第二章 純金屬和合金的結(jié)晶

1、第二章第二章 純金屬和合金的結(jié)晶純金屬和合金的結(jié)晶n第一節(jié)第一節(jié) 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶結(jié)晶：結(jié)晶：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程；金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程；1 金屬的結(jié)晶過程及過冷金屬的結(jié)晶過程及過冷 金屬的結(jié)晶過程包括金屬的結(jié)晶過程包括形核和晶核長大過程形核和晶核長大過程。形核與長大示意圖n2 結(jié)晶的熱力學條件和結(jié)構條件結(jié)晶的熱力學條件和結(jié)構條件n2.1結(jié)晶的熱力學條件結(jié)晶的熱力學條件n純金屬在結(jié)晶時都有一固定的轉(zhuǎn)變溫度，稱為純金屬在結(jié)晶時都有一固定的轉(zhuǎn)變溫度，稱為結(jié)結(jié)晶溫度晶溫度。n為什么液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度不能結(jié)晶，而必為什么液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度不能結(jié)晶，而必須在一定的過冷

2、度條件下才能進行呢？這是由熱須在一定的過冷度條件下才能進行呢？這是由熱力學條件所決定的。力學條件所決定的。n熱力學第二定律指出：在等溫等壓的條件下，物熱力學第二定律指出：在等溫等壓的條件下，物質(zhì)系統(tǒng)總是自發(fā)地從自由能高的狀態(tài)向自由能低質(zhì)系統(tǒng)總是自發(fā)地從自由能高的狀態(tài)向自由能低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。 自由能自由能-溫度曲線：溫度曲線：n自由能：物質(zhì)能自動向外界釋放多余的熱量或能自由能：物質(zhì)能自動向外界釋放多余的熱量或能夠?qū)ν庾龉Φ哪遣糠譄崃?；夠?qū)ν庾龉Φ哪遣糠譄崃浚?當當T=Tm，GS=GL，兩相可以同，兩相可以同時共存，具有同樣的穩(wěn)定性，時共存，具有同樣的穩(wěn)定性，處于熱力學平衡狀態(tài)，處于熱力

3、學平衡狀態(tài)，Tm就就是理論結(jié)晶溫度，即熔點。是理論結(jié)晶溫度，即熔點。n當當TTm，GLGS，液態(tài)金，液態(tài)金屬可以自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬，屬可以自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬，而兩相的自由能差（而兩相的自由能差（G）就）就構成了金屬結(jié)晶的驅(qū)動力。構成了金屬結(jié)晶的驅(qū)動力。n當TTm，GSGL，固態(tài)金，固態(tài)金屬可以自發(fā)的熔化為液態(tài)。屬可以自發(fā)的熔化為液態(tài)。Gl （純金屬的液態(tài)自由能）（純金屬的液態(tài)自由能）GS（純金屬的固態(tài)自由能）（純金屬的固態(tài)自由能）綜上，只有當綜上，只有當TTm時，時，即存在一定的過冷度時，即存在一定的過冷度時，液態(tài)金屬才能結(jié)晶。液態(tài)金屬才能結(jié)晶。m理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度 (熔點熔點)；n

4、實際結(jié)晶溫度；實際結(jié)晶溫度；n過冷度：過冷度：金屬的實際結(jié)晶金屬的實際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差溫度與理論結(jié)晶溫度之差 以以表示；表示；mnn結(jié)晶的必要條件：有一定結(jié)晶的必要條件：有一定的過冷度；的過冷度；影響過冷度的因素：影響過冷度的因素：、金屬的本性：金屬不同，、金屬的本性：金屬不同，過冷度不同；過冷度不同；、金屬的純度：純度越高，、金屬的純度：純度越高，過冷度越大；過冷度越大；、冷卻速度：冷卻速度越、冷卻速度：冷卻速度越大，過冷度越大，則實際大，過冷度越大，則實際結(jié)晶的溫度越低；結(jié)晶的溫度越低； 過冷度與過冷度與結(jié)晶驅(qū)動力結(jié)晶驅(qū)動力（ G ）的關系：）的關系：mmTTLG其中：其中：m：

