结晶过程

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含量在 2%以下的铬能完全固溶于铁素体中,提高其强度,而不降低其塑性; 经过调质处理后具有良好的力学性能,特别是有较高的硬,故常用于铸造齿轮 毛坯等重要铸件;具有回火脆性。 加钼:能减轻钢的回火脆性;进一步提高钢的淬透性;提高渗碳体热稳定性,防止在
高温条件下珠光体发生分解;显著提高钢的再结晶温度,使铬钼钢具有良好的耐热性能。 加钒: 能显著地细化晶粒,使钢的强度和韧性进一步提高;具有防止钢在高温下
2. 过程 (1)预脱氧:扒除氧化渣后,加入锰铁,快速去除 FeO。 铸造铝合金的分类 Al-Si 类;Al-Cu 类;Al-Zn 类;Al-Mg 类。 Al-Si 二元合金相 图及组织 1. 相图分析注:室温下平衡组织:α+β α-硅溶入铝中形成的固溶体,也称(Al)相; β-铝溶入硅中形成的固溶体,也称(Si)相;
当温度低于 GS 线时有先共析铁素体析出,当温度达到共析转变温度时,形成珠光 体。 奥氏体枝晶的粒化:一次结晶终了后,温度继续降低,通过奥氏体区时,奥氏体枝晶发生分 裂的过程。
原因: 内因——温度降低,晶体体积能减小,表面能增大; 外因——温度降低,体积收缩,产生应力。 一次和二次结晶过程对碳钢组织的影响
共晶硅:共晶体中的β相。特点:铸态下未变质时呈粗大针条状。 初晶硅:过共晶组织出现的初晶β相。特点:铸态下未变质时呈粗大多角形块状。 2)金相组织: 亚共晶:α+( α +β) 共 晶: (α+ β) 过共晶: β+( α+ β)
典型的 Al-Si 二元合金 — ZL102(ZAlSi12) 1.成分:含 Si 量 10%-12%,其余为 Al。 2.组织: 未变质: ( α+ β)+ β(少量)。特征:共晶硅呈粗大针条状,初晶硅呈多角形块
1. 晶粒度:厚壁铸件组织中晶粒较粗大。 2. 枝晶臂间距:厚壁铸件奥氏体枝晶臂间距大。 3. 致密度:壁越厚,铸件缩松严重,致密度低,组织连续性差。
原因:冷却速度慢。 影响流动性的因素 1.浇注温度
同一含碳量的钢,浇注温度越高,流动性好。(强调的是过热度。) 2.含碳量
过热度相同的条件下,随着含碳量的不同,结晶温度间隔大,流动性差。(强调的 是成分变化。)
1.存在状态 形成固溶体;形成多种形式碳化物;形成合金渗碳体。 2.作用
缩小奥氏体区;固溶强化;提高淬透性(双 C 曲线);沉淀强化;小于 2%时,即 提高强度,又提高塑性。
3.不利影响 增加回火脆性。 单元铬钢---ZG40Gr
特点: 铬使钢具有良好的淬透性,壁厚 25-30mm 的铸件可以采用油淬;
缩小奥氏体区;提高淬透性;显著提高高温强度;含量大于 1%时,有沉淀强化作 用。
3.不利影响 单独使用时增加回火脆性。
(五)Ni 1.存在状态 形成固溶体(不形成碳化物)。 2.作用 扩大奥氏体区;提高淬透性;固溶强化;细化珠光体;改善低温韧性;提高抗氧化
性。
Cu 1.存在状态 少部分固溶,大部分以游离态析出。 2.作用
一次结晶过程决定碳钢晶粒大小和形状,影响偏析、缩松、热裂的形成。 二次结晶过程决定着碳钢的金属基体组织和铸造应力的形成。 铸态组织的特征是: 晶粒粗大;存在魏氏组织或网状组织;存在偏析。 细化晶粒的措施 增大冷却速度 降低浇注温度 增加凝固期间的运动 孕育处理 魏氏组织特征 先共析铁素体呈片状存在于珠光体中,在金相显微镜下呈条状针状分布,相互之间成一 定角度 60°、90°、120°)。 2.危害 使钢的塑性降低,脆性增大。 一次和二次结晶过程对魏氏组织的影响: 由于 F 与 A 之间存在含碳量的差别,当 F 析出并长大时,必然伴有铁、碳原子的扩散; 如果 A 晶粒小,冷却以极缓慢的速度通过 GS 线时,铁、碳原子扩散充分,F 呈网 状在晶界处长长,形成网状组织; 反之,F 要快速生长,就必须缩短扩散距离,F 只有以插入 A 中心的方式生长才能 满足这一生长条件,而这种生长的结果就是形成魏氏组织。 