第七讲-钢铁中的合金相.pptVIP

纯铁及钢简介 碳钢中的相及组织 合金钢中的相 奥氏体的形貌与铁素体相似，但晶界较为平直，且常有孪晶存在。 在钢中通常是不允许它存在，否则会降低钢的力学性能。但是在铸铁材料中为了增加铸铁的切削加工性和降低铸铁的脆性并能保证一定的强度和韧性，常采用一些工艺措施使大多数的化合碳转变成游离碳的石墨，使铸铁由白口变成灰口，成为有用的工程材料。 石墨 石墨的层间移动 为可自由移动的电子 用隧道扫描显微镜放大后的石墨层状结构 2.碳钢中的相及组织 3.合金钢中的相 碳化物 碳化物属间隙化合物。过渡金属钛、钒、铌、锆、钽、钨、钼、铬、锰、和铁都可与碳形成二元碳化物。 当过渡性金属原子半径（rM）和碳的原子半径（rC）的比值0.59时形成简单密排结构的碳化物。例如铌、钒、钽和钛、锆与碳形成面心立方点阵的MC型碳化物，而钨、钼与碳形成六方点阵的MC与M2C。 当rM/rC0.59时形成复杂结构的碳化物。复杂立方的M23C6型碳化物有Cr23C6 和Mn23C6 ，复杂六方M7C3与Mn3C。 特征：高硬度、弹性模量和熔点，高的生成热并具有导电性。 M23C6的晶体结构 VC的晶体结构 3.合金钢中的相 碳化物的晶体结构 氮化物 合金元素除溶解在固溶体中形成碳化物外，一些比较活泼的元素，又极易与钢中氮化合，形成氮化物，属间隙化合物。 由于当rN/rM均小于0.59，具有简单密排结构。属于面心立方点阵的有TiN、VN、NbN、W2N、Mo2N、CrN、MnN、γ-Fe4N ；属于六方点阵的有TaN、Nb2N、MoN、WN、Cr2N、Mn2N、Fe2~3N。 氮化物与碳化物之间也可以相互溶解，形成碳氮化合物，例如(Cr，Fe)23(C，N)6、 V(C，N)、 Nb(C，N)。 氮化物具有高硬度、弹性模量和熔点，高的生成热并具有导电性。 氮在钢中和钒形成氮化钒来细化奥氏体晶粒。在渗氮钢中氮和铝、铬形成氮化物以增加钢的耐磨性和耐蚀性，延长了模具、刀具、齿轮和轴等使用寿命。 3.合金钢中的相 氧化物 钢液中免不了和大气接触，另外，在炼钢工艺中有氧化过程以降低钢中的碳含量。因此，钢总会有一定的氧。为此在熔炼的后期应加脱氧剂造渣除氧。主要脱氧剂有锰铁、硅铁、铝等。除氧后，钢中仍会有一些氧的化合物以夹杂形式存在于钢中，也有极少量氧固溶到F中。 主要氧化物有Fe3O4、FeO、MnO、Mn3O4、SiO2、Al2O3等。 钢中氧化物及其它化合物夹杂的存在会降低钢中的力学性能，尤其是会严重降低钢的疲劳强度。 3.合金钢中的相 3.合金钢中的相 硫化物 杂质硫主要来源于矿石和燃料。 S几乎不溶于铁，而于铁形成FeS化合物作为夹杂物存留钢中。FeS熔点为1190℃，而FeS有能于Fe形成共晶体。（F+FeS）共晶体的熔点低于钢的热变形加工温度（1000℃~1200℃），易使钢在热变形加工中开裂，使钢的“热脆”性增加。 锰的存在可使硫形成MnS。它的熔点可高达1620℃，从而可消除由S引起钢的热脆性。MnS在铸态钢中是呈粒状分布于铁素体晶粒内或晶界上。由于MnS有一定的塑性，在轧时被轧成条状，这种带状组织会使热轧也出现各向异性，进行淬火处理易引起工件开裂。 TCP相 合金元素含量较高时，有的元素和铁或钢中过渡元素之间也会形成拓扑密堆相，其中主要有σ相和Laves相。 拓扑密堆相是由两种大小不同的金属原子所构成的一类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构。由于这类结构具有拓扑特征，故称这些相为拓扑密堆相，简称TCP相。 同种类的等直径原子球堆垛，配位数最大为12，最大致密度为0.74。如果都是金属原子(性质接近)，尺寸尽管有一定的相差，以大小原子的一定比例搭配(固定的原子比)，形成的新相配位数大于12，或致密度大于0.74，称为拓扑密堆结构相。 3.合金钢中的相 拓扑密堆相中的配位多面体 TCP相结构特点 (1)由配位数为12，14，15，16的配位多面体堆垛而成。所谓配位多面体是以某一原子为中心，将其周围紧密相邻的各原子中心用一些直线连接起来所构成的多面体，每个面都是三角形。 3.合金钢中的相 原子密排层系由三角形、正方形或六角形组合起来的网格结构。网格结构通常可用一定的符号加以表示：取网格中的任一原子，依次写出围绕着它的多边形类型。 原子密排层的网格结构 (a)36型 (b)63型 (c)3·6·3·6型 (d)32·4·3·4型 TCP相结构特点 (2)呈层状结构：原子半径小的原子构成密排面，其中嵌镶有原子半径大的原子，由这些密排层按一定顺序堆垛而成，从而构成空间利用率很高，只有四面体间隙的密排结构。 3.合金钢中的相 σ相 σ相：属拓扑密排相(TCP)， ?相具有复杂的四方结构