5、熔化潛熱，：熔化潛熱，：過冷度；：過冷度；m：熔點；：熔點；所以，所以， G 與與成成正比；正比；回答問題：回答問題：要獲得結(jié)晶過程所需的驅(qū)動力，一要獲得結(jié)晶過程所需的驅(qū)動力，一定要有過冷度，這樣才能滿足結(jié)晶的熱力學條定要有過冷度，這樣才能滿足結(jié)晶的熱力學條件；同時，過冷度越大，相變的驅(qū)動力越大，件；同時，過冷度越大，相變的驅(qū)動力越大，結(jié)晶速度便越快；結(jié)晶速度便越快；1.2結(jié)晶潛熱：結(jié)晶潛熱：n結(jié)晶潛熱：金屬凝固時從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r結(jié)晶潛熱：金屬凝固時從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r所放出的熱量所放出的熱量； 當金屬結(jié)晶時，由于結(jié)晶潛熱的釋放，補償當金屬結(jié)晶時，由于結(jié)晶潛熱的釋放，補償了散失到周圍環(huán)境的熱量

6、，所以在冷卻曲線了散失到周圍環(huán)境的熱量，所以在冷卻曲線上出現(xiàn)了平臺，平臺延續(xù)的時間就是結(jié)晶所上出現(xiàn)了平臺，平臺延續(xù)的時間就是結(jié)晶所需的時間。需的時間。2.2 結(jié)晶的結(jié)構條件結(jié)晶的結(jié)構條件2.2.1 液態(tài)金屬的結(jié)構液態(tài)金屬的結(jié)構 液態(tài)金屬的結(jié)構：液態(tài)金屬的結(jié)構：在雜亂無序分布的原子中存在雜亂無序分布的原子中存在著短程有序集團；在著短程有序集團； 短程有序：短程有序：在液態(tài)金屬中的微小范圍內(nèi)，存在在液態(tài)金屬中的微小范圍內(nèi)，存在著緊密接觸、規(guī)則排列的原子集團；著緊密接觸、規(guī)則排列的原子集團；2.2.2液態(tài)金屬結(jié)構的特點：液態(tài)金屬結(jié)構的特點： 近程有序集團不是固定不動的，而是處于不斷近程有序集團不是固

7、定不動的，而是處于不斷的變化之中，它會瞬時消失，瞬時產(chǎn)生，此起的變化之中，它會瞬時消失，瞬時產(chǎn)生，此起彼伏，不斷變化，我們把這種不斷變化的近程彼伏，不斷變化，我們把這種不斷變化的近程有序集團稱為有序集團稱為“結(jié)構起伏結(jié)構起伏”或或“相起伏相起伏”。液態(tài)金屬中的結(jié)構起伏液態(tài)金屬中的結(jié)構起伏n晶胚：在液態(tài)金屬中，晶胚：在液態(tài)金屬中，每一瞬間都會涌現(xiàn)出每一瞬間都會涌現(xiàn)出大量尺寸不等的相起大量尺寸不等的相起伏，尺寸較大的相起伏，尺寸較大的相起伏在結(jié)晶時，有可能伏在結(jié)晶時，有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ш?。轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ш?。n所以，所以，尺寸較大的相尺寸較大的相起伏叫做晶胚起伏叫做晶胚。“結(jié)構起伏結(jié)構起伏”或或“相起伏相起伏

8、”是凝固過程的第二個條件是凝固過程的第二個條件2.3 晶核的形成與長大晶核的形成與長大n2.3.1 形核方式：均勻形核和非均勻形核形核方式：均勻形核和非均勻形核；1）均勻形核（自發(fā)形核、均質(zhì)形核）均勻形核（自發(fā)形核、均質(zhì)形核）：液相中：液相中各個區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的幾率相同。各個區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的幾率相同。n條件：液態(tài)金屬絕對純凈、足夠大的過冷度；條件：液態(tài)金屬絕對純凈、足夠大的過冷度；過冷度對過冷度對形核的影響：形核的影響： 2）非均勻形核（非自發(fā)形核、異質(zhì)形）非均勻形核（非自發(fā)形核、異質(zhì)形核）：核）：依附于液體中現(xiàn)存的固體雜質(zhì)或容依附于液體中現(xiàn)存的固體雜質(zhì)或容器型壁而行形核。器型壁而行形核。

