金屬的晶體結(jié)構(gòu)和二元合金相圖.

1、2022-5-281第二章第二章 金屬晶體結(jié)構(gòu)和金屬晶體結(jié)構(gòu)和 二元合金相圖二元合金相圖 金屬材料有金屬材料有純金屬純金屬和和合金合金兩種。純金屬是由一種元素兩種。純金屬是由一種元素組成的（如組成的（如Fe、Cu、Al等）；合金則是以一種金屬元素等）；合金則是以一種金屬元素作為基礎(chǔ)，加入其它金屬元素或非金屬元素，經(jīng)過熔合而作為基礎(chǔ)，加入其它金屬元素或非金屬元素，經(jīng)過熔合而獲得具有金屬特性的材料（如碳鋼、銅合金等）。因為合獲得具有金屬特性的材料（如碳鋼、銅合金等）。因為合金比純金屬有更好的力學性能和工藝性能，且成本低，故金比純金屬有更好的力學性能和工藝性能，且成本低，故常用于工業(yè)生產(chǎn)。常用于工業(yè)

2、生產(chǎn)。 不同的純金屬與合金，由于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不不同的純金屬與合金，由于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不同，性能也不一樣。為了了解金屬和合金的性能，同，性能也不一樣。為了了解金屬和合金的性能，就必須了解其內(nèi)部構(gòu)造。就必須了解其內(nèi)部構(gòu)造。2022-5-282本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容2.1 2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)及其結(jié)晶純金屬的晶體結(jié)構(gòu)及其結(jié)晶2.2 2.2 合金的結(jié)晶和二元合金相圖合金的結(jié)晶和二元合金相圖2.3 2.3 鐵碳合金基本組織及其相圖鐵碳合金基本組織及其相圖2022-5-2832.1 2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)及其結(jié)晶純金屬的晶體結(jié)構(gòu)及其結(jié)晶純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)晶過程金屬的結(jié)晶過程

3、金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變2022-5-284純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體晶體晶格晶格晶胞晶胞晶格常數(shù)晶格常數(shù)一、晶體學基本知識一、晶體學基本知識指原子（或分子）在其內(nèi)部按一定次序作有規(guī)則排列的一類物質(zhì)為便于描述晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將原子看成點，并用直線將點連接起來，形成的空間格子。晶格的最小組成單元。它能代表整個晶格的排列規(guī)律。表示晶胞形狀和尺寸的參數(shù)（棱邊長度）。 各種金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要差別，就在于晶格各種金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要差別，就在于晶格類型和晶格常數(shù)的不同。類型和晶格常數(shù)的不同。 2022-5-285簡單立方體的晶格與晶胞示意圖簡單立方體的晶格與晶胞示意圖2022-5-28

4、6 根據(jù)晶胞的根據(jù)晶胞的三條棱邊三條棱邊是否相是否相等、等、三個夾角三個夾角是否相等以及是否是否相等以及是否為為直角直角，晶體學將所有晶體分為，晶體學將所有晶體分為7個晶系個晶系、14種空間點陣種空間點陣。稱作。稱作布喇菲空間點陣，如圖布喇菲空間點陣，如圖2所示。所示。 二、常見的晶格類型二、常見的晶格類型39布喇菲空間點陣圖 體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格常見的三種晶格類型：常見的三種晶格類型：2022-5-2871 1、體心立方晶格、體心立方晶格立方體八角及中心各有立方體八角及中心各有一個原子，具有這種晶一個原子，具有這種晶格的金屬如：格的金屬如：

