金属材料及热处理-1铁碳相图及其应用03.ppt

金属材料及热处理基础 第一章 铁碳相图及应用 金属材料是目前应用最广泛的工程材料，它包括纯金属及其合金。在工业上，把金属材料分为两类:一类是黑色金属，它是指铁、锰、铬及其合金，其中以铁为基的合金(钢和铸铁)应用最广;另一类是有色金属，这是指除黑色金属以外的所有金属及其合金。按照特性的不同有色金属又分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属和放射性金属等多种。 非金属材料是近几十年来发展很快的工程材料，预料今后还会有更大的发展。非金属材料包括有机高分子材料和无机非金属材料两大类。有机高分子材料的主要成分是碳和氢，按其应用可分为塑料、橡胶、合成纤维;而无机非金属材料是指不含碳、氢的化合物，其中以陶瓷应用最广。 复合材料是一种新型的、具有很大发展前途的材料，它是把两种或两种以上的不同性质或不同组织结构的材科以微观或宏观的形式组合在一起而构成的。它不仅保留了组成材料各自的优点，而且具有单一材料所没有的优异性能。 第二节 钢中的合金元素 工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 碳钢是指碳的质量分数为0.0218～2.11%的铁碳合金，并含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。 合金钢可以定义：在化学成分上特别添加合金元素用以保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组织与性能的铁基合金。 一、钢的分类与编号 （一）钢的新分类方法 从1991年起，实施了新的钢分类方法（GB/T13304—1991），它是参照国际标准制订的 按化学成分分类 当钢中合金元素总含量小于或等于5%时，称为低合金钢。合金元素总含量在5-10%范围内，称为中合金钢。合金元素总含量超过10%时称为高合金钢，不过这种划分并没有严格的规定。 （二）钢的通常分类 1.按用途分类 工程构件用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆 机器制造(零件)用钢 渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢 合金元素是指特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理-化学和机械性能的化学元素。 钢中常见的化学元素有周期表中的第三周期的A1、Si；第四周期的Ti、 V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu；第五周期的Nb、Mo；第六周期的W。近三十年来，又研究了第二周期的B、 N；第五周期的Zr以及第六、七周期的稀土元素和Ta等作为微合金化元素，加入钢中。 此外，H、O、Sn、Sb、As、Bi也可能作为气体或杂质存在于钢中。 由冶炼时所用原材料以及冶炼方法和工艺操作等所带入钢中的化学元素，则称为杂质。 钢中杂质的含量一般限制在下列范围:Mn≤0.5%，Si≤0.4%，Cr≤0.3%，Ni≤0.3%，Cu≤0.3%，Mo≤0.1%, w≤0.2%，P ≤0.025-0.04%，S≤0.015-0.05%。这样，同一合金元素既可能作为杂质又可能作为添加元素，若属于前者，则影响钢的质量，若属于后者，则决定钢的组织与性能。 第三节 Fe-C合金相图 相（phase） 体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。 相图是在给定条件下体系中各相之间建立平衡后热力学变量轨迹的几何表达。 相图，也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡系统的组成与一些参数（如温度、压力）之间关系的一种图。 气体不论有多少种气体混合，只有一个气相。 液体按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。 固体一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固溶体除外，它是单相）。 3.1相图的绘制 在指定的温度和压力下，若多相体系的各相中每一组元的浓度均不随时间而变，则体系达到平衡 。 3.3 杠杆定律 在结晶过程中，液、固二相的成分分别沿液相线和固相线变化。液、固二相的相对量关系，如同力学中的杠杆定律。 如图，合金x在温度T1由两相平衡并存，这时两相的成分和数量保持不变。过x点作水平线交液相线和固相线于a、c点，在某一温度下液、固两相的相对量可用杠杆定律来计算 : 设mL和mα分别为两相的数量，由质量守恒定律可推导出： 　ML + Mα = 1 　ML × χa = Mα ×χc 3.4 几种典型二元相图 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应