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工程材料
博士入学考试
名词解释
位错:
线缺陷指二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷。
固溶强化:
通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。
(随着溶质原子的溶入,固溶体晶格发生畸变。
晶格畸变随溶质原子浓度的增高而增大。
晶格畸变增大位错运动的阻力,使金属的滑移变得困难,从而提高了合金的强度和硬度)
共晶转变:
由一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应。
珠光体:
铁素体与渗碳体的共析混合物。
残余奥氏体:
奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,呈面心立方晶格。
而淬火未能转变成马氏体而保留到室温的奥氏体称为残余奥氏体。
淬透性:
钢接受淬火时形成马氏体的能力。
回火脆性:
指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。
表面淬火:
仅对钢的表面加热,冷却而不改变其成分的热处理工艺成为表面热处理,也叫表面淬火。
高速钢:
合金刃具钢的一种,用于高速切削,为高速工具钢。
球墨铸铁:
球墨铸铁的石墨呈球状,具有很高的强度,又有良好的塑性和韧性。
硬铝:
Al-Cu合金,Al-Cu-Li合金系列也称为硬铝,可进行热处理强化,含有少量Si,时效后析出Al2CuMg相,起沉淀强化作用。
黄铜:
以锌为主要合金元素的铜合金。
塑料:
以有机合成树脂为基础,再加入添加剂所组成的。
尼龙:
聚酰胺的别称。
分子结构式[NH(CH2)n-1CO]x
复合材料:
两种或两种以上的物理、化学性质不同的物质,经一定方法得到的一种新的多相固体材料。
玻璃钢:
以树脂为粘结剂的玻璃纤维增强材料。
硬质合金:
简答题
1.什么是亚共析钢、共析钢和过共析钢?
它们在室温下的平衡组织是什么?
简述钢中碳对钢的组织和力学性能的影响。
亚共析钢:
含碳量在0.0218%-0.77%之间的结构钢。
室温下平衡组织:
铁素体、珠光体。
铁素体呈白色块状,珠光体呈层片状,放大倍数不高时呈黑色块状。
w(C)大于0.6%的亚共析钢,室温平衡组织中的铁素体常呈白色网状,包围在珠光体周围。
共析钢:
含碳量在0.77%的结构钢。
室温下平衡组织:
全部是珠光体。
珠光体呈层片状。
过共析钢:
含碳量在0.77%-2.11%之间的结构钢。
室温下平衡组织:
二次渗碳体、珠光体。
二次渗碳体呈网状分布在层片状珠光体周围。
碳对钢的组织和力学性能的影响:
硬度主要决定于组织中组成相或组织组成物的硬度和相对数量。
随碳质量分数的增加,由于硬度高的Fe3C增多,硬度低的铁素体减少,所以合金的硬度呈直线增大。
随碳质量分数的增加,亚共析钢中珠光体增多而铁素体减少。
珠光体的强度比较高,铁素体的强度较低,所以亚共析钢的强度随碳质量分数的增大而增大。
但当碳的质量分数超过共析成分之后,由于强度很低的二次渗碳体沿晶界出现,合金强度的增高变慢,碳含量到0.9%时,二次渗碳体沿晶界形成完整的网,强度迅速降低,随碳质量分数的进一步增加,强度不断下降,到合金中出现低温莱氏体时,强度已经降到很低的值。
再增加碳质量分数时,由于合金基体都为脆性很高的Fe3C,强度变化不大且值很低,趋于Fe3C的强度。
因为合金的塑性变形全部由铁素体提供。
随碳质量分数的增加,铁素体量不断减少时,合金的塑性持续下降。
到合金成为白口铸铁时,塑性就降到接近于零了。
2.简述上贝氏体和下贝氏体组织的形成条件、组织形貌及机械性能方面的差异。
上贝氏体:
过冷奥氏体在350-550℃之间转变形成的产物。
呈羽毛状,小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。
在较高温度形成,铁素体片较宽,塑性变形抗力较低;同时渗碳体分布在铁素体片之间,容易引起脆断,因此强度和韧性都较差。
下贝氏体:
过冷奥氏体在350℃-Ms(过冷奥氏体转变为马氏体的开始温度)之间转变形成的产物。
黑色针状,在电子显微镜下可看到在铁素体针内沿一定方向分布着细小的铁碳化合物颗粒。
形成温度较低,其铁素体针细小,无方向性,碳的过饱和度大,位错密度高,且碳化物分布均匀,弥散度大,所以硬度高,韧性好,具有良好的综合机械性能。
3.甲乙两厂均用40Cr钢生产连杆,要求硬度HBS220-250。
甲厂采用正火热处理,乙厂采用调质热处理,均能达到硬度要求,简述正火和调质热处理的定义,分析甲、乙两厂产品的组织和性能差异。
你认为哪一种热处理最好,为什么?
