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钢的结晶过程在线视频

下一节:钢的结晶过程

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钢的结晶过程课程教案、知识点、字幕

下面我们将分别对七种

典型铁碳合金的结晶凝固过程

进行分析

通过学习

希望同学们

能够掌握以下几方面的内容

第一

分析不同碳含量的铁碳合金

从液态平衡冷却到室温的转变过程

第二

画出冷却曲线和组织示意图

说明各阶段的组织

第三

计算出室温下的组织组成物

和相组成物的百分含量

首先我们来学习一下

工业纯铁的结晶凝固过程

工业纯铁的碳含量是小于0.0218%

其结晶过程如图所示

我们过横坐标上合金的成分点

做一条平行于温度轴的竖线

与相图中的相线所交的点

从高温到低温依次标为1点

2点

3点

直至室温8点

下面我们来分析一下相图

1点以上为单一的液相

在1点到2点温度区间发生匀晶转变

结晶出单一的固相δ固溶体

冷却到3点

开始发生固溶体同素异晶转变

δ转变成γ

奥氏体的晶核优先在δ相的晶界上

形核并长大

这一转变在4点结束

合金全部为单相奥氏体

奥氏体冷却到5点

发生δ固溶体的同素异晶转变

由γ转变成α

同样

铁素体也是在奥氏体晶界形核

然后长大

当温度降至6点时

奥氏体全部转变为铁素体

铁素体冷却到7点与PQ线相交时

碳在铁素体中的溶解度达到饱和

因此

当温度降至7点以下时

从铁素体中将要析出三次渗碳体

至室温结束

那么室温下得到的组织

就是α加上三次渗碳体

也就是铁素体加上三次渗碳体

那么相组成物呢

是两相

铁素体

渗碳体两相

同学们

这里就开始要注意区分

无论是一次渗碳体

二次渗碳体

还是三次渗碳体

都是渗碳体相

下标的I II III

只为了区分渗碳体

是从哪个相析出而来的

从液相当中冷却直接结晶出的渗碳体

称为一次渗碳体

从奥氏体当中析出的次生渗碳体

为二次渗碳体

由铁素体析出的渗碳体

为三次渗碳体

下面我们来看一下

第二个铁碳合金的结晶凝固过程

也就是共析钢的结晶过程

共析钢的碳含量是在0.77%

它的结晶过程的示意图

也如PPT图中所示

同样

我们过横坐标上合金的成分点0.77%

画一条平行于温度轴的竖线

与相图中的相线所交的点

从高温到低温依次标为1点

2点

3点

直至室温4点

我们来分析一下它的结晶凝固过程

1点以上为单一的液相

冷却至1到2点的温度区间

合金将按匀晶转变结晶出奥氏体

于2点结晶完毕

全部转变为单一的固相奥氏体

冷却到3点交于共析转变线

PSK

合金的温度在这一时刻

也降到了727摄氏度

此时

在恒温下开始发生共析转变

s点成分的奥氏体

生成了p点成分的铁素体加上渗碳体

其中铁素体和渗碳体

两相又合在一起称为什么呢

称为珠光体组织

珠光体

也就是共析钢组织

如PPT的图中所示

它是共析铁素体

和共析渗碳体的层片状混合物

共析转变完成之后继续冷却时

铁素体的含碳量将沿着PQ线变化

因此

共析铁素体要析出三次渗碳体

它在共析铁素体

与共析渗碳体的相界面上形成

并且与共析的渗碳体连在一起

在显微镜下难以分辨

其数量也很少

对珠光体组织和性能都无明显影响

一般情况下都忽略不计

共析钢室温下得到的组织就是珠光体P

那室温下得到的相是什么呢

仍然是铁素体和渗碳体两相

我们这里进行了一些重复

希望大家现在

就开始能够注意区分组织和相

下面我们就利用杠杆定律来计算一下

珠光体P当中铁素体α

和渗碳体的相对含量

合金的成分点是0.77作为支点

待求两相的成分点

6.69和0.0218作为端点

那铁素体的百分含量应该等于什么呢

分母是端点之差

6.69减去0.0218

分子是6.69减去0.77乘上100%

计算后我们得到等于88.8%

那渗碳体的含量呢

同样分母

应该也是端点的差6.69

减去0.0218

分子是0.77减去0.0218

再乘以100%

最后计算得到等于11.2%

下面我们来学习第三种

铁碳合金的结晶凝固的过程

亚共析钢的结晶过程

我们以碳含量

等于0.4%的铁碳合金为例来进行分析

它的结晶凝固示意图

也如PPT当中所示

在1到2点的温度区间先发生匀晶转变

结晶出δ高温的铁素体

当冷却至HJB线的时候

这条线是什么线呢

是包晶转变线

也就是说包晶转变线上的2点的时候

δ固溶体的含碳量

会沿着AH线变化至0.09%

而液相的含碳量

沿AB线变化至0.53%

温度也降到了包晶转变温度

1495摄氏度

这时开始发生包晶转变

它的反应式是什么呢

是 B点成分的液相

加上 H点成分的δ铁素体

生成J点成分的奥氏体

