第2章材料組織

1、第第2章章 工程材料的組織結(jié)構(gòu)工程材料的組織結(jié)構(gòu)2.12. 22. 3純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶非金屬材料的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介非金屬材料的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的: 通過本章的學(xué)習(xí)，了解常用材料的組織結(jié)構(gòu)，理解通過本章的學(xué)習(xí)，了解常用材料的組織結(jié)構(gòu)，理解和掌握鐵碳合金相圖的內(nèi)容與應(yīng)用。和掌握鐵碳合金相圖的內(nèi)容與應(yīng)用。本章重點(diǎn)內(nèi)容本章重點(diǎn)內(nèi)容:1.金屬的結(jié)晶條件、規(guī)律及控制金屬的結(jié)晶條件、規(guī)律及控制 2.鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織 3.鐵碳合金相圖的內(nèi)容與意義與應(yīng)用鐵碳合金相圖的內(nèi)容與意義與應(yīng)用2.1.1 2.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶純金

2、屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶晶體：晶體：材料的原子材料的原子( (離子、分子離子、分子) )在三維空間呈規(guī)則在三維空間呈規(guī)則 的周期性排列的物體。如金剛石、水晶、金屬等。的周期性排列的物體。如金剛石、水晶、金屬等。非晶體非晶體：材料的原子材料的原子(離子、分子離子、分子)在三維空間無規(guī)在三維空間無規(guī) 則排列的物體。如松香、石蠟、玻璃等。則排列的物體。如松香、石蠟、玻璃等。晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)晶體中原子晶體中原子(離子或分子離子或分子)規(guī)則排列的方式。規(guī)則排列的方式。 晶格晶格假設(shè)通過原子結(jié)點(diǎn)的中心劃出許多空間直線所形假設(shè)通過原子結(jié)點(diǎn)的中心劃出許多空間直線所形成的空間格架。成的空間格架。 晶胞晶胞能反映晶格特

3、征的最小組成單元。能反映晶格特征的最小組成單元。晶格常數(shù)晶格常數(shù)晶胞的三個(gè)棱邊的長(zhǎng)度晶胞的三個(gè)棱邊的長(zhǎng)度a,b,c。第第2章章金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1.基本概念基本概念2.112 常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)常見的金屬晶體結(jié)構(gòu) （1） 體心立方晶格體心立方晶格有：有：鉬鉬(Mo)、鎢、釩、鉻、鈮、鎢、釩、鉻、鈮、-Fe等。等。（2）面心立方晶格）面心立方晶格（3）密排六方晶胞）密排六方晶胞有：有：鋁、銅、鎳、金、銀、鋁、銅、鎳、金、銀、-Fe-Fe等。有有：鎂、鎘：鎂、鎘(Cd)、鋅、鈹、鋅、鈹(Be)等。等。2.1.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第第2

4、章章 22.1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.多晶體結(jié)構(gòu)多晶體結(jié)構(gòu)晶粒晶粒晶界晶界位向位向各向同性各向同性2.1.2 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)3第第2章章 2.1.2 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.實(shí)際金屬中的晶體缺陷實(shí)際金屬中的晶體缺陷(1)點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷三維尺度上都很小，不超過幾個(gè)原子直徑的缺陷。三維尺度上都很小，不超過幾個(gè)原子直徑的缺陷。 空位空位 空位空位 間隙原子間隙原子 間隙原子間隙原子(2)線缺陷線缺陷二維尺度很小而第三維尺度很大的缺陷。二維尺度很小而第三維尺度很大的缺陷。 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò) 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)(3)面缺陷面缺陷二維

5、尺度很大而第二維尺度很大而第 三維尺度很小的缺陷。三維尺度很小的缺陷。 晶界晶界 亞晶界亞晶界 晶界晶界4第第2章章 金屬晶體缺陷的影響金屬晶體缺陷的影響 ？ 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷-造成局部晶格畸變?cè)斐删植烤Ц窕?使金屬的電阻率使金屬的電阻率;屈服強(qiáng)度增加屈服強(qiáng)度增加, 密度發(fā)生變化。密度發(fā)生變化。 線缺陷線缺陷-形成位錯(cuò)對(duì)金屬的機(jī)械性能影響很大，位錯(cuò)極少形成位錯(cuò)對(duì)金屬的機(jī)械性能影響很大，位錯(cuò)極少時(shí)，時(shí)，金屬?gòu)?qiáng)度很高，位錯(cuò)密度越大，金屬?gòu)?qiáng)度也會(huì)提高。金屬?gòu)?qiáng)度很高，位錯(cuò)密度越大，金屬?gòu)?qiáng)度也會(huì)提高。 面缺陷面缺陷-晶界和亞晶界越多，晶粒越細(xì)，金屬?gòu)?qiáng)度越高。晶界和亞晶界越多，晶粒越細(xì)，金屬?gòu)?qiáng)度越高。 金屬