正火:
钢材或钢件加热到一定温度后,保温适当时间,在自由流动的空气中均匀冷却的热处理。
正火得到的是索氏体和铁素体,索氏体中的渗碳体为片状。
正火可以细化晶粒,使组织均匀化,减少亚共析钢中铁素体含量,使珠光体含量增多并细化,从而提高钢的强度、硬度和韧性。
所得产品机械性能一般。
调质:
通常把淬火加高温回火成为调质处理。
调质得到的是回火索氏体,其渗碳体为细粒状。
钢调质处理后的机械性能与正火后的机械性能相比,不仅强度高,而且塑形和韧性也较好。
均匀分布的细粒状渗碳体起到了强化作用,因此回火索氏体的综合机械性能好。
综上所述,调质热处理效果更好。
4.什么是马氏体组织?
马氏体为什么具有高的硬度?
低碳马氏体和高碳马氏体在组织结构及力学性能方面有何主要差异?
并举例说明低碳马氏体和高碳马氏体的用途。
马氏体就是碳在α-Fe中的饱和固溶体。
由于过饱和碳使α-Fe的晶格发生很大畸变,产生很强的固溶强化,所以马氏体硬度很高,而且随碳质量分数的增加而增大。
马氏体形态取决于奥氏体的碳质量分数,碳质量分数在0.25%以下时,为低碳马氏体;碳质量分数大于1.0%时,为高碳马氏体;在0.25%-1.0%之间时,为板条马氏体和针状马氏体的混合组织。
高碳马氏体:
针状马氏体,呈竹叶状或凸透镜状,在空间形同铁饼。
由于饱和度大、内应力高和存在孪晶结构,所以硬而脆,塑性、韧性极差。
耐磨钢。
低碳马氏体:
板条状马氏体,为一束束平行排列的细板条组成,也称位错马氏体。
由于饱和度小,内应力低和存在位错亚结构,则不仅强度高,而且塑性、韧性也较好。
不锈钢,高强度钢。
5.T8钢室温平衡组织是什么?
T8钢通过何种热处理可以获得马氏体和回火索氏体组织?
分别叙述各个组织的形貌和力学性能。
室温平衡组织:
回火马氏体加颗粒状碳化物及少量残余奥氏体。
热处理:
调质热处理(淬火加高温回火)。
马氏体:
低碳马氏体为板条状,由一束束平行排列的细板条组成。
高碳马氏体为针状,呈竹叶状或凸透镜状,在空间形同铁饼。
马氏体硬度高,其中高碳马氏体硬而脆,塑性、韧性极差。
低碳马氏体强度高,而且塑性、韧性较好。
回火马氏体:
由极细的碳化物和低过饱和度的固溶体组成。
高碳回火马氏体为黑针状,低碳回火马氏体为暗板条状,中碳回火马氏体为两者的混合物。
高韧性、高硬度、高耐磨性。
残余奥氏体:
层片状。
强度较低,硬度不高,易于塑性变形。
回火索氏体:
粒状渗碳体和铁素体基体的混合组织。
强度、塑性和韧性都比较好。
6.40钢、T8钢和T12钢的含碳量大约是多少?