也就是说发生包晶转变之后

形成了奥氏体

因为合金的含碳量等于0.4%

是大于0.17%的

由杠杆定律计算可知

包晶转变结束以后

δ铁素体全部反应

但是液相会应有剩余

这部分剩余的液相在2到3点之间

随着温度的降低

继续结晶为奥氏体

此时液相的成分沿着BC线变化

奥氏体的成分沿着JE线变化

当温度降至3点时

合金全部转变为

碳含量等于0.4%的单相奥氏体

在3到4点之间

奥氏体不发生变化

单相奥氏体冷至GS线上的4点时

开始析出先共析铁素体

我们经常把它写为α下标先共析

随着温度的降低

先共析铁素体的数量不断增多

其成分沿着GP线变化

而奥氏体的成分则沿着GS线变化

当温度降至PSK线上的5点时

奥氏体的成分达到了S点

也就是碳含量等于0.77%

于是在727摄氏度的恒温下

要发生什么转变呢

共析转变

奥氏体会生成铁素体加上渗碳体

铁素体和渗碳体合在一起

又形成珠光体

在5点以下

先共析的铁素体和珠光体当中的

共析铁素体都会析出什么呢

三次渗碳体

同样它们的数量也都很少

一般是可以忽略不计的

因此碳含量等于0.4%的碳钢

在室温下的平衡组织

是先共析铁素体和珠光体

我们记为α先共析加上P

见 PPT当中所示

它们的组织组成物与相组成物的数量

都可以由杠杆定律来求出

同学们

我们来试着计算一下吧

首先来计算一下组织组成物

我们应该计算从哪个点到哪个点

支点又是哪里呢

铁素体的百分含量

它的分母是两个端点

分别应该是0.77和0.0218

所以分母应该是0.77减去0.0218

分子是0.77减去0.4

再乘以100%

最后计算所得等于49.5%

那么珠光体的量应该等于谁的量呢

应该等于奥氏体的量

它同时也就应该是谁呢

是总体组织组成物的含量1

减去铁素体的含量

所以珠光体的百分含量

等于奥氏体的百分含量

等于1减去百分之铁素体的含量

最后等于多少呢

50.5%

好那我们来再计算一下

相组成物的百分含量

它的相应该还是哪两相呢

铁素体和渗碳体两相

铁素体的相含量

应该就是分母就是6.69

分子是6.69

减去0.4乘以100%等于94%

同学们

我们这里说的比较慢

是希望大家能够根据黑板当中的相图

来自己找到它们的端点

支点

对应的各个成分点

那我们再来看渗碳体的含量

显然我们可以用杠杆定律来计算

也可以用总量去减去铁素体相的含量

就是渗碳体的含量

也就是说渗碳体的百分含量

应该等于1减去94%等于6%

同学们

那我们接下来学习

第四种铁碳合金的结晶凝固过程

过共析钢的结晶过程

我们以碳含量为1.2%的铁碳合金为例

它的结晶示意图

也在PPT图当中有所显示

那么这个合金1到2点

按匀晶转变由液态结晶出奥氏体

在2点全部变为单相奥氏体

冷至ES线上的3点的时候

奥氏体当中的含碳量处于什么状态

饱和状态

3到4点

从奥氏体当中将不断析出几次渗碳体呢

奥氏体当中析出的是二次渗碳体

把它又称为先共析渗碳体

二次渗碳体

沿着奥氏体的晶界来形核并长大

最终呈网状分布

随着二次渗碳体的析出

奥氏体的含碳量会沿着ES线来变化

当温度降至PSK线上的4点时

奥氏体的含碳量正好达到了0.77%

于是在727摄氏度的恒温下

奥氏体开始发生共析转变

生成珠光体组织

因此过共析钢的室温组织

就是二次渗碳体和珠光体

二次渗碳体是沿着晶界形核并长大

最终呈网状分布

同学们

我们还是请大家来试着来计算一下

当冷却临近至727摄氏度

也就是说共析转变尚未发生前那一时刻

渗碳体也就是奥氏体当中析出的

二次渗碳体的量是多少呢

同学们有没有根据相图找到计算的

分母分子对应的成分点呢

共析转变尚未发生前

碳含量为1.2%的过共析钢

是处于奥氏体加上渗碳体的两相区当中

所以我们可以根据杠杆定律

来计算出奥氏体和渗碳体的量

这里的渗碳体是二次渗碳体

它的分母应该是两个端点之差

6.69减去0.77

分子呢是1.2减去0.77乘以100%

显然二次渗碳体的量

是随着钢的碳含量的增加而增加的

那么请同学们再思考一下

当钢的碳含量为多少的时候

奥氏体当中

二次渗碳体的析出量

能够达到最大值呢

这个最大值又会是多少呢

我们已经知道

ES线是碳在奥氏体当中的

溶解度曲线

当温度低于此线时

从奥氏体当中会析出二次渗碳体

因此当碳含量为E点2.11%的时候

二次渗碳体的析出量会达到最大值

它的含量同样可以用杠杆定律来求出

二次渗碳体的最大含量值

应该等于什么呢

等于6.69减去0.77

这是分母

分子是2.11减去0.77乘以100%

最后计算得到等于22.6%

我们现在就请同学们记住这个算式

因为在接下来亚共晶白口铸铁的

组织组成物的计算时我们还将用到

材料科学基础课程列表:

第一章 绪论

-绪论

-绪论

-讨论1

-讨论2

第二章 晶体学基础

-2.1 原子结构与原子轨道

--原子结构与原子轨道

--原子结构与轨道

-2.2 电子排布规律

--电子排布规律

--电子排布规律

-2.3 晶体中的结合键

--晶体中的结合键

--原子结构与键合

-2.4 晶体结构与空间点阵

--晶体结构与空间点阵

--晶体结构与空间点阵

-2.5 晶系与布拉菲点阵

--晶系与布拉菲点阵

--晶系与布拉菲点阵

-2.6 晶向指数与晶面指数

--晶向指数与晶面指数

--晶面指数与晶向指数

-2.7 晶面间距与晶面夹角

--晶面间距与晶面夹角

--晶面间距与晶面夹角

-2.8 晶体的宏观对称性

--晶体的宏观对称性

--晶体的宏观对称性

-讨论1

-讨论2

-习题-第2章

第三章 固体材料的结构

-3.1 金属的晶体结构

--金属的晶体结构

--金属的晶体结构

-3.2 金属晶体的堆垛与间隙

--金属晶体的堆垛与间隙

--金属晶体的堆垛与间隙

-3.3 合金基本概念

--合金的基本概念

--合金的基本概念

-3.4 固溶体

--固溶体

--固溶体

-3.5 化合物

--化合物

--化合物

-3.6 陶瓷的晶体结构

--陶瓷的晶体结构

--陶瓷的晶体结构

-3.7 高分子的基本结构

--高分子的基本结构

--高分子的基本结构

-3.8 非晶、准晶和纳米晶

--非晶、准晶和纳米晶

--非晶、准晶和纳米晶

-讨论1

-讨论2

-习题-第3章

第四章 晶态固体中的扩散

-4.1 扩散的宏观规律

--扩散的宏观规律

--扩散的宏观规律

-4.2 扩散的微观机制

--扩散的微观机制

--扩散的微观机制

-4.3 扩散与原子的随机行走

--扩散与原子的随机行走

--扩散与原子的随机行走

-4.4 扩散系数与扩散激活能

--扩散系数与扩散激活能

--扩散系数与扩散激活能

-4.5 扩散的影响因素

--扩散的影响因素

--扩散的影响因素

-4.6 反应扩散

--反应扩散

--反应扩散

-讨论1

-讨论2

-习题-第4章

第五章 凝固

-5.1 纯金属的结晶

--纯金属的结晶

--纯金属的结晶

-5.2 金属结晶的基本条件

--金属结晶的基本条件

--金属结晶的基本条件

-5.3 液态金属的结构

--液态金属的结构

--液态金属的结构

-5.4 均匀形核

--均匀形核

--均匀形核

-5.5 非均匀形核

--非均匀形核

--非均匀形核

-5.6 晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构

--晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构

--晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构

-5.7 阶梯的长大机制和生长形态

--阶梯的长大机制和生长形态

--晶体的长大机制和生长形态

-讨论1

-讨论2

-习题-第5章

第六章 相图

-6.1 匀晶相图

--匀晶相图

--匀晶相图

-6.2 共晶相图

--共晶相图

--共晶相图

-6.3 共析相图与包晶相图

--共析相图与包晶相图

--共析相图与包晶相图

-6.4 其他二元相图

--其他二元相图

--其它二元相图

-6.5 铁碳合金的组元及基本相

--铁碳合金的组元及基本相

--铁碳合金的组元及基本相

-6.6 Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程

--Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程

--Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程

-6.7 钢的结晶过程

--钢的结晶过程

--钢的结晶过程

-6.8 白口铸铁的结晶过程

--白口铸铁的结晶过程

--白口铸铁的结晶过程

-6.9 碳对铁碳合金平衡组织的影响

--碳对铁碳合金平衡组织的影响

--碳对铁碳合金平衡组织的影响

-6.10 碳对Fe-C合金机械性能的影响

