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合金凝固時,由于溶質(zhì)在固相中和在液相中的溶解度不同,而產(chǎn)生選分結(jié)晶(也稱脫溶或液析)現(xiàn)象。即伴隨結(jié)晶的進行,在凝固前沿不斷有溶質(zhì)析出(K<1時),使液相同溶質(zhì)濃度逐漸增加。在平衡結(jié)晶時,溶質(zhì)在固、液兩相中的均勻擴散都得以充分進行,因而并不產(chǎn)生偏析。但在鋼液的實際凝固過程中,溶質(zhì)在兩相,特別是在固相中的擴散不能充分進行。結(jié)果析出的溶質(zhì)不斷在凝固前沿的母液中富集,形成濃度很高的溶質(zhì)偏析層,此偏析層內(nèi)熔體的液相線溫度相對于成分未變之母液的液相線溫度有所降低,因而使凝固前沿處熔體的過冷減小。這一現(xiàn)象對凝固組織有很大的影響。極端情況下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出現(xiàn)溶質(zhì)大的富集情況。其溶質(zhì)的分布可用下式來描述:式中C L(x)為距凝固前沿x處液相中溶質(zhì)濃度;C0為合金熔體中溶質(zhì)的初始濃度;K為溶質(zhì)的平衡分配系數(shù),K=C0/CL導(dǎo);R為結(jié)晶速度;DL為溶質(zhì)在液相中的擴散系數(shù)。設(shè)K為常數(shù)(液、固相線為直線),且液相線斜率為m,則與凝固前沿溶質(zhì)濃度相對應(yīng)的液相線溫度分布可用t L(x) =t0-mC L(x) =t0-mC0(1+1-k/k e -R/DLx)來描述。C L(x)及t L(x)的變化如圖2所示。可見C L(x)隨距凝固前沿距離增加而減小,t L(x)隨距凝固前沿距離的增加而增高。在凝固前沿(x=O)處。熔體液相線溫度tL與熔體實際溫度之差稱過冷,即Δt =tL-te。當達到穩(wěn)定態(tài)結(jié)晶時,凝固前沿處tL=te=ts此時,液相線溫度分布曲線與實際溫度分布曲線所圍成的區(qū)域(圖2陰影區(qū))稱組成過冷區(qū)。組成過冷的出現(xiàn),必將終止原有凝固界面的繼續(xù)推進,并且當其凝固前沿前方過冷較大處的過冷超過生核所需的過冷度Δt ﹡ 時,將在凝固界面前方形成新的晶核。這是鋼錠結(jié)晶組織由柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變的一種有說服力的解釋。
②錳含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,應(yīng)將錳元素標出,例如50Mn。③沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼及專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在鋼號后特別標出,例如平均碳含量為0.1%的半鎮(zhèn)靜鋼,其鋼號為10b。3.碳素工具鋼①鋼號冠以“T”,以免與其他鋼類相混。②鋼號中的數(shù)字表示碳含量,以平均碳含量的千分之幾表示。例如“T8”表示平均碳含量為0.8%。③錳含量較高者,在鋼號后標出“Mn”,例如“T8Mn”。④高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼的磷、硫含量,比一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼低,在鋼號后加注字母“A”,以示區(qū)別,例如“T8MnA”。4.易切削鋼①鋼號冠以“Y”,以區(qū)別于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。②字母“Y”后的數(shù)字表示碳含量,以平均碳含量的萬分之幾表示,例如平均碳含量為0.3%的易切削鋼,其鋼號為“Y30”。③錳含量較高者,亦在鋼號后標出“Mn”,例如“Y40Mn”。5.合金結(jié)構(gòu)鋼①鋼號開頭的兩位數(shù)字表示鋼的碳含量,以平均碳含量的萬分之幾表示,如40Cr。②鋼中主要合金元素,除個別合金元素外,一般以百分之幾表示。當平均合金含量<1.5%時,鋼號中一般只標出元素符號,而不標明含量,但在特殊情況下易致混淆者,在元素符號后亦可標以數(shù)字“1”,例如鋼號“12CrMoV”和“12Cr1MoV”,前者鉻含量為0.4-0.6%,后者為0.9-1.2%,其余成分全部相同。當合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……時,在元素符號后面應(yīng)標明含量,可相應(yīng)表示為2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。③鋼中的釩V、鈦Ti、鋁AL、硼B(yǎng)、稀土RE等合金元素,均屬合金元素,雖然含量很低,仍應(yīng)在鋼號中標出。例如20MnVB鋼中。釩為0.07-0.12%,硼為0.001-0.005%。
6. 硬度硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。⑴布氏硬度(HB)以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。⑵洛氏硬度(HR)當HB>450或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗材料硬度的不同,分三種不同的標度來表示:HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。⑶維氏硬度(HV)以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度值(HV)。
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