室温平衡组织是什么?
力学性能有何差异?
各举例说明其用途。
40钢:
0.4%。
回火索氏体、回火马氏体。
强度、塑性和韧性都比较好。
制造齿轮、轴类、套筒。
T8钢:
0.8%。
回火马氏体、残余奥氏体。
硬度高、韧性较高。
制造冲头、凿子、锤子。
T12钢:
1.2%。
回火马氏体、残余奥氏体。
硬度高、韧性较低。
制造锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。
7.说明下列材料最终热处理后的显微组织和大概硬度,并分别举例说明其用途。
(1)40Cr钢,淬火、高温回火
(2)T10A钢,淬火、低温回火
(3)20CrMnMo钢,渗碳、淬火、低温回火
(4)60Si2Mn钢,淬火、中温回火
(5)45钢,高频感应、表面淬火
(1)回火索氏体。
小于等于207HB。
轴类、连杆螺栓、机床齿轮、蜗杆、进气阀。
(2)回火马氏体、残余奥氏体。
小于等于217HB。
钻头、刨刀、丝锥、手锯条、冷作磨具。
(3)回火马氏体、屈氏体、铁素体。
布氏硬度小于等于217。
曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴。
(4)回火屈氏体。
抗拉强度1275N/mm2。
车厢缓冲卷簧、汽车板簧、离合器簧片。
(5)马氏体。
50HRC左右。
曲轴、齿轮、轴、凸轮轴。
8.20CrMnTi钢齿轮经920℃气体渗碳5小时,预冷至870℃淬火,200℃回火,试分析齿轮表面和心部的组织和大致硬度。
热处理后,表面渗碳层的组织由合金渗碳体与回火马氏体及少量残余奥氏体组成,硬度为60-62HRC。
心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关,完全淬透时为低碳回火马氏体,硬度为40-48HRC;多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁素体,硬度为25-40HRC。
性能:
表面硬度高,耐磨性好;心部韧性较好,硬度较低。
疲劳强度高。
9.什么是滚动轴承钢?
简述GCr15钢中碳和合金元素的大致含量及在钢中的作用、钢的最终热处理及热处理后的组织和大致硬度。
定义:
主要用来制造滚动轴承的滚动体、内外套圈等,属专用结构钢。
碳:
碳的质量分数一般为0.95%-1.10%。
碳的主要作用是保证材料的高硬度、高耐磨性和高强度。
热处理:
轴承钢的预先热处理是球化退火。
其目的不仅是降低钢的硬度,利于切削加工,更重要的是获得细的球状珠光体和均匀分布的细粒状碳化物,为零件的最终热处理做组织准备。
然后进行淬火和低温回火。
其中淬火的温度要求十分严格,过高和过低都会影响材料的力学性能。
轴承钢淬火回火后的组织为极细的回火马氏体、均匀分布的粒状碳化物及少量残余奥氏体,硬度大于62HRC。
10.高速钢为什么具有良好的热硬性?
分析W18Cr4V钢中碳和合金元素的大致含量及其在钢中的主要作用,并举例说明其用途。
热硬性与钢的回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。
高速钢的成分特点:
高碳(1%),一方面保证能与W、Cr、V等形成足够数量的碳化物;另一方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中,以保证马氏体的高硬度。
加入Cr(4%)提高淬透性。
铬的碳化物在淬火加热时几乎全部溶于奥氏体中,增加过冷奥氏体的稳定性,大大提高钢的淬透性。
铬还能提高钢的抗氧化、脱碳的能力。
加入W(18%)保证高的热硬性,在退火状态下,以M6C型碳化物形式存在。
这类碳化物在淬火加热时较难溶解。
加热时,一部分(Fe,W)6C等碳化物溶于奥氏体中,淬火后W存在于马氏体中,随后回火时,形成W2C弥散分布,造成二次硬化。
这种碳化物在500-600℃温度范围内非常稳定,不易聚集长大,从而使钢具有良好的热硬性;一部分未溶的碳化物能起阻止奥氏体晶粒长大及提高耐磨性的作用。
V(1%)能形成VC,非常稳定,极难溶解,硬度极高且颗粒细小,分布均匀,能大大提高钢的硬度和耐磨性。
同时能阻止奥氏体晶粒长大,细化晶粒。
可用于高速车刀、钻头、铣刀。
11.什么是不锈钢?