--碳对Fe-C合金机械性能的影响

--碳对Fe-C合金机械性能的影响

-6.11 三元相图的表示方法

--三元相图的表示方法

--三元相图的表示方法

-6.12 直线法则与杠杆定律

--直线法则与杠杆定律

--直线法则与杠杆定律

-6.13 重心法则

--重心法则

--重心法则

-6.14 三元匀晶相图与等温截面图

--三元匀晶相图与等温截面图

--三元匀晶相图与等温截面图

-6.15 变温截面与投影图

--变温截面与投影图

--变温截面与投影图

-6.16 具有共晶三相平衡的三元系相图概况

--具有共晶三相平衡的三元系相图概况

--具有共晶三相平衡的三元系相图概况

-6.17 具有共晶三相平衡的三元系相图分析

--具有共晶三相平衡的三元系相图分析

--具有共晶三相平衡的三元系相图分析

-6.18 具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图

--具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图

--具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图

-讨论1

-讨论2

-习题-第6章

第七章 固态相变的基本原理

-7.1 固态相变的特点分类

--固态相变的特点分类

--固态相变的特点分类

-7.2 固态相变的形核与生长

--固态相变的形核与生长

--固态相变的形核与生长

-7.3 成分保持不变的(无扩散)相变

--成分保持不变的(无扩散)相变

--成分保持不变的(无扩散)相变

-7.4 过饱和固溶体的分解

--过饱和固溶体的分解

--过饱和固溶体的分解

-7.5 共析转变

--共析转变

--共析转变

-7.6 马氏体转变(一)

--马氏体转变(一)

--马氏体转变(一)

-7.7 马氏体转变(二)

--马氏体转变(二)

--马氏体相变(二)

-7.8 贝氏体相变

--贝氏体相变

--贝氏体转变

-讨论1

-讨论2

-习题-第7章

第八章 晶体缺陷

-8.1 点缺陷

--点缺陷

--点缺陷

-8.2 位错的基本概念

--位错的基本概念

--位错的基本概念

-8.3 柏氏矢量

--柏氏矢量

--柏氏矢量

-8.4 位错的运动

--位错的运动

--位错的运动

-8.5 位错的弹性性质

--位错的弹性性质

--位错的弹性性质

-8.6 位错的交互作用

--位错的交互作用

--位错的交互作用

-8.7 位错的生成与增殖

--位错的生成与增殖

--位错的生成与增殖

-8.8 实际晶体中的位错

--实际晶体中的位错

--实际晶体中的位错

-8.9 位错反应

--位错反应

--位错反应

-8.10 晶界与相界

--晶界与相界

--晶界与相界

-讨论1

-讨论2

-习题-第8章

第九章 金属材料的变形与再结晶

-9.1 金属的应力-应变曲线

--金属的应力-应变曲线

--金属的应力-应变曲线

-9.2 单晶体的塑性变形-滑移

--单晶体的塑性变形-滑移

--单晶体的塑性变形-滑移

-9.3 单晶体的塑性变形-孪生

--单晶体的塑性变形-孪生

--单晶体的塑形变形-孪生

-9.4 多晶体的塑性变形

--多晶体的塑性变形

--多晶体的塑性变形

-9.5 多相合金的塑性变形

--多相合金的塑性变形

--多相合金的塑性变形

-9.6 聚合物与陶瓷的塑性变形

--聚合物与陶瓷的塑性变形

--聚合物与陶瓷的塑性变形

-9.7 变形后的组织与性能

--变形后的组织与性能

--变形后的组织与性能

-9.8 晶体的断裂

--晶体的断裂

--晶体的断裂

-9.9 回复和再结晶

--回复和再结晶

--回复和再结晶

-9.10 再结晶形核和长大

--再结晶形核和长大

--再结晶形核和长大

-9.11 再结晶组织控制

--再结晶组织控制

--再结晶组织控制

-9.12 蠕变、超塑性变形

--蠕变、超塑性变形

--蠕变、超塑性变形

-讨论1

-讨论2

-习题-第9章

钢的结晶过程笔记与讨论

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