6、塑性變形的能力越大，塑性越好。金屬塑性變形的能力越大，塑性越好。2.1.2 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)第第2章章 52.1.3純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 第第2章章 6液態(tài)液態(tài)L固態(tài)固態(tài)S S可以是非晶體?？梢允欠蔷w。 一種原子排列狀態(tài)過渡為另一種原子一種原子排列狀態(tài)過渡為另一種原子 規(guī)則排列狀態(tài)規(guī)則排列狀態(tài)(晶態(tài)晶態(tài))的轉(zhuǎn)變過程。的轉(zhuǎn)變過程。一一LS晶態(tài)晶態(tài)SS晶態(tài)晶態(tài)（1） 冷卻曲線與過冷度冷卻曲線與過冷度液態(tài)金屬在結(jié)晶時(shí)的溫度液態(tài)金屬在結(jié)晶時(shí)的溫度時(shí)間曲線時(shí)間曲線 一次結(jié)晶一次結(jié)晶二次結(jié)晶二次結(jié)晶凝固凝固結(jié)晶結(jié)晶2.1.3 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶1.金屬結(jié)晶的基本規(guī)律金屬結(jié)晶

7、的基本規(guī)律過冷度過冷度理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度 和實(shí)際結(jié)晶溫和實(shí)際結(jié)晶溫 度之差。度之差。 T = T0T1 冷卻速度越快，過冷度越大冷卻速度越快，過冷度越大過冷過冷液態(tài)金屬的實(shí)際結(jié)晶液態(tài)金屬的實(shí)際結(jié)晶 溫度總是低于理論結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶 溫度的現(xiàn)象。溫度的現(xiàn)象。2.1.3 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 第第2章章 7 只有當(dāng)液體的過冷度達(dá)到一定的大小，結(jié)晶過程才能只有當(dāng)液體的過冷度達(dá)到一定的大小，結(jié)晶過程才能開始進(jìn)行開始進(jìn)行過冷是金屬結(jié)晶的必要條件。過冷是金屬結(jié)晶的必要條件。(2)結(jié)晶的一般過程結(jié)晶的一般過程2.1.3純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 第第2章章 8形核形核自發(fā)形核自發(fā)形核 非自發(fā)

8、形核非自發(fā)形核 長(zhǎng)大長(zhǎng)大 樹枝狀長(zhǎng)大樹枝狀長(zhǎng)大結(jié)晶過程結(jié)晶過程2.1.3 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 第第2章章 9平面長(zhǎng)大平面長(zhǎng)大2.1.3 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 第第2章章 10(1)晶粒度晶粒度單位面積上的晶粒數(shù)目或晶粒的平均線長(zhǎng)度單位面積上的晶粒數(shù)目或晶粒的平均線長(zhǎng)度(或直徑或直徑)。(3)過冷度對(duì)形核一長(zhǎng)大的影響過冷度對(duì)形核一長(zhǎng)大的影響過冷度過冷度T提高，提高，N提高、提高、G提高提高過冷過冷T太高，太高，N降低、降低、G降低降低(2)晶粒大小對(duì)力學(xué)性能的影響晶粒大小對(duì)力學(xué)性能的影響晶粒越細(xì)，金屬的強(qiáng)度、硬度晶粒越細(xì)，金屬的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好越高，塑性、韌性越好1.金屬

9、結(jié)晶后的晶粒大小金屬結(jié)晶后的晶粒大小2.1.3 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 第第2章章 11(4)晶粒大小的控制晶粒大小的控制提高過冷度提高過冷度變質(zhì)處理變質(zhì)處理 在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶核的核心，以細(xì)化晶粒和改善組織。核的核心，以細(xì)化晶粒和改善組織。振動(dòng)、攪拌等振動(dòng)、攪拌等 合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶12 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)2.22.2.11.基本概念基本概念合金合金 組元組元 合金系合金系相相 組織組織第第2章章(1)合金合金 由兩種或兩種以上的金屬元素或由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素和非金屬元素組成的具有

