钢中最多的杂质元素碳降低铁熔点的作用最显著，因此，在生产上也有采用下式近似计算碳素钢的熔点：著，因此，在生产上也有采用下式近似计算碳素钢
36、的熔点：著，因此，在生产上也有采用下式近似计算碳素钢的熔点：著，因此，在生产上也有采用下式近似计算碳素钢的熔点：。l l生产上的生产上的生产上的生产上的“结晶定碳仪结晶定碳仪结晶定碳仪结晶定碳仪”就是根据此原理，测定结晶温度，就是根据此原理，测定结晶温度，就是根据此原理，测定结晶温度，就是根据此原理，测定结晶温度，反算其碳含量。反算其碳含量。反算其碳含量。反算其碳含量。本讲稿第三十三页，共四十页密密 度度纯铁液在纯铁液在纯铁液在纯铁液在1873K1873K的密度为的密度为的密度为的密度为690069007000kgm7000kgm-3-3。密度与温度的关系式为：密度与温度的关系式为：本讲稿第三
37、十四页，共四十页粘 度1 1、牛顿粘度定律、牛顿粘度定律、牛顿粘度定律、牛顿粘度定律 在流动的液体中，各层的定向运动速度并不相等，因而相邻层间发生了相对运动，两层间在流动的液体中，各层的定向运动速度并不相等，因而相邻层间发生了相对运动，两层间在流动的液体中，各层的定向运动速度并不相等，因而相邻层间发生了相对运动，两层间在流动的液体中，各层的定向运动速度并不相等，因而相邻层间发生了相对运动，两层间产生一对大小相等、方向相反与作用面平行的内摩擦力（切应力产生一对大小相等、方向相反与作用面平行的内摩擦力（切应力产生一对大小相等、方向相反与作用面平行的内摩擦力（切应力产生一对大小相等、方向相反与作用面
38、平行的内摩擦力（切应力F F ），以阻止这种相），以阻止这种相），以阻止这种相），以阻止这种相对运动。这种力与各液层间的接触面积对运动。这种力与各液层间的接触面积对运动。这种力与各液层间的接触面积对运动。这种力与各液层间的接触面积(A A)及速度梯度成正比：及速度梯度成正比：及速度梯度成正比：及速度梯度成正比：比例系数，称动力粘度，单位为比例系数，称动力粘度，单位为比例系数，称动力粘度，单位为比例系数，称动力粘度，单位为PasPas。物理意义是单位速度梯度下，作用于平行的液。物理意义是单位速度梯度下，作用于平行的液。物理意义是单位速度梯度下，作用于平行的液。物理意义是单位速度梯度下，作用于平行
39、的液层间单位面积的摩擦力。层间单位面积的摩擦力。层间单位面积的摩擦力。层间单位面积的摩擦力。本讲稿第三十五页，共四十页动力粘度和温度的关系动力粘度和温度的关系式中式中式中式中 B B0 0常数，常数，常数，常数，NsmNsm-2-2；E E 粘流活化能，粘流活化能，粘流活化能，粘流活化能，JmolJmol-1-1，它的物理意，它的物理意，它的物理意，它的物理意义是液体的粘滞流动单元在速度梯度作用下从一平衡位向另一平衡义是液体的粘滞流动单元在速度梯度作用下从一平衡位向另一平衡义是液体的粘滞流动单元在速度梯度作用下从一平衡位向另一平衡义是液体的粘滞流动单元在速度梯度作用下从一平衡位向另一平衡位移动
40、时，用以克服运动中能碍的能量，它和原子间作用力有关。位移动时，用以克服运动中能碍的能量，它和原子间作用力有关。位移动时，用以克服运动中能碍的能量，它和原子间作用力有关。位移动时，用以克服运动中能碍的能量，它和原子间作用力有关。如果粘滞流动单元的结构不会改变，那么如果粘滞流动单元的结构不会改变，那么如果粘滞流动单元的结构不会改变，那么如果粘滞流动单元的结构不会改变，那么E E 是常数。粘滞流动单是常数。粘滞流动单是常数。粘滞流动单是常数。粘滞流动单元的大小决定于质点间的作用力，而这种单元质点愈小，元的大小决定于质点间的作用力，而这种单元质点愈小，元的大小决定于质点间的作用力，而这种单元质点愈小，
41、元的大小决定于质点间的作用力，而这种单元质点愈小，E E 及及及及粘度就愈小。粘度就愈小。粘度就愈小。粘度就愈小。本讲稿第三十六页，共四十页E E 的影响因素的影响因素金属液中异类原子群聚团的形成，能使熔体的粘度增大，金属液中异类原子群聚团的形成，能使熔体的粘度增大，金属液中异类原子群聚团的形成，能使熔体的粘度增大，金属液中异类原子群聚团的形成，能使熔体的粘度增大，如铁液中的如铁液中的如铁液中的如铁液中的OO2-2-、S S2-2-等离子；而温度提高，使原子热运动的能量等离子；而温度提高，使原子热运动的能量等离子；而温度提高，使原子热运动的能量等离子；而温度提高，使原子热运动的能量增加，供给质
42、点移动所需的活化能，使具有增加，供给质点移动所需的活化能，使具有增加，供给质点移动所需的活化能，使具有增加，供给质点移动所需的活化能，使具有E E 的质点数增加，的质点数增加，的质点数增加，的质点数增加，同时粘滞单元尺寸变小，从而熔体粘度降低。同时粘滞单元尺寸变小，从而熔体粘度降低。同时粘滞单元尺寸变小，从而熔体粘度降低。同时粘滞单元尺寸变小，从而熔体粘度降低。需要指出：当熔体中出现第三相时，流体的粘度不在符合上需要指出：当熔体中出现第三相时，流体的粘度不在符合上需要指出：当熔体中出现第三相时，流体的粘度不在符合上需要指出：当熔体中出现第三相时，流体的粘度不在符合上式和牛顿粘度定律，因为固相颗
43、粒的出现对粘度的影响远远大于式和牛顿粘度定律，因为固相颗粒的出现对粘度的影响远远大于式和牛顿粘度定律，因为固相颗粒的出现对粘度的影响远远大于式和牛顿粘度定律，因为固相颗粒的出现对粘度的影响远远大于粘流活化能的作用。粘流活化能的作用。粘流活化能的作用。粘流活化能的作用。本讲稿第三十七页，共四十页铁液中溶解元素对粘度的影响铁液中溶解元素对粘度的影响由图可见，由图可见，N、O、S提高铁液的粘度。提高铁液的粘度。这这种种影影响响在在元元素素浓浓度度很很低低时时更更为为明明显显。例例如如，O为为0.05%，可可使使粘粘度度提提高高3050%。P、Mn、C、Si、Cr等能降低粘度。等能降低粘度。此此外外Al、Si、Mn、Cr等等若若与与钢钢中中的的氧氧结结合合，生生成成的的产产物物不不能能顺顺利利排排除除，则则能能提高粘度。提高粘度。本讲稿第三十八页，共四十页理论联系实际理论联系实际解释钢的粘度比铁液高的原因：解释钢的粘度比铁液高的原因：1）钢中）钢中C、Si、Mn、P的浓度低于铁；的浓度低于铁；2）钢中含有）钢中含有O，而铁液中，而铁液中O为零，这是最主要原因；为零，这是最主要原因；3）铸铁中）铸铁中Si、Mn含量较高，也是增加了铁液的流动性。含量较高，也是增加了铁液的流动性。本讲稿第三十九页，共四十页This chapter is over!本讲稿第四十页，共四十页