5、MoMo、CrCr、V V、W W、MnMn、 -Fe-Fe、 -Fe-Fe等等這種結(jié)構(gòu)：強度高、塑性較好這種結(jié)構(gòu)：強度高、塑性較好2022-5-2882 2、面心立方晶格、面心立方晶格立方體八角及六面中立方體八角及六面中心各有一個原子，具心各有一個原子，具有這種晶格的金屬如：有這種晶格的金屬如： -Fe-Fe、CuCu、AlAl、AgAg、PbPb、NiNi等。等。這種結(jié)構(gòu)：強度較高、塑性較好這種結(jié)構(gòu)：強度較高、塑性較好2022-5-2893 3、密排六方晶格、密排六方晶格1212個角上各有一個原子，晶胞內(nèi)部還有三個原子，個角上各有一個原子，晶胞內(nèi)部還有三個原子，具有這種晶格的金屬如：具有這

6、種晶格的金屬如： Mg、Zn、Cd、Be等。等。2022-5-2810三、純金屬的結(jié)晶三、純金屬的結(jié)晶1 1、冷卻曲線與過冷度、冷卻曲線與過冷度過冷度過冷度實際結(jié)晶溫度實際結(jié)晶溫度Tn總總是低于理論結(jié)晶溫是低于理論結(jié)晶溫度度Tm ，理論結(jié)晶，理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫溫度與實際結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。度之差稱為過冷度。即即TmTnT 。金屬結(jié)晶的過冷度金屬結(jié)晶的過冷度與冷卻速度有關(guān)，與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越快，過冷卻速度越快，過冷度就越大冷度就越大。 2022-5-28112 2、結(jié)晶過程、結(jié)晶過程1)1)當當tt時時，原子活動能力，原子活動能力，原子間的，原子間的吸引力吸引力；2)2)當當t

7、t凝固凝固時，液態(tài)金屬的原子中，時，液態(tài)金屬的原子中，有少數(shù)局部原子作規(guī)則排列，形成晶核；有少數(shù)局部原子作規(guī)則排列，形成晶核；3)3)鄰近的原子以晶核為中心，繼續(xù)作規(guī)則鄰近的原子以晶核為中心，繼續(xù)作規(guī)則排列，晶體迅速長大；同時，新的晶核排列，晶體迅速長大；同時，新的晶核又不斷生成，重復以上過程；又不斷生成，重復以上過程；4)4)這樣，各小晶體長大，并相互抵觸，形這樣，各小晶體長大，并相互抵觸，形成許多外形不規(guī)則的晶體，稱為晶粒，成許多外形不規(guī)則的晶體，稱為晶粒，晶粒間相交形成的界面，稱為晶界。晶粒間相交形成的界面，稱為晶界。晶粒晶粒晶界晶界結(jié)晶過程結(jié)晶過程晶核形成晶核形成晶核長大晶核長大晶核的

8、多少與晶粒的大小有啥關(guān)系？晶核的多少與晶粒的大小有啥關(guān)系？問題問題：2022-5-2812晶核形成晶核形成形核形核自發(fā)形核自發(fā)形核非自發(fā)形核非自發(fā)形核1、形核困難、形核困難、2、較大的過冷度、較大的過冷度;3、晶核數(shù)量少晶核數(shù)量少粗晶粗晶人為的促進形核（孕育處理、變質(zhì)處理）人為的促進形核（孕育處理、變質(zhì)處理）2022-5-2813金屬結(jié)晶過程示意金屬結(jié)晶過程示意金屬熔液在凝固后一般都以晶質(zhì)狀態(tài)存在，即內(nèi)部原子金屬熔液在凝固后一般都以晶質(zhì)狀態(tài)存在，即內(nèi)部原子由不規(guī)則的排列轉(zhuǎn)變到規(guī)則排列，由不規(guī)則的排列轉(zhuǎn)變到規(guī)則排列，形成晶體，（見動畫形成晶體，（見動畫視視頻）。頻）。金屬的結(jié)晶過程是不斷形成晶核