1Cr18Ni9Ti钢为什么具有良好的抗腐蚀性能?
试从钢的化学成分、热处理、显微组织等方面进行分析,并举例说明其用途。
不锈钢是指在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性的钢种。
化学成分:
耐蚀性要求越高,碳质量分数应越低。
因为碳形成阴极相,特别是它与铬能形成碳化物在晶界析出,使晶界周围严重贫铬,当铬含量在一定值以下时,晶界区域电极电位急剧下降,耐蚀性能大大降低,造成沿晶界发展的晶间腐蚀,使金属产生沿晶界脆断的危险。
铬能提高钢基体的电极电位。
铬是铁素体形成元素,铬含量达到一定值时可使钢形成单一的铁素体组织。
铬在氧化性介质中极易钝化,生成致密的氧化膜,使钢的耐蚀性大大提高。
加入镍可获得奥氏体组织,显著提高耐蚀性。
钛能优先同碳形成稳定碳化物,使Cr保留在基体中,避免晶界贫铬,从而减轻钢的晶界腐蚀倾向。
热处理:
将钢加热至1050-1150℃使碳化物充分溶解,然后水冷,获得单项奥氏体组织,提高耐蚀性。
将钢加热到850-880℃,使钢中铬的碳化物完全溶解,而钛的碳化物不溶解。
然后缓慢冷却,让溶于奥氏体的碳与钛以碳化钛的形式充分析出。
碳将不再同铬形成碳化物,有效地消除了晶界贫铬,避免了晶界腐蚀的产生。
将钢加热到300-350℃消除冷加工应力;加热到850℃以上消除焊接残余应力。
显微组织:
奥氏体为面心立方结构,碳氮等间隙原子均位于奥氏体晶胞八面体间隙中心,及面心立方晶胞的中心和棱边的中点。
其结构有助于提高材料的耐蚀性。
用途:
耐酸容器、抗磁仪表、医疗器械。
12.简述白口铸铁、灰口铸铁和45钢在化学成分、显微组织和力学性能方面有何主要差异?
并分别举例说明其用途。
白口铸铁:
合金元素主要为Cr,此外还有Ni、Cu、M、Mn等。
渗碳体、贝氏体、马氏体。
具有很大的硬度和脆性,有一定的抗磨性。
直接用于铸造状态。
灰口铸铁:
Si、Mn、P、S。
铁素体、珠光体。
有一定的强度,但塑性和韧性很低。
有良好的减震性,流动性能良好,线收缩率和体收缩率较小,抗拉强度较高。
机床床身、齿轮箱、皮带轮、底座、缸体、盖、手轮。
45钢:
Si、Mn、Cr、Ni、Cu。
马氏体、索氏体。
塑性一般,强度较高,切削加工性能好。
热处理后可用于制造模具。
13.普通灰口铸铁和球墨铸铁在显微组织和机械性能方面有何主要不同?
HT200和QT600-3表示什么意思?