9、 在生產(chǎn)中，液態(tài)金屬的凝固總是以在生產(chǎn)中，液態(tài)金屬的凝固總是以非非均勻形核均勻形核方式進行。液態(tài)金屬凝固過程中方式進行。液態(tài)金屬凝固過程中進行進行振動和攪拌振動和攪拌，使枝晶碎斷，形核率增，使枝晶碎斷，形核率增加。加。 2.3.2晶核長大晶核長大2）長大的條件：）長大的條件： 需要一定的過冷度，但所需的較小，僅為需要一定的過冷度，但所需的較小，僅為103104；液相溫度要足夠高，以完成原子由液相到固相的液相溫度要足夠高，以完成原子由液相到固相的遷移。遷移。1）晶體長大機制：）晶體長大機制： 晶體的長大是靠晶體的長大是靠原子由液相逐漸轉(zhuǎn)移到固相原子由液相逐漸轉(zhuǎn)移到固相來來完成的。完成的。正溫度梯

10、度正溫度梯度-液相中的溫度隨距離界面距離的增加而升高。液相中的溫度隨距離界面距離的增加而升高。負溫度梯度負溫度梯度-液相中的溫度隨距離界面距離的增加而降低。液相中的溫度隨距離界面距離的增加而降低。3) 長大方式：長大方式：大多數(shù)金屬的液固界面為大多數(shù)金屬的液固界面為粗糙界面粗糙界面。正溫度梯度下以平面方式長大（界面前沿正溫度梯度下以平面方式長大（界面前沿的過冷度越來越?。┑倪^冷度越來越小）液固前沿過冷度液固前沿過冷度小，一旦局部有小，一旦局部有凸起，它便進入凸起，它便進入低于臨界過冷度低于臨界過冷度甚至甚至Tm以上溫以上溫度，成長立刻減度，成長立刻減慢，甚至融化，慢，甚至融化，最終保持平面。最

11、終保持平面。 在負溫度梯度下以枝晶方式長大（界在負溫度梯度下以枝晶方式長大（界面前沿的過冷度越來越大）面前沿的過冷度越來越大）當界面上有微小區(qū)域的偶然當界面上有微小區(qū)域的偶然凸起，前方過冷度大于后方，凸起，前方過冷度大于后方，有利于凸起部位生長；有利于凸起部位生長；凸起生長釋放結(jié)晶潛熱，不凸起生長釋放結(jié)晶潛熱，不利于周圍晶體生長，在較遠利于周圍晶體生長，在較遠處形成另外一個凸起；處形成另外一個凸起；一次晶軸釋放結(jié)晶潛熱，使一次晶軸釋放結(jié)晶潛熱，使液相中也呈負溫度梯度，長液相中也呈負溫度梯度，長出二次晶軸。出二次晶軸。2.4 晶粒大小的控制晶粒大小的控制晶粒度晶粒度：晶粒的大小稱為晶粒度。通常用

12、晶：晶粒的大小稱為晶粒度。通常用晶粒的平均面積或平均直徑來表示。粒的平均面積或平均直徑來表示。1）晶粒大小對金屬性能的影響：常溫下，）晶粒大小對金屬性能的影響：常溫下，晶粒越細小，強度和硬度越高，塑性、韌晶粒越細小，強度和硬度越高，塑性、韌性越好，利于鑄件力學性能的提高。性越好，利于鑄件力學性能的提高。2）控制形核、細化晶粒的主要途徑）控制形核、細化晶粒的主要途徑提高金屬凝固時的冷卻速度獲得較大的過冷提高金屬凝固時的冷卻速度獲得較大的過冷度，度，增大形核速率。例如：增大形核速率。例如：降低鑄型溫度；采降低鑄型溫度；采用散熱快的金屬模。用散熱快的金屬模。在澆鑄在澆鑄前往液態(tài)金屬中加入形核劑前往液

13、態(tài)金屬中加入形核劑（晶粒細（晶粒細化劑），促進形成大量的非均勻晶核來細化晶化劑），促進形成大量的非均勻晶核來細化晶粒。如：鋼中加入鈦、鋯、釩。粒。如：鋼中加入鈦、鋯、釩。添加添加長大抑制劑以降低晶核的長大速率長大抑制劑以降低晶核的長大速率，使，使形核數(shù)量相對提高，獲得細小的等軸晶組織；形核數(shù)量相對提高，獲得細小的等軸晶組織；n在液態(tài)金屬凝固過程中，在液態(tài)金屬凝固過程中，通過鑄型振動、通過鑄型振動、機械攪拌、電磁攪拌等力學方法機械攪拌、電磁攪拌等力學方法，使枝晶，使枝晶破碎，而使晶核數(shù)大大增加，從而細化晶破碎，而使晶核數(shù)大大增加，從而細化晶粒。粒。n去除液相中的異質(zhì)晶核、抑制低過冷度去除液相中的

