铸造手册 (3).pdf

第三章铸造金属学第一节金属学知识一、相图的概念( 一) 相的含义工程用金属材料很少是纯金属, 而是使用合金。合金的各组元相互作用, 形成一些随成分、温度变化, 在晶体的结构、形态、尺寸、数量、分布等方面也随之变化的组分。结构、成分和性能相同, 以界面分开的独立组分, 称为相。( 二) 合金相的分类及影响合金相分为两类, 即金属固溶体和金属化合物。! " 金属固溶体固态合金中, 某组元元素# 溶于某组元金属$ 而形成的$ % # 相, 称为金属固溶体。金属固溶体的强度、硬度比其两组元金属$ 、# 的平均值要高一些( 一般比化合物要低) , 延伸率、韧性却比两组元金属$ 、# 的平均值略低( 一般比化合物要高得多) , 这种效果被称为固溶强化作用。工程用金属材料绝大多数都是经过固溶强化而获得的综合性能比较优异的合金材料。例如, 碳钢组织中, 固溶体含量至少在& ’( 以上。) " 金属化合物在固态合金中, 组元间相互作用, 形成具有金属性质的新相, 其晶格类型、性能与相互作用的任一组元都不同, 一般其组元比固定, 可以用分子式表示, 这种新相称为金属化合物。金属化合物的熔点、硬度都比较高, 脆性大, 可以使合金获得较高的强度和硬度, 并使耐磨性、耐热性提高, 而塑性和韧性降低。· * ! ! · 第一篇铸造基础知识???????????????????????( 三) 相图相图又叫状态图, 是利用坐标体系, 把合金系在平衡条件下, 在不同的成分、不同的温度时表示所存在的各种相的状态的图。通常多见的为二元相图, 横坐标表示二组元的组成, 纵坐标表示温度, 图内由一些线条划分为一个个区域, 这些线条表示相的成分随温度变化的曲线, 称为相变线或特性线; 这一个个区域代表存在的一种相或两种相的成分和温度的区间, 称为相区; 垂直于横坐标轴的直线代表金属化合物。这样, 相图能将这两种组元相互作用而形成的各种相的状态表示清楚。( 四) 相图的应用( ! ) 根据合金成分, 确定合金的熔点。相图最上面的线总是液相线, 可以根据合金成分在坐标轴上的位置, 通过画垂线和液相线的交点, 确定该合金的熔化温度。( " ) 根据合金成分, 确定合金凝固温度区间。液相线下面的线总是固相线, 合金成分对应的液相线和固相线上相应的纵坐标点所包含的温度区间, 即为该合金的凝固温度区间。合金在此温度范围内进行凝固, 并于固相线温度完全凝固。( # ) 根据相图, 可以判断哪些合金可以进行热处理。固相线以下, 存在斜线或水平线的区域, 即表明有固态相变存在, 可以通过热处理手段调整合金组织, 获得较理想的性能。( $ ) 对于可以热处理的合金, 根据所希望的组织, 通过相图确定合理的热处理温度规范。( % ) 根据合金的成分, 通过相图, 可以确定不同成分的合金在各种温度下的组织组分。并对其性能加以判断。( & ) 利用杠杆定律, 可以计算两相共存区内务相所占比例。( ’) 根据所需要的合金材料的性能, 合理地确定合金所希望的组织, 通过相图可反过来对合金成分进行设定。二、铁( 碳双重相图( 一) 铁( 碳双重相图铁( 碳双重相图是最常用的典型二元合金相图, 见图! ( # ( ! ( 部分) 。铁( 碳双重相图是以百分含碳量为横坐标, 温度变化为纵坐标的相图。因铁( 碳合金中高碳含量的相, 在凝固结晶条件不同时, 会有两种不同的形式存在, 即渗碳体和石墨。铁( 渗碳体和铁( 石墨是两种不同的凝固结晶体系, 铁( 渗碳体系统称亚稳定系统, 在图! ( # ( ! 中用实线表示; 铁( 石墨系统称稳定系统, 在图! ( # ( ! 中用虚线表示。两种系统表示在同一图中, 故称为双重相图。( 二) 铁( 碳双重相图特性线含义铁( 碳双重相图特性线含义见表! ( # ( ! 。· ’! ! · 第三章铸造金属学???????????????????????! ( " , 重量) 图# $ % $ # 铁$ 碳双重相图表# $ % $ # 铁$ 碳双重相图特性线说明线示符号特性线名称含义说明! " # $ 和! " # & $ & 液相线铁$ 碳合金的温度在! " # $ 或! " # & $ & 以上时, 都处于均匀的液体状态! % & ’# ( 和! % & ’& # & ( & 固相线铁$ 碳合金的温度在! % & ’# ( 或! % & ’& # & ( & 以下时, 都处于固体状态’) 和’& ) & 碳在奥氏体中的饱和溶解度曲线铁$ 碳合金中碳含量超过此线时, 会从奥氏体中析出渗碳体( 二次) ; 稳定状态下会析出石墨( 二次) * + 和* & + 碳在铁素体中的馆和溶解度曲线铁$ 碳合金中碳含量超过此线时, 会从铁素体中析出渗碳体( 三次) ; 稳定状态下会