含碳量对组织和性能的影响.ppt

本节要点 概念：细晶区、等轴晶、柱状晶、偏析、宏观偏析、微观偏析、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、缩孔、疏松 合金元素与杂质元素碳钢组织和性能的影响 铸件的缺陷的类型 作 业 画出Fe-C相图 写出相图中点线面所表示的含义，并给出相应的成分、温度 写出工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁的凝固过程 ③晶界偏析 当合金以树枝状方式凝固，最终形成晶粒组织时，在各晶粒之间的界面处是液体最后凝固的地方。对于k0＜1的合金，最后凝固的液体中溶质含量高。因此凝固结束后晶界处产生溶质富集，形成晶界偏析。 一种情况是两个晶粒并排生长，由于表面张力平衡条件要求，在晶粒之间出现一个深达10-8cm的凹槽，该处的液体是最后凝固，从而形成晶界偏析。另一种情况是两个晶粒彼此相对生长，当彼此相遇时，在它们之间的液体中富集着大量溶质，这部分液体最后凝固，从而造成晶界偏析。 显微偏析都可以通过扩散退火减弱或消除。 （3）缩孔 几种缩孔形式 大多数金属和合金在凝固过程要发生体积收缩。如果没有足够的液体继续补充，就会在铸锭(件)中形成收缩孔洞，简称缩孔。根据缩孔的位置和分布，可分为集中缩孔和分散缩孔。 不同凝固方式示意图 (a)壳状凝固　(b)壳状－糊状混合凝固　(c)糊状凝固 直径9吋的Cu-30%Ni铸锭靠近锭子表面（左下）和靠近中心（右下）的照片 抛光未侵蚀 50× 合金钢锭的中心疏松 0.5× 特定的铸件或铸锭的收缩量是一定的，所以如果存在疏松，将会减小最终的集中缩穴或缩管。 希望缩孔集中在锭子的上方，以加大金属的利用率；不希望出现缩管，使利用率降低。 方法是在锭子上部加保温帽，使上部最后凝固，从而缩孔集中在上部的保温帽下方。 气泡主要来源于两方面： ①溶入液态中的气体，在凝固时脱溶析出（固相的溶解度远低于液相），气泡随晶体长大而长大。如果气泡长大速度比晶体生长速度大，气泡长大到一定尺寸后会逸出液相；如果气泡长大速度比晶体长大速度小，晶体长大会把气泡留在锭内； 沸腾钢锭 半沸腾钢锭 （4）气泡 ②由于在凝固时发生化学反应产生气泡。例如钢中的碳和氧反应形成CO及少量CO2等气泡，若没有逸出液体，则留在铸锭中。 若氢气被固溶在凝固的钢锭中，冷却时氢析出形成分子氢，来不及扩散到表面而进入微空隙内产生巨大的压力，从而形成微裂纹，称“发裂”，又因这些裂纹在断面上呈现白色，又称“白点”。 发纹的断面形貌 凝固过程中，金属和气体形成化合物残留于锭子内，或者外来杂物及耐火材料冲刷进液体中，这就是非金属夹杂物的来源。杂质原子在枝晶间以及晶界的偏聚亦可能形成夹杂物，例如硫在铁中可以在枝晶间及晶界处偏聚形成Fe(Mn)S，它有时会在晶界处形成连续的一层薄膜。此外，还会有氧化物，硅酸盐等夹杂物。 （5）非金属夹杂物 碳钢铸件中在树枝晶边界的硫化物夹杂 500× 合金钢锭经热轧后的硫化锰夹杂 200× 铝铜合金铸锭中的氧化物夹杂 250× 铝中的氧化物夹杂经加工后形成氧化物带 250× 碳钢铸件中的硅酸盐夹杂 500× 铸锭或铸件冷却时会引起很大的热应力，如果处理不当会出现裂纹，一般是纵向裂纹。 钢锭中心出现的裂纹（横截面） 10吋黄铜锭中的晶间裂纹 4× （6）热应力—由此引起的裂纹 铜锭中心出现的裂纹 0.5× 上：横截面 下：纵截面 决定铸锭性能的最重要因素是柱状晶区和中心等轴晶区的相对宽度、中心等轴晶区晶粒的大小等。 ①细晶区通常只有几个晶粒厚，其作用有限。 ②柱状晶区中常有择尤取向（织构），在平行的柱状晶接触面及柱状晶粒界面常常聚集杂质、非金属夹杂物和气泡等，是铸锭的脆弱结合面，铸锭热加工时很容易沿这些面断裂。但柱状晶区组织较为致密。 ③等轴晶没有择尤取向，没有脆弱的界面，性能是各向同性，含有较多的气孔和疏松。加载时裂纹不易生长。 （7）铸锭组织的控制 根据中心等轴晶区形成的原理，等轴晶形成的条件可为归纳为以下几个方面： ①低的浇注温度：有利于保存游离晶体，防止它们重新熔化。 ②大的液固线间距：在同样的温度梯度下，一次枝晶比较长，这样就有利于细弱的颈状二次枝晶的形成。 ③铸模的冷却能力：金属模的冷却能力大，难以造成“颈”状晶粒从模壁游离和形成颈状二次枝晶的条件，故不易形成等轴晶晶核。 ④对液体金属施加搅拌和振动，可帮助枝晶的熔断、破碎，增加游离细晶的数目。还可以加快消除过热以保留中心等轴晶区的籽晶。 ⑤加入形核剂，促进非自发