各举例说明其用途。
灰口铸铁:
铁素体、珠光体;有一定的强度,但塑性和韧性很低。
有良好的减震性,流动性能良好,线收缩率和体收缩率较小,抗拉强度较高;机床床身、齿轮箱、皮带轮、底座、缸体、盖、手轮。
球墨铸铁:
主要是铁素体、珠光体,部分有马氏体、索氏体、屈氏体;具有远超过灰口铸铁的抗拉强度,屈强比大于钢,有良好的塑性和韧性,伸长率较高,有较好的疲劳强度,铸造性能好;汽车、拖拉机、内燃机等的曲轴、凸轮轴,还有通用机械的中压阀门等
HT200:
最低抗拉强度为200MPa的灰铁;汽缸、齿轮、低架、机体、飞轮。
QT600-3:
最低抗拉强度为600MPa,伸长率为3%的球墨铸铁;柴油机、汽油机的曲轴,磨床、铣床、车床的主轴,空压机、冷冻机的缸体、缸套。
14.指出下列材料牌号中数字和字母的含义。
并分别举例说明其用途。
(1)Q235:
屈服强度为235MPa的碳素结构钢。
轧制成钢筋、钢板、钢管用于桥梁、建筑物等。
(2)65Mn:
碳含量约为0.65%的优质碳素结构钢,钢中锰含量较高。
弹簧。
(3)T8A:
碳质量分数为0.8%的高级优质碳素工具钢。
冲头、凿子、锤子。
(4)T10A:
碳质量分数为1.0%的高级优质碳素工具钢。
钻头、刨刀、丝锥、手锯条。
(5)T12:
碳质量分数为1.2%的优质碳素工具钢。
锉刀、刮刀、量规。
(6)16Mn:
即Q345,碳含量约为0.16%的低合金高强度结构钢,钢中锰含量较高。
矿山,运输,化工等各种机械。
(7)40Cr:
平均碳质量分数为0.40%的结构钢,主要合金元素铬的质量分数在1.5%以下。
轴类、连杆螺栓、机床齿轮、蜗杆、进气阀。
(8)40CrNi:
碳质量分数约为0.4%,主要合金元素铬、镍的质量分数在1.5%以下。
曲轴、主轴、齿轮、连杆。
(9)60Si2Mn:
碳的质量分数约为0.6%,硅的质量分数约为2%,Mn质量分数在1.5%以下。
车厢缓冲卷簧、汽车板簧、离合器簧片。
(10)GCr15:
碳的质量分数约为1.0%,铬的质量分数约为1.5%的滚珠轴承钢。
(11)W18Cr4V:
碳的质量分数大于1%,钨的质量分数约为18%,铬的质量分数约为4%,钒的质量分数在1.5%以下。
高速车刀、钻头、铣刀。
(12)Cr12MoV:
碳的质量分数大于1%,铬的质量分数约为12%,钼、钒的质量分数在1.5%以下。
冷冲模、压印模、冷镦模、冷挤压模。
(13)5CrMnMo:
碳的质量分数约为0.5%,铬、锰、钼的质量分数在1.5%以下。
中型锻模。
(14)1Cr13:
碳的质量分数约为1.0%,铬的质量分数约为13%。
刃具、叶片、紧固件。
(15)2Cr13:
碳的质量分数约为2.0%,铬的质量分数约为13%。
汽轮机叶片、热油泵、叶轮。
(16)1Cr18Ni9Ti:
碳的质量分数小于0.15%,铬的质量分数约为18%,镍的质量分数约为9%,钛的质量分数在1.5%以下。
耐酸容器、抗磁仪表、医疗器械。
(17)HT150:
最低抗拉强度为150MPa的灰铁。
端盖、汽轮泵体、轴承座、一般机床底座。
(18)HT200:
最低抗拉强度为200MPa的灰铁。
汽缸、齿轮、低架、机体。
(19)H68:
铜的质量分数约为68%的黄铜(其余为锌)。
形状复杂的深冲零件、散热器外壳。
(20)H90:
铜的质量分数约为90%的黄铜(其余为锌)。
镀金属、涂敷珐琅
(21)YG8:
14.什么是硬质合金和钢结硬质合金?