14、異質(zhì)晶核、抑制低過冷度下的形核，下的形核，使合金液獲得很大過冷，并在使合金液獲得很大過冷，并在大過冷度下突然形成大量晶核，獲得細小大過冷度下突然形成大量晶核，獲得細小等軸晶組織。等軸晶組織。第二節(jié)第二節(jié) 二元合金相圖及其結(jié)晶過程二元合金相圖及其結(jié)晶過程 合金的性能是由合金的成分、組織決定的，合金的性能是由合金的成分、組織決定的，研究合金成分、組織、性能之間關系最重要研究合金成分、組織、性能之間關系最重要的工具是合金相圖。的工具是合金相圖。 n合金相圖合金相圖表示同一合金系中各個合金的結(jié)晶表示同一合金系中各個合金的結(jié)晶過程。過程。n相圖中的組織都是在極其緩慢的冷卻條件下相圖中的組織都是在極其緩慢

15、的冷卻條件下獲得的，都是接近獲得的，都是接近平衡態(tài)的組織，又叫平衡態(tài)的組織，又叫平衡平衡圖、平衡狀態(tài)圖。圖、平衡狀態(tài)圖。1.1 1.1 相圖的建立相圖的建立n配置合金配置合金n測定冷卻曲線測定冷卻曲線n標定臨界點標定臨界點n繪制合金相圖繪制合金相圖l結(jié)晶開始點的連線叫結(jié)晶開始點的連線叫液相線液相線。l結(jié)晶終了點的連線叫結(jié)晶終了點的連線叫固相線固相線。n1.2 1.2 相圖的基本類型相圖的基本類型 n1.2.1 1.2.1 勻晶相圖勻晶相圖 n勻晶相圖：勻晶相圖：二組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限互溶二組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限互溶，n固態(tài)時能夠形成無限固溶體。固態(tài)時能夠形成無限固溶體。Cu-Ni, Fe

16、-Cr, Fe-NiCu-Ni, Fe-Cr, Fe-Nin勻晶相圖是勻晶相圖是最簡單的二元最簡單的二元合金相圖，只合金相圖，只有兩個單相區(qū)有兩個單相區(qū)L及及，一個，一個兩相區(qū)兩相區(qū)L.確定兩平衡相的相對重量確定兩平衡相的相對重量 n過過t1t1做一水平線做一水平線arbarb，n液相液相L L的重量為的重量為QLQL，固相，固相的重量為的重量為QQ，則，則 QL+QQL+Q1 1n合金中含合金中含NiNi量為量為C C，tt時，固相中含時，固相中含NiNi量為量為CaCa，液相中含液相中含NiNi量為量為CLCL，100%LLCCQaCac則QCaQLCL1C1.2.2 1.2.2 共晶相圖

17、共晶相圖n二元合金的兩個組元在二元合金的兩個組元在液態(tài)完全互溶，在固液態(tài)完全互溶，在固態(tài)有限互溶，且具有共晶轉(zhuǎn)變。態(tài)有限互溶，且具有共晶轉(zhuǎn)變。 PbPbSnSn，PbPbSbSbl1）相圖分析）相圖分析la點：點：Pb的熔點；的熔點；b點：點：Sn的熔點；的熔點；d點：共晶點；點：共晶點；ladb線：液相線；線：液相線；acdeb線：線：固相線；固相線；cf線：線：固溶體的溶固溶體的溶解度曲線；解度曲線；eg線：線： 固溶體固溶體的溶解度曲線；的溶解度曲線；面：單相區(qū)：液相區(qū)面：單相區(qū)：液相區(qū)L、 固溶體區(qū)、固溶體區(qū)、 固溶體區(qū)；固溶體區(qū)； 兩相區(qū)：兩相區(qū)：L+ 、L+ 、 + ；cde線是線