10、金金屬元素和非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。屬特性的物質(zhì)。 普通黃銅普通黃銅：Cu+Zn 45鋼鋼: 鐵碳合金鐵碳合金 第第2章章13 合金合金除具備純金屬的基本特性外，還除具備純金屬的基本特性外，還可以擁有純金屬所不能達(dá)到的一系列機(jī)械可以擁有純金屬所不能達(dá)到的一系列機(jī)械特性與理化特性特性與理化特性,如如高強(qiáng)度高強(qiáng)度、高硬度高硬度、高耐高耐磨性磨性、 強(qiáng)磁性強(qiáng)磁性、耐蝕性耐蝕性等。等。(2)組元組元 組元組元可以是金屬可以是金屬、非金屬或穩(wěn)定化合物。非金屬或穩(wěn)定化合物。 組成合金的獨(dú)立的，組成合金的獨(dú)立的，最基本的單元最基本的單元第第2章章14(3)合金系合金系 若干給定組元，以不同若干給

11、定組元，以不同配比，配制出的一系列不配比，配制出的一系列不同成分、不同性能的合金同成分、不同性能的合金(4)相相 在固態(tài)下，物質(zhì)可以是單相的，也可以是多相在固態(tài)下，物質(zhì)可以是單相的，也可以是多相的。的。 鐵在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中，會(huì)出現(xiàn)相的變化。鐵在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中，會(huì)出現(xiàn)相的變化。 純鐵是單相的，而鋼一般是雙相或是多相的。純鐵是單相的，而鋼一般是雙相或是多相的。 固態(tài)白銅固態(tài)白銅(銅與鎳二元合金銅與鎳二元合金)是單相的。是單相的。 合金中有兩類基本相：合金中有兩類基本相：固溶體固溶體和和金屬化合物金屬化合物。 在物質(zhì)中，凡是成分相在物質(zhì)中，凡是成分相同，結(jié)構(gòu)相同并與其他部分同，結(jié)構(gòu)相同并與其

12、他部分以界面分開的均勻組成部分，以界面分開的均勻組成部分，稱為稱為相相。第第2章章15(5)(5)組織組織 合金的組織是由數(shù)量、大小、形狀和分布合金的組織是由數(shù)量、大小、形狀和分布方式不同的各種相所組成的。方式不同的各種相所組成的。 不同組織具有不同的性能。不同組織具有不同的性能。 由不同組織構(gòu)成的材料具有不同的性能。由不同組織構(gòu)成的材料具有不同的性能。 同一種鋼經(jīng)過不同的熱處理可以獲得不同同一種鋼經(jīng)過不同的熱處理可以獲得不同的組織，從而獲得不同的性能。的組織，從而獲得不同的性能。 45鋼經(jīng)過不同的熱處理可以獲得鋼經(jīng)過不同的熱處理可以獲得珠光體、珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體索氏體、屈

13、氏體、貝氏體、馬氏體等組織。等組織。并獲得不同的性能。并獲得不同的性能。組織組織是指用肉眼或顯微鏡等所是指用肉眼或顯微鏡等所觀察到的材料的微觀形貌。觀察到的材料的微觀形貌。第第2章章16(1)(1)固溶體固溶體合金中兩組元在液態(tài)和固態(tài)合金中兩組元在液態(tài)和固態(tài)下都互相溶解，共同形成一下都互相溶解，共同形成一種成分和性能均勻的、且結(jié)種成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相，構(gòu)與組元之一相同的固相，稱為稱為固溶體固溶體。固溶體固溶體溶劑溶劑+溶質(zhì)溶質(zhì)一種固相一種固相能夠保持其原有晶格類能夠保持其原有晶格類型并與固溶體晶格相同型并與固溶體晶格相同的組元稱為的組元稱為溶劑溶劑。失去原有晶格類型的組