简述YG8硬质合金的主要组分、性能和用途。
补充内容:
1.纯金属的晶体结构
晶体结构:
晶体中院子规则排列的方式。
晶格:
为了便于研究,假设通过金属原子的中心画出许多空间直线,这些直线形成空间格架,称为晶格。
晶胞:
能反映晶格特征的最小组成单元。
晶格常数:
晶胞的三条棱边长和三条棱边之间的夹角。
原子半径:
晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半。
致密度:
晶胞中所含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比。
空隙半径:
若在晶胞空隙中放入刚性球,则能放入球的最大半径为孔隙半径。
配位数:
晶格中与任一原子相距最近且距离相等的原子的数目。
面心立方晶格和密排六方晶格中原子排列紧密程度完全一样,在空间是最紧密排列的两种形式。
因此当铁从面心立方晶格向体心立方晶格转变时,体积将膨胀。
这就是钢在淬火时因相变而发生体积变化的原因。
面心立方中的空隙半径比体心立方晶格中的空隙半径要大,表示容纳其他小直径原子的能力要大。
所以奥氏体比铁素体含碳量高,奥氏体为碳在γ-Fe中的间隙固溶体,铁素体为碳在α-Fe中的间隙固溶体。
晶面:
通过晶体中原子中心的平面。
晶向:
通过原子中心的直线为原子列,其所代表的方向为晶向。
点缺陷:
在三维尺度上都很小,不超过几个原子直径的缺陷。
包括空位(在晶体晶格中,若某结点上没有原子,则这结点成为空位)、间隙原子(位于晶格间隙之间的原子)、异类原子(纯金属中存在的其他元素原子)。
线缺陷:
即位错,前文有定义。
包括刃型位错(多余半原子面)和螺型位错(错动一个原子间距)。
面缺陷:
二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。
包括晶界(晶粒与晶粒之间的接触界面)、亚晶界(亚晶粒之间的边界)。
2.合金的晶体结构
合金:
一种元素同另一种或几种其他元素,通过熔化或其他方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。
组元:
组成合金的独立的、最基本的单元。
二元合金:
由两个组元组成的合金。
相:
在合金或金属中,具有一定化学成分、具有一定晶体结构的均匀组成部分。
固态合金有固溶体和金属化合物两类基本相。
固溶体:
合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀、且结构与组元之一相同的固相。
金属化合物:
合金组元相互作用形成晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相,或称中间相。
金属化合物一般熔点较高,硬度高,脆性大。
合金中含有金属化合物时,强度、硬度和耐磨性提高,而塑性和韧性降低。
间隙化合物:
由过渡族金属元素与原子半径较小的非金属元素形成的化合物。
3.金属材料的组织
显微组织:
材料内部所有的微观组成总称显微组织。
金属材料的组织取决于它的化学成分和制造工艺过程。
金属材料的性能由金属内部的组织结构所决定。
4.金属材料的性能特点
工艺性能:
铸造性能(铸造成形获得优良铸件的能力)(流动性(熔融金属的流动能力)、收缩性(铸件凝固冷却过程中体积和尺寸减少的现象)、偏析倾向(金属凝固后铸件化学成分和组织的不均匀现象))、锻造性能(用锻压加工方法成形的适应能力)、焊接性能(对焊接加工的适应性)、切削加工性能(切削后的表面质量)。
力学性能:
强度(抵抗塑性变形或断裂的能力)、塑性(断裂前金属材料产生永久变形的额能力)、硬度(材料抵抗另一硬物压入其内的能力,布氏硬度HBS、洛氏硬度HRA、HRB、HRC)、韧性(抵抗冲击载荷作用的能力)、疲劳强度(应力低于一定值时,试样可以经受无限周期循环而不破坏,这个应力值)、断裂韧性(材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力)。
5.纯金属的结晶
结晶条件:
金属必须过冷(液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂时不结晶的现象)。
结晶过程:
形核(自发形核、非自发形核)和长大(平面长大、树枝状长大)。
同素异构转变:
金属在固态下随温度的改变,由一种晶格转变为另一种晶格的现象。
适当提高冷却速度,可以细化同素异构体转变后的晶粒,从而提高金属的力学性能。
铸锭包括细等轴晶区、柱状晶区、粗等轴晶区。
细化铸态金属晶粒:
增大金属过冷度、变质处理(在液体金属中加入孕育剂或变质剂,增加非自发晶核的数量或者阻碍晶核的长大,以细化晶粒和改善组织)、振动、电磁搅拌。
6.合金的结晶
相图:
表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示图,也称为平衡图或状态图。
匀晶结晶的特点:
与纯金属一样,固溶体从液相中结晶出来的过程中,也包括形核与长大两个过程,但固溶体更趋于呈树枝状长大;固溶体结晶在一个温度区间内进行,即为一个变温结晶过程;在两相区内,温度一定时,两相的成分是确定的;在两相区内,温度一定时,两相的质量比是一定的;固溶体结晶时成分是变化的,缓慢冷却时由于原子的扩散能充分进行,形成的是成分均匀的固溶体。
共晶反应见上文。
包晶偏析:
在合金结晶过程中,如果冷速较快,包晶反应时原子扩散不能充分进行,则生成的固溶体中会发生较大的偏析。
包晶偏析可通过扩散退火来消除。
共析体:
由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相,此两相混合物成为共析体。
7.铁碳相图
碳质量分数超过6.69%的铁碳合金脆性很大,没有研究价值。
铁碳合金的组元:
Fe:
纯铁从液态结晶到固态,再冷却时,发生两次同素异构体转变。
工业纯铁的力学性能特点是强度低、硬度低、塑性好。
Fe3C:
也叫渗碳体,是铁与碳的一种具有复杂结构的间隙化合物。
渗碳体的力学性能特点是硬而脆。
铁碳合金中的相:
液相L:
铁与碳的液溶体。
δ相:
又称高温铁素体,是碳在δ-Fe中的间隙固溶体,体心立方晶格。
α相:
也称铁素体(F或α表示),是碳在α-Fe中的间隙固溶体,体心立方晶格。
强度低、硬度低、塑性好。
γ相:
又称奥氏体(A或γ),是碳碳在γ-Fe中的间隙固溶体,面心立方晶格。
强度较低,硬度不高,易于塑性变形。
Fe3C相:
化合物相,渗碳体。
莱氏体:
奥氏体与渗碳体的共晶混合物(Le)。
莱氏体中的渗碳体称共晶渗碳体。
珠光体:
铁素体与渗碳体的共析混合物(P)。
珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。
珠光体在显微镜下呈层片状,渗碳体片(窄条)与铁素体片(宽条)相间分布。
珠光体强度较高,塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。
二次渗碳体:
从奥氏体中析出的渗碳体。
三次渗碳体:
从铁素体中析出的渗碳体。
铁碳合金的分类(三大类,工业纯铁、钢、白口铸铁):
工业纯铁[w(C)≤0.0218%]:
室温平衡组织为铁素体和三次渗碳体。
铁素体呈白色块状,三次渗碳体量极少,呈小白片状分布于铁素体晶界处。
亚共析钢[0.0218%<w(C)<0.77%]。
共析钢[w(C)=0.77%]。
过共析钢[0.77%<w(C)≤2.11%]。
亚共晶白口铸铁[2.11%<w(C)<4.3%]:
室温平衡组织为珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体(Le')。
网状二次渗碳体分布在粗大块状珠光体的周围,低温莱氏体则由条状或粒状珠光体和Fe3C基体组成。
共晶白口铸铁[w(C)=4.3%]:
室温平衡组织为低温莱氏体,由黑色条状或粒状珠光体和白色Fe3C基体组成。
过共晶白口铸铁[4.3%<w(C)<6.69%]:
室温平衡组织为渗碳体和低温莱氏体。
一次渗碳体呈长条状,低温莱氏体由黑色条状或粒状珠光体和白色Fe3C基体组成。
纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好。
铁碳相图在钢铁材料选用方面的应用:
建筑结构钢需用塑性、韧性好的材料,因此选用碳质量分数较低的钢材;各种机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料,应选用碳质量分数适中的中碳
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