18、是L+ + 三相共存區(qū)，三相共存區(qū)，cde線也叫共晶線線也叫共晶線；n共晶合金共晶合金: :具有共晶成分的合金具有共晶成分的合金n亞共晶合金亞共晶合金: :共晶線上位于共晶點以左的合金共晶線上位于共晶點以左的合金n過共晶合金過共晶合金: :共晶線上位于共晶點以右的合金共晶線上位于共晶點以右的合金n邊際固溶體邊際固溶體：共晶線兩邊的合金：共晶線兩邊的合金n2 2）合金結(jié)晶過程分析）合金結(jié)晶過程分析n（1 1）含）含SnSn量小于量小于C C點合金點合金(合金合金) )的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程.2室溫組織為：室溫組織為：+為了區(qū)別由液體當中析出的相，通常將由初生相中析出的相，稱為次生相 。這一過程叫做

19、脫溶或沉淀。兩相的含量可用杠桿定律求出：.2n（2 2）合金為）合金為W WSnSn61.9%61.9%的共晶過程（的共晶過程（合金）合金）n溫度在溫度在E E點以上時，是點以上時，是液體的冷卻，當在液體的冷卻，當在E E點點溫度時，開始溫度時，開始同時共晶同時共晶出出相和相和相相: :n溫度冷到溫度冷到E E點以下時，點以下時，相和相和相均冷卻，各相均冷卻，各自分別生出次生相，自分別生出次生相，、，可忽略。，可忽略。所以共晶合金的室溫組織為所以共晶合金的室溫組織為+ ；層片狀層片狀(Al-CuAl2定向凝固定向凝固)條棒狀條棒狀(Sb-MnSb橫截面橫截面)螺旋狀（螺旋狀（Zn-Mg）Pb-

20、Sn共晶組織共晶組織共晶組織形態(tài)n冷卻到冷卻到d d點，合金的成分為共晶成分，所以發(fā)生點，合金的成分為共晶成分，所以發(fā)生共晶反應：共晶反應： Ld +Ld +，得到，得到共晶組織共晶組織n計算一下它們的相對含量：計算一下它們的相對含量： %4.45195.979.615.97cdedwW=1-W=1-45.4%=54.6%(3)(3)亞共晶合金亞共晶合金(合金合金) )的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程l溫度繼續(xù)下降，將從一次溫度繼續(xù)下降，將從一次 和共晶和共晶 中析出中析出 ， 從共晶從共晶 中析出中析出 。l其室溫組織為：其室溫組織為： + (+ ( + + ) + ) + 。合金液體在合金液體在2點以

21、前為勻晶點以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到轉(zhuǎn)變。冷卻到2點，固相成點，固相成分變化到分變化到C點，液相成分點，液相成分變化到變化到E點點, 此時兩相的相此時兩相的相對重量為：對重量為：.230%Sn的的Pb-Sn合金的亞共晶組織合金的亞共晶組織先析出相先析出相以樹枝晶以樹枝晶的形式析出的形式析出共晶組織有黑色的共晶組織有黑色的點狀、顆粒狀的點狀、顆粒狀的相相密集地分布在密集地分布在相基相基體上體上n與亞共晶合金相似，不與亞共晶合金相似，不同的是一次相為同的是一次相為 , , 二次相為二次相為 (4)(4)過共晶合金的結(jié)晶過程過共晶合金的結(jié)晶過程80%Sn的Pb-Sn合金的共晶組織室溫組織為室溫組織為 +

22、( + )+ 。1.2.3 合金組成相與組織組成物合金組成相與組織組成物n組成相（相組成物）：合金由哪幾個相組成；組成相（相組成物）：合金由哪幾個相組成；n組織組成物：合金在顯微鏡下有哪幾種可以清楚組織組成物：合金在顯微鏡下有哪幾種可以清楚區(qū)別的組成部分（分布形態(tài)）。區(qū)別的組成部分（分布形態(tài)）。1.2.41.2.4包晶相圖包晶相圖l當兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下當兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶，并發(fā)生包晶反應有限互溶，并發(fā)生包晶反應時所構成的時所構成的相圖相圖l包晶反應包晶反應 L+L+L +l 相圖分析相圖分析l單相區(qū)：單相區(qū)：L L、 、l二相區(qū)：二相區(qū)：L+L+ 、 L+L