14、失去原有晶格類型的組元稱為元稱為溶質(zhì)溶質(zhì)，一般在合，一般在合金中含量較少。金中含量較少。17第第2章章固溶體的分類固溶體的分類根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置，可根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置，可將固溶體分為：將固溶體分為：間隙固溶體間隙固溶體和和置換固溶體置換固溶體。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中分布是否有規(guī)律可根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中分布是否有規(guī)律可將固溶體分為：將固溶體分為：有序固溶體有序固溶體和和無序固溶體無序固溶體。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度溶解度可將固可將固溶體分為：溶體分為：有限固溶體有限固溶體和和無限固溶體無限固溶體。溶解度：溶解度：指溶質(zhì)在

15、固溶體中的極限濃度。指溶質(zhì)在固溶體中的極限濃度。第第2章章18間隙固溶體間隙固溶體溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格中的間溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格中的間隙之中形成的固溶體。隙之中形成的固溶體。置換固溶體置換固溶體溶質(zhì)原子占據(jù)在溶劑晶格的某些溶質(zhì)原子占據(jù)在溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)上，使晶格上的某些溶劑原結(jié)點(diǎn)上，使晶格上的某些溶劑原子被置換而形成的固溶體。子被置換而形成的固溶體。間隙固溶體間隙固溶體置換固溶體置換固溶體第第2章章19 溶質(zhì)與溶劑以任溶質(zhì)與溶劑以任何比例都能互溶，何比例都能互溶，固溶度達(dá)固溶度達(dá)100，則稱為則稱為無限固溶體無限固溶體，否則為否則為有限固溶體。有限固溶體。間隙間隙固溶體固溶體溶質(zhì)原子與溶劑原

16、子直徑之溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比應(yīng)小于比應(yīng)小于059方可。方可。直徑較大的原子所組成的晶格，直徑較大的原子所組成的晶格，其空隙的尺寸也較大。其空隙的尺寸也較大。過渡族元素過渡族元素(溶劑溶劑)與尺寸較小的元素與尺寸較小的元素C 、N、H、B等易形成間隙固溶體。等易形成間隙固溶體。溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶解度一般很溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶解度一般很小小,所以間隙固溶體都是所以間隙固溶體都是有限固溶體有限固溶體。溶質(zhì)原子將使間隙固溶體發(fā)生畸變，溶質(zhì)原子將使間隙固溶體發(fā)生畸變，其濃度越大，畸變?cè)酱?。其濃度越大，畸變?cè)酱?。第?章章20置換固溶置換固溶體體無限固溶體一定是無限固溶體一定是置換固溶

17、體。置換固溶體。置換固溶體置換固溶體也可以是有限固溶體。也可以是有限固溶體。兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同，原子半徑和電化兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同，原子半徑和電化學(xué)特性接近，則容易形成置換固溶體。學(xué)特性接近，則容易形成置換固溶體。無限固無限固溶體溶體形形成條件成條件兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同是必要條件。兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同是必要條件。溶劑原子半徑溶劑原子半徑rA與溶質(zhì)原子半徑與溶質(zhì)原子半徑rB的相的相對(duì)差對(duì)差(rArB)rA小于小于8%左右時(shí)。左右時(shí)。第第2章章21第第2章章22碳在碳在 Fe中的間隙固溶體中的間隙固溶體銅銅和和金金形形成成的的置置換換固固溶溶體體第第2章章23固溶體的性能固溶體的性能固溶體與純金屬相比強(qiáng)

18、度、硬度升高。固溶體與純金屬相比強(qiáng)度、硬度升高。這種通過形成固溶體使金這種通過形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為稱為固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。它是強(qiáng)化金屬材料的它是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一。重要途徑之一。固溶體的強(qiáng)度和塑性、韌性之間有較好的配合，所固溶體的強(qiáng)度和塑性、韌性之間有較好的配合，所以，其綜合性能較好，常作為結(jié)構(gòu)合金的基體相。以，其綜合性能較好，常作為結(jié)構(gòu)合金的基體相。 固溶體與純金屬相比電阻率上升，導(dǎo)電率下降等。固溶體與純金屬相比電阻率上升，導(dǎo)電率下降等。第第2章章24固溶強(qiáng)化的原因固溶強(qiáng)化的原因 由于溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體由于溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)

19、生畸變，晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)的晶格發(fā)生畸變，晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬滑移變形變得更運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬滑移變形變得更加困難，變形抗力增大，從而提高合加困難，變形抗力增大，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。金的強(qiáng)度和硬度。第第2章章25(2)金屬化合物金屬化合物 它是合金組元相互作用形成的晶格類型它是合金組元相互作用形成的晶格類型和特性完全不同于任一組元的新相。和特性完全不同于任一組元的新相。n金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆。金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆。n合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性