一次结晶过程形成较大的奥氏体晶粒,二次结晶过程冷却速度快时易形成魏氏组织。 消除魏氏组织的方法 热处理——退火、正火 热处理的目的 是细化晶粒;消除魏氏体(或网状组织);和消除铸造应力。 二、常用热处理工艺 退火、正火、正火加回火 铸造碳钢中的基本元素:C、Si、Mn、P、S。 C: 对金相组织和力学性能起主要作用; Si、 Mn:对提高和改善力学性能有良好作用; P、S:有害杂质,越少越好。
扩大奥氏体区;降低熔点,提高流动性;固溶强化;沉淀强化(含量大于 0.75%, 配合热处理);提高韧性(经过调质处理)。
(二)Si 1.存在状态 形成固溶体(不形成碳化物)。 2.作用
缩小奥氏体区;固溶强化;细化珠光体;与其他元素配合可提高淬透性。 3.不利影响
降低塑性、韧性;热处理中易脱碳。 (三)Cr
1. C 的影响 随着含碳量的增加,钢的强度、硬度提高,塑性和韧性 下降。
原因: 2. Si 的影响
对性能的影响不大,主要作用是脱氧。 3 Mn 的影响 脱氧:FeO + Mn = MnO + Fe
氧化锰溶解度小,熔点较高,可以进入炉渣,从而消除氧的有害作用。 脱硫:FeS + Mn = MnS + Fe
1.原因:缓慢冷却时, β相发生分解,(α+γ2)共析体数量增加, γ2 相呈网
状在α相晶上析出,使合金脆性增大。注:缓冷脆性是锡青铜特有的一种缺陷。 2.避免缓冷脆性的措施 (1)提高冷却速度,使β— β1(520℃,有序化转变);β1— β’(325℃,马
氏体无扩散转变)。2)加入铁、锰等合金元素,稳定β相。(3)加入镍,扩大α区,不产生 β相。
现象; 内部韧性好。 不锈钢的化学成分、组织和分类
1. Cr:主要成分。 2. C:作用:稳定奥氏体,提高强度;与 Cr 形成一系列复杂化合物,降低含 Cr 量 (Cr23C6、Cr7C3 等)。
3.Ni: 作用:高化学稳定性,提高耐蚀性(不易氧化,不易与 S、Cl 结合);提 高固溶体电极电位;扩大奥氏体区。
含镍铝青铜镍的作用(1)防止“缓冷脆性”;(2)提高耐蚀性。 原因:含镍量 3%-4%时,可避免γ2 甚至β相出现。
2.过程 起弧熔化、“穿井”、“塌料”、熔化终期。 3.注意问题 熔化末期应放掉大部分炉渣,另造新渣。 氧化期 1. 任务:(1)进一步脱磷;(2)去除钢液中的气体和夹杂物;(3)提高钢液温度。 2. 过程 (1)造渣脱磷;(2)氧化脱碳,沸腾精炼。 还原期 1. 任务(1)脱氧;2)脱硫;(3)调整化学成分;(4)调整钢液温度。
3.其他元素的影响 硅、铜、磷可提高流动性。
4.气体和夹杂物的影响 气体和Fra bibliotek杂物降低流动性。
影响钢形成热裂的主要因素 (1)化学成分的影响 碳:含碳量 0.2%左右不易热裂(高和低都易产生热裂)。 硫、磷:使热裂倾向增大(特别是硫)。 锰:有良好的防热裂作用。 硅:可降低热裂倾向(脱氧)。 (2)脱氧不良热裂倾向大。 (3)浇注温度高易热裂。 (4)工艺因素的影响 如铸件结构、形成热节、型(芯)砂溃散性等。 冷裂倾向 1. 形成温度 冷裂是在塑性-弹性转变温度(约 700。C)以下形成的。
结晶过程 铸造碳钢属于亚共析钢,结晶过程可分为两个阶段: 第一阶段 —— “一次结晶过程” 第二阶段 —— “二次结晶过程”。
一次结晶过程:从钢液开始结晶起至完全凝固形成奥氏体止。 温度度降至 1 点(液相线)以下时,有高温铁素体(δ-Fe)析出;温度下降至 2 点(包
晶温度)时,发生包晶转变;温度降至 2 点以下时,为 L+ A;温度降至 3 点以下时,全部 转变成奥氏体。 二次结晶:从钢液完全凝固开始,经过奥氏体枝晶的粒化和再结晶,至共析转变终了止。 再结晶:由奥氏体析出铁素体起,至共析转变终了止。