9、和晶核不斷長大的過金屬的結(jié)晶過程是不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程，即由晶核的產(chǎn)生和長大兩個基本過程組成的。程，即由晶核的產(chǎn)生和長大兩個基本過程組成的。動畫動畫金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶2022-5-28143 3、晶粒大小與金屬力學性能、晶粒大小與金屬力學性能晶粒越細晶粒越細, ,晶界越多晶界越多, ,咬合力越大咬合力越大, ,力學性能力學性能（強度、（強度、塑性、韌性）塑性、韌性）越好越好。晶粒度與純鐵的力學性能晶粒度與純鐵的力學性能晶粒平均直徑(m)抗拉強度b(MPa)比例極限p(MPa)9.7164407.0186382.5210442022-5-2815如何得到如何得到細晶粒細晶粒?金屬晶

10、粒的粗細對其力學性能影響很大。同金屬晶粒的粗細對其力學性能影響很大。同一成分的金屬，晶粒愈細，其一成分的金屬，晶粒愈細，其強度、硬度愈高強度、硬度愈高，且且塑性和韌性也愈好塑性和韌性也愈好。細化鑄態(tài)金屬晶粒的主要。細化鑄態(tài)金屬晶粒的主要途徑是：途徑是：1) 增加過冷度(增加冷卻速度)2) 變質(zhì)處理3) 附加振動2022-5-2816 (1)(1)增大過冷度增大過冷度: :加快冷卻速度，以增加晶核的數(shù)目；加快冷卻速度，以增加晶核的數(shù)目； (2)(2)變質(zhì)處理變質(zhì)處理: :利用異質(zhì)形核的原理，在澆注前在金利用異質(zhì)形核的原理，在澆注前在金屬液中加入某些高熔點的物質(zhì)作為結(jié)晶核心，以獲屬液中加入某些高熔

11、點的物質(zhì)作為結(jié)晶核心，以獲得細晶粒組織，也稱得細晶粒組織，也稱孕育孕育處理。加入的物質(zhì)稱為變處理。加入的物質(zhì)稱為變質(zhì)劑，也稱質(zhì)劑，也稱孕育劑孕育劑 ； (3)(3)附加振動附加振動: :對正在結(jié)晶的金屬施以對正在結(jié)晶的金屬施以機械振動機械振動、超超聲波振動聲波振動和和電磁振動電磁振動，均可使樹枝晶尖端破碎而增，均可使樹枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒細化。加新的核心，提高形核率，使晶粒細化。此外，還可采用此外，還可采用熱處理熱處理或或壓力加工壓力加工方法，使方法，使固態(tài)金屬晶粒細化。固態(tài)金屬晶粒細化。2022-5-2817 總之，用細化晶粒強化金屬總之，用細化晶粒強化金屬的方法稱

12、為的方法稱為細晶強化細晶強化，它是強化，它是強化金屬材料的基本途徑之一。金屬材料的基本途徑之一。2022-5-2818實際結(jié)晶組織實際結(jié)晶組織鑄錠組織鑄錠組織: :（1）表面細晶粒層）表面細晶粒層（2）柱狀晶粒層）柱狀晶粒層 （3 3）中心等軸晶粒區(qū)）中心等軸晶粒區(qū) 焊縫組織焊縫組織: :（1）過熱粗晶粒區(qū)）過熱粗晶粒區(qū)（2）柱狀晶粒區(qū)）柱狀晶粒區(qū) 2022-5-2819四、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變四、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì)，叫做同素異構(gòu)性。一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì)，叫做同素異構(gòu)性。體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方2022-5-2820金屬的同

13、素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程類似。轉(zhuǎn)變時遵循結(jié)晶的一般結(jié)晶過程類似。轉(zhuǎn)變時遵循結(jié)晶的一般規(guī)律，如具有一定的轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變過規(guī)律，如具有一定的轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變過程包括形核、長大兩個階段等。因此，程包括形核、長大兩個階段等。因此，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也可以看作是一種結(jié)晶，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也可以看作是一種結(jié)晶，有時也稱為有時也稱為重結(jié)晶重結(jié)晶。通過同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。通過同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變可以使晶粒得到細化?？梢允咕Я５玫郊毣?022-5-28212.2 2.2 合金的結(jié)晶和二元合金相圖合金的結(jié)晶和二元合金