23、+ 、 + + l三相區(qū)：三相區(qū)：L+L+ + + （水平線（水平線PDCPDC）n水平線水平線DPC稱包晶線，稱包晶線，與該線成分對應的合與該線成分對應的合金在該溫度下發(fā)生包金在該溫度下發(fā)生包晶反應：晶反應：n該反應是液相該反應是液相L包著固包著固相相 , 新相新相 在在L與與的界面上形核，并向的界面上形核，并向L和和 兩個方向長大。兩個方向長大。L+L+L +n 合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程n 包晶成分合金：勻晶包晶成分合金：勻晶包晶包晶二次析出。二次析出。溫度在溫度在1 1點以上為液相的簡單冷卻；點以上為液相的簡單冷卻；1-D1-D點為點為LL；冷至；冷至D D點，發(fā)生包晶反應。點，發(fā)生

24、包晶反應。D點以下點以下 Pt在在相中的溶解度沿相中的溶解度沿DF線變化，生線變化，生成次生相成次生相。所以，合金的室溫組所以，合金的室溫組織為織為+ + ；1.1 鐵碳平衡相圖鐵碳平衡相圖第三節(jié)第三節(jié) 鐵碳合金相圖及其結(jié)晶過程鐵碳合金相圖及其結(jié)晶過程n工業(yè)上廣泛使用的金屬材料是工業(yè)上廣泛使用的金屬材料是鋼和鐵鋼和鐵。n鋼和鐵都是鐵和碳的合金。鋼和鐵都是鐵和碳的合金。n為研究和使用鋼鐵材料，就必須了解鐵碳為研究和使用鋼鐵材料，就必須了解鐵碳合金的結(jié)晶過程，組織、結(jié)構和成分、溫合金的結(jié)晶過程，組織、結(jié)構和成分、溫度之間的關系，探討平衡組織的形成及變度之間的關系，探討平衡組織的形成及變化規(guī)律，就必

25、須研究鐵碳合金相圖?；?guī)律，就必須研究鐵碳合金相圖。n鐵碳相圖是制訂熱加工、特別是熱處理工鐵碳相圖是制訂熱加工、特別是熱處理工藝參數(shù)的主要依據(jù)。藝參數(shù)的主要依據(jù)。n鐵碳相圖的組成：鐵碳相圖的組成：nC可以溶入鐵的晶格間隙形成間隙固溶體，超過固可以溶入鐵的晶格間隙形成間隙固溶體，超過固溶度極限后形成一系列穩(wěn)定化合物。溶度極限后形成一系列穩(wěn)定化合物。n整個相圖看成四個二元相圖組成。實際應用的鋼整個相圖看成四個二元相圖組成。實際應用的鋼鐵材料含碳量小于鐵材料含碳量小于5%，大于，大于6.69% C所得到的組所得到的組織在性能上既硬又脆，沒有實用價值，理論上也織在性能上既硬又脆，沒有實用價值，理論上也

26、沒有研究的必要。所以鐵碳相圖實際上是沒有研究的必要。所以鐵碳相圖實際上是FeFe3C相圖。相圖。FeFe3CFe2CFeCC01006.699.7117.7C%n一、碳在鐵中的固溶體一、碳在鐵中的固溶體n1、鐵素體（、鐵素體（或或F）：）：碳原子溶入體心立碳原子溶入體心立方鐵的八面體間隙中形成的間隙固溶體。方鐵的八面體間隙中形成的間隙固溶體。n溶碳量：溶碳量：最多溶最多溶0.0218%C。n結(jié)構：結(jié)構：體心立方體心立方n性能：性能：強度、硬度低（強度、硬度低（HB=80）,塑性好。塑性好。n2、高溫鐵素體（、高溫鐵素體（- Fe）：）：在在1394以上，以上，碳溶入碳溶入- Fe中形成的固溶體

27、，僅在高溫下中形成的固溶體，僅在高溫下存在，最多溶存在，最多溶0.09 %C。1.1.1 鐵碳合金中的固態(tài)相鐵碳合金中的固態(tài)相n3、奧氏體（、奧氏體（或或A）：）：碳原子溶入面心立方碳原子溶入面心立方鐵的八面體間隙中形成的間隙固溶體。鐵的八面體間隙中形成的間隙固溶體。n溶碳量：溶碳量：最多溶最多溶2.11%C。n結(jié)構：結(jié)構：面心立方面心立方n性能：性能：強度、硬度較低（強度、硬度較低（HB=170220）, 塑性較好。塑性較好。n二、滲碳體（二、滲碳體（Fe3C）n定義：定義：鐵與碳形成的穩(wěn)定化合物。鐵與碳形成的穩(wěn)定化合物。n含碳量：含碳量：6.69% C。n結(jié)構：結(jié)構：正交晶系的復雜結(jié)構。正