20、，但會(huì)降低塑性和韌性。耐磨性，但會(huì)降低塑性和韌性。 根據(jù)合金中金屬化合物相結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和特點(diǎn)，根據(jù)合金中金屬化合物相結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和特點(diǎn)，可大致劃分為可大致劃分為正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物、電子化合物電子化合物及及間隙間隙化合物化合物三類。三類。第第2章章26a第第2 章章27 當(dāng)金屬化合物呈細(xì)小顆粒均勻分布在固當(dāng)金屬化合物呈細(xì)小顆粒均勻分布在固溶體基體上時(shí)，將顯著提高合金的強(qiáng)度、溶體基體上時(shí)，將顯著提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性硬度和耐磨性(此現(xiàn)象稱為此現(xiàn)象稱為彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化)。因此，。因此，金屬化合物主要用來作為碳鋼、各類合金金屬化合物主要用來作為碳鋼、各類合金鋼、硬質(zhì)合金及有色金屬的重要組成相及

21、鋼、硬質(zhì)合金及有色金屬的重要組成相及強(qiáng)化相。而性能除強(qiáng)化相。而性能除固溶固溶強(qiáng)化影響外，還取強(qiáng)化影響外，還取決于金屬化合物的種類和數(shù)量。決于金屬化合物的種類和數(shù)量。彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化第第2章章28機(jī)械混合物機(jī)械混合物 工業(yè)合金中其組織僅由化合物單相組成工業(yè)合金中其組織僅由化合物單相組成的情況是不存在的。因?yàn)榛衔锕倘挥泻芨叩牡那闆r是不存在的。因?yàn)榛衔锕倘挥泻芨叩挠捕?，但脆性太大，無法應(yīng)用。固溶體組成的硬度，但脆性太大，無法應(yīng)用。固溶體組成的合金，往往由于強(qiáng)度合金，往往由于強(qiáng)度、硬度等不夠高，使用受硬度等不夠高，使用受到一定限制。絕大多數(shù)的工業(yè)合金，其組織均到一定限制。絕大多數(shù)的工業(yè)合金，其組織

22、均為固溶體與少量化合物為固溶體與少量化合物(一種或幾種一種或幾種)所構(gòu)成的所構(gòu)成的機(jī)械混合物機(jī)械混合物。合金的性能。合金的性能取決于其形態(tài)、大小、取決于其形態(tài)、大小、數(shù)量、種類等。數(shù)量、種類等。第第2章章292.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章 30合金相圖合金相圖 相圖相圖是表示在平衡狀態(tài)下合金系中各種合金狀態(tài)、組是表示在平衡狀態(tài)下合金系中各種合金狀態(tài)、組織與溫度、成分之間關(guān)系的一種簡(jiǎn)明示圖，也稱為平織與溫度、成分之間關(guān)系的一種簡(jiǎn)明示圖，也稱為平衡圖或狀態(tài)圖。衡圖或狀態(tài)圖。合金的結(jié)合金的結(jié)晶晶2.2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶1. 鐵碳合金相圖的表示方法鐵碳合金相圖的表示方法2.2.2

23、合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章 31橫坐標(biāo)表示合金成分即碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)橫坐標(biāo)表示合金成分即碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)縱坐標(biāo)表示溫度縱坐標(biāo)表示溫度2.鐵碳合金相圖的建立鐵碳合金相圖的建立 3.Fe-Fe3C相圖的意義相圖的意義 （1）純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變）純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變 2.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章 322.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章 33(2)鐵碳合金的基本相鐵碳合金的基本相鐵素體鐵素體(F) 奧氏奧氏體體 (A)滲碳體滲碳體(Fe3C)室溫時(shí)的性能與純鐵相似，強(qiáng)度、室溫時(shí)的性能與純鐵相似，強(qiáng)度、硬度低，塑性和韌性好。硬度低，塑性和韌性好。 具有一定的強(qiáng)度和硬度，塑性也很好

24、。具有一定的強(qiáng)度和硬度，塑性也很好。 硬度很高（約硬度很高（約1000HV），塑性、），塑性、韌性幾乎為零，極脆。韌性幾乎為零，極脆。 鐵素體與滲碳體（鐵素體與滲碳體（F+Fe3C）組成的）組成的珠光體珠光體(P)、奧氏體與滲碳體（奧氏體與滲碳體（A+Fe3C）組成的）組成的高溫萊氏高溫萊氏體體(Ld)珠光體與滲碳體（珠光體與滲碳體（P + Fe3C）組成的）組成的低溫萊低溫萊氏體氏體(Ld)三種復(fù)相組織三種復(fù)相組織碳溶于碳溶于-Fe中的間隙固溶體中的間隙固溶體碳溶于碳溶于-Fe中的間隙固溶體中的間隙固溶體鐵與碳形成的金屬化合物鐵與碳形成的金屬化合物2.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章

25、 34(3)相圖中的特性點(diǎn)、線的意義、相圖中的特性點(diǎn)、線的意義、 相區(qū)相的組成及各區(qū)域的組織相區(qū)相的組成及各區(qū)域的組織特性點(diǎn)特性點(diǎn)A A、C C、D D、E E、G G、P P、S S、Q Q特性線特性線ACDACD AECF AECF ECFECF PSKPSK GS GS GPGP ES ES PQPQ 相區(qū)相的組成相區(qū)相的組成L L、A A、F F、L+AL+A、L+FeL+Fe3 3C C、A+FA+F、A+FeA+Fe3 3C C、F+FeF+Fe3 3C C在恒溫下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩種一定成分在恒溫下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩種一定成分固相的轉(zhuǎn)變。固相的轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)

26、變共晶轉(zhuǎn)變:共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變:在恒溫下，由一定成分的固相同時(shí)析出兩種一定成分在恒溫下，由一定成分的固相同時(shí)析出兩種一定成分的固相的轉(zhuǎn)變。的固相的轉(zhuǎn)變。 各區(qū)域的組織各區(qū)域的組織2.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章 352.2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2章章 362.2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2章章 372.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章 38(4)典型合金的冷卻過程及其組織典型合金的冷卻過程及其組織鐵碳合金的分類鐵碳合金的分類 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 wc0.0218%，室溫組織：，室溫組織：鐵素體和三次滲碳體；鐵素體和三次滲碳體； 非合金鋼非合金鋼 0.0218%w

27、c2.11%，根據(jù)室溫組織不同，又可以分為：，根據(jù)室溫組織不同，又可以分為： 亞共析鋼亞共析鋼 0.0218%wc0.77%，室溫組織：，室溫組織：鐵素體和珠光體鐵素體和珠光體； 共析鋼共析鋼 wc=0.77%，室溫組織：，室溫組織：珠光體珠光體； 過共析鋼過共析鋼 0.77%wc2.11%，室溫組織：，室溫組織：珠光體和二次滲碳體珠光體和二次滲碳體。 白口鑄鐵白口鑄鐵 2.11%wc6.69%，根據(jù)室溫組織不同，又可以分為：，根據(jù)室溫組織不同，又可以分為：亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 2.11%wc4.3%，室溫組織：，室溫組織：珠光體、低溫萊氏體珠光體、低溫萊氏體 和和 二次滲碳體二次滲碳

28、體； 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 wc=4.3%，室溫組織：，室溫組織：低溫萊氏體低溫萊氏體；過共晶白口鑄鐵：過共晶白口鑄鐵：4.3%wc6.69%，室溫組織：，室溫組織：滲碳體和低溫萊氏體滲碳體和低溫萊氏體 2.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章 39典型合金的冷卻過程分析典型合金的冷卻過程分析共析鋼的冷卻過程分析共析鋼的冷卻過程分析 過過wc=0.77%的點(diǎn)作一條垂直于橫軸的垂線的點(diǎn)作一條垂直于橫軸的垂線(合金線合金線)，與相圖分別交于，與相圖分別交于1、2、3(S0點(diǎn)溫度，以這三點(diǎn)溫度為點(diǎn)溫度，以這三點(diǎn)溫度為界，分析其冷卻過程。界，分析其冷卻過程。 1點(diǎn)以上點(diǎn)以上:液相液相(L);