晶粒长大的作用,因此铬铝钒钢适用于耐热零件。 使用: ZG20CrMoV 和 ZG15Cr1Mo1V 钢在汽轮机制造中,用于制造高压缸和主汽阀等
重要铸件。 1. 镍在钢中的作用: 1)固溶强化,提高强度硬度。2)提高淬透性 3)细化珠光体 4)降低韧-脆转变温
度 5)提高钢在高温下的耐氧化性 6. 钢液净化 高锰钢( ZGMn13 高锰钢的特点: 高锰钢是一种耐冲击的抗磨钢;具有一单一奥氏体组织; 具有表面加工硬化
1.铸造锡青铜 耐磨性好;较好的耐蚀性;力学性能不高;铸造性能较差(易产生枝晶偏析);成本较 高(含锡)。 2.铸造铝青铜 很高的力学性能;良好的耐蚀性、耐磨性、气密性;铸造性能好;易氧化;用于制造高 强度铸件。 3.铸造铅青铜 很高的耐磨性;良好的耐蚀性;易切削;力学性能不高;铸造性能差。 4.铸造黄铜 较好的力学性能和耐蚀性;良好的铸造性能和气密性;熔铸工艺性较好。 反偏析严重(锡青铜特有的现象) 反偏析:由铸件内部到铸件表面低熔点组元逐渐增加的现象(先凝固部位低熔点组元含 量高,而后凝固部位低熔点组元含量少)。 (1)反偏析的表现:加工后表面常出现一些灰白色小点;严重时铸件表面会渗出灰白色颗粒 (富锡分泌物),俗称“锡汗”。 (2)出现反偏析的原因:由于锡青铜结晶温度范围宽,枝晶发达,开始结晶后,低熔 点的锡被偏析到枝晶间隙中,随着结晶过程的进行,当合金含气量高时,会有气体析出,使 内部压力升高。另外,凝固收缩,也将产生收缩压力。在这两种压力作用下,低熔点的富锡 液体被沿着枝晶间隙挤到铸件表面凝固,并析出坚硬的δ相。 (3)反偏析造成的影响:成分不均匀;力学性能降低;组织更疏松;切削加工性能恶化。 (4)防止反偏析的措施 加快冷却速度;加锌,缩小结晶温度范围;提高冶炼过程除气精炼的质量,减少合金含 气量;降低浇注温度。 缓冷脆性
2. 2. 特征 裂纹表面洁净、光亮或呈轻微氧化色。裂纹形状呈圆滑曲线或连续直线状。
3. 影响因素: (1)化学成分的影响 低碳钢不易冷裂;硫、磷高易冷裂。 (2)脱氧
脱氧不良易冷裂。 (3)工艺因素的影响 如铸件结构(壁厚差)、如开箱时间、切割冒口、型芯的 溃散性等。
Mo 1.存在状态 形成固溶体;形成碳化物。 2.作用
硫化锰熔点高(1600℃),有害作用小。 注:为了保证 Mn 的脱硫作用,必须满足 Mn/S≥1.71 4. P 的影响
降低塑性、韧性,造成铸件产生冷脆现象。 5. S 的影响
使力学性能大大下降,铸件高温下易产生热脆现象,焊接性能下降。 铸件壁厚
在相同化学成分和热处理条件下,不同壁厚铸件的力学性能有明显差别,其主 要影响因素是:
提高铸造不锈钢性能的途径 1.加入足够量的 Cr(>13%) 2. 尽量降低含碳 量 3.加入 Ni,增大溶碳能力4.加入 Ti 、Nb(稳定化元素),与碳结合 5.固溶处理(水淬) 氧化法炼钢工艺过程包括:补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期、出钢。 熔化期
1.任务 (1)将固体炉料融化成钢液。(2)及早造一定碱度的渣。作用:早期去磷;防止钢 液吸气、元素挥发。(3)提高钢液温度,为氧化期作准备。
状。 变质后: α ( 树枝状)+ ( α+ β) 。特征:初晶硅消失,共晶体显著细化,出
现了树枝状初晶α 。 注: ZL102 必须变质后使用; 变质前后组织差别很大,从过共晶转变为亚共晶,组织明显细化。
铝铸件的热处理 热处理目的 1. 提高铝铸件的综合力学性能;2. 消除偏析和针状组织;3. 改善组织和性能;4. 稳定铝铸 件的组织和尺寸;5. 消除铸造应力 各类铸造铜合金的主要特点
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