28、交晶系的復雜結(jié)構。n性能：性能：硬度高（硬度高（HB=800），塑韌性幾乎為），塑韌性幾乎為 零。是鋼中的強化相。零。是鋼中的強化相。n一、相圖分析一、相圖分析n左上角為包晶相圖；n右中部為共晶相圖；n左下部為共析相圖。1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 1）相圖中的相區(qū)：）相圖中的相區(qū)：單相區(qū)：單相區(qū)：5個個 L、 、 、 、 Fe3C兩相區(qū)：兩相區(qū)：7個個 L 、 、 L 、 L Fe3C、 Fe3C、 |、 Fe3C三相區(qū)：三相區(qū)：3個個 L 、 L Fe3C 、 Fe3C碳在碳在A中的最大溶解度中的最大溶解度2）特性點：）特性點：ES線：線：C在奧氏體中的溶解在奧氏體中的溶解度曲線，

29、也叫度曲線，也叫Acm線。線。GS線：冷卻時，從奧氏體中線：冷卻時，從奧氏體中析出鐵素體的開始線或加熱時，析出鐵素體的開始線或加熱時，鐵素體溶入奧氏體的終了線，鐵素體溶入奧氏體的終了線，稱稱A3線。線。PQ線：線：C在鐵素體中的溶在鐵素體中的溶解度曲線。解度曲線。 冷卻時碰到冷卻時碰到PQ線，從線，從中中將析出將析出Fe3C，稱為三次滲碳，稱為三次滲碳體（體（ Fe3C）。3）三條特性曲線：）三條特性曲線：n等溫線：等溫線：n共晶線：共晶線：ECFn共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱為萊氏體萊氏體奧氏體和滲碳體組成的機械混合物（Ld）。n變態(tài)萊氏體：變態(tài)萊氏體：珠光體和滲碳體組成的機械混合物（Ld ）。nES(A

30、cm)nGS(A3)nGPnPSK(A1)：共析線：共析線n共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱為珠光體珠光體鐵素體和滲碳體組成的機械混合物(P)。nPQnA2nAonES(Acm)nGS(A3)nGPnHJB：包晶線：包晶線n共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱為珠光體珠光體鐵素體和滲碳體組成的機械混合物(P)。nPQnA2nAon1.1.3 典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及組織典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及組織n鐵碳合金的分類：鐵碳合金的分類：n工業(yè)純鐵：工業(yè)純鐵：0.0218%Cn鋼：鋼：0.02182.11%C（高溫為單相奧氏體）（高溫為單相奧氏體） 亞共析鋼：亞共析鋼：0.02180.77%C 共共 析析 鋼：鋼：0.77%C 過共析鋼：過

31、共析鋼：0.772.11%Cn白口鑄鐵：白口鑄鐵：2.116.69%C（有共晶反應）（有共晶反應） 亞共晶白口鐵：亞共晶白口鐵：2.114.3%C 共共 晶晶 白白 口口 鐵：鐵：4.3%C 過共晶白口鐵：過共晶白口鐵：4.36.69%C亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼過共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵工工業(yè)業(yè)純純鐵鐵共共析析鋼鋼共共晶晶白白口口鐵鐵1）工業(yè)純鐵：工業(yè)純鐵：0.0218%Cn1）工業(yè)純鐵）工業(yè)純鐵室溫組織：室溫組織： Fe3CFe3C的最大析出量：的最大析出量：%33. 0%10069. 60218. 0n2）共析鋼（）共析鋼（0.77%C）組織：組織：珠光體珠光體相：相： FFe3C片較厚。片較薄，CFeCFe3%3 .11%1000218. 069. 60218. 077. 03%7 .88%1000218. 069. 677. 069. 6n3）亞共析鋼（）亞共析鋼（0.4%C）n組織：組織：F +P 相：相：F +Fe3C亞共析鋼亞共析鋼4545鋼鋼2020鋼鋼計算計算0.40%C鋼的相對量：鋼的相對量：1) 組織組成物：組織組成物：%5 .50%5 .491%5 .49%1000218. 077. 040. 077. 0P2) 相組成物：相組成物：%7 . 5%3 .9413%3 .94%1000218. 069