29、1點(diǎn)點(diǎn)：從液相中結(jié)晶出奧氏體：從液相中結(jié)晶出奧氏體(A); 2點(diǎn)點(diǎn):奧氏體奧氏體; 23點(diǎn)點(diǎn)(即即S點(diǎn)點(diǎn)):奧氏體。奧氏體。 3點(diǎn)點(diǎn)(727):共析轉(zhuǎn)變，從奧氏體中同時(shí)析出鐵素體和共析轉(zhuǎn)變，從奧氏體中同時(shí)析出鐵素體和滲碳體滲碳體 , 稱為珠光體，其共析轉(zhuǎn)變式為稱為珠光體，其共析轉(zhuǎn)變式為:力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間，即強(qiáng)度力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間，即強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定塑性較高，硬度適中，有一定塑性 性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性極差性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性極差。 2.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章 40珠光體珠光體萊氏體萊氏體(5)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金平衡

30、組織和力學(xué)性能的影響碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金平衡組織和力學(xué)性能的影響對(duì)鐵碳合金平衡組織的影響對(duì)鐵碳合金平衡組織的影響 F+Fe3CF+PPP+Fe3CF+Fe3CF+PPP+Fe3CP+Fe3C+LdLdLd+Fe3CP+Fe3C+LdLdLd+Fe3C對(duì)鐵碳合金力學(xué)性能的影響對(duì)鐵碳合金力學(xué)性能的影響 4.鐵碳合金相圖的應(yīng)用2.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 41第第2 章章 (1)在選材方面的應(yīng)用在選材方面的應(yīng)用 要求塑性、韌性好的各種型材和建筑用鋼，應(yīng)選用碳的質(zhì)量要求塑性、韌性好的各種型材和建筑用鋼，應(yīng)選用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的鋼；承受沖擊載荷，并要求較高強(qiáng)度、塑性和韌性的機(jī)分?jǐn)?shù)低的鋼；承受沖擊載荷，

31、并要求較高強(qiáng)度、塑性和韌性的機(jī)械零件，應(yīng)選用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為械零件，應(yīng)選用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%0.55%的鋼；要求硬度的鋼；要求硬度高、耐磨性好的各種工具，應(yīng)選用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于高、耐磨性好的各種工具，應(yīng)選用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.55%的鋼的鋼；形狀復(fù)雜、不受沖擊、要求耐磨的鑄件（如冷軋輥、拉絲模、；形狀復(fù)雜、不受沖擊、要求耐磨的鑄件（如冷軋輥、拉絲模、犁鏵等），應(yīng)選用白口鑄鐵。犁鏵等），應(yīng)選用白口鑄鐵。(2)在鑄造方面的應(yīng)用在鑄造方面的應(yīng)用 純組元和共晶成分純組元和共晶成分的合金的流動(dòng)性最好，縮孔集中，鑄造性能好。的合金的流動(dòng)性最好，縮孔集中，鑄造性能好。相圖中液相線和固相線之間距離越小，液

32、體合金結(jié)晶的溫度范圍越窄，相圖中液相線和固相線之間距離越小，液體合金結(jié)晶的溫度范圍越窄，對(duì)澆注和鑄造質(zhì)量越有利。合金的液、固相線溫度間隔大時(shí)，形成枝對(duì)澆注和鑄造質(zhì)量越有利。合金的液、固相線溫度間隔大時(shí)，形成枝晶偏析的傾向性大；同時(shí)先結(jié)晶出的樹枝晶阻礙結(jié)晶液體的流動(dòng)，而晶偏析的傾向性大；同時(shí)先結(jié)晶出的樹枝晶阻礙結(jié)晶液體的流動(dòng)，而降低其流動(dòng)性，增多分散縮孔。所以，鑄造合金常選共晶或接近共晶降低其流動(dòng)性，增多分散縮孔。所以，鑄造合金常選共晶或接近共晶的成分。的成分。澆注溫度一般在液相線以上澆注溫度一般在液相線以上50100 。(3)在鍛造和焊接方面的應(yīng)用在鍛造和焊接方面的應(yīng)用 (4)在熱處理方面的應(yīng)用在熱處理方面的應(yīng)用 2.2.2合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 第第2 章章 42 合金為合金為單相組織單相組織時(shí)時(shí)變形抗力小變形抗力小，變形均勻，不易開裂，因而變，變形均勻，不易開裂，因而變形能力大。形能力大。雙相組織雙相組織的合金的合金變形能力差變形能力差些，特別是組織中存在有較些，特別是組織中存在有較多的化合物相時(shí)更是如此，因?yàn)樗麄兌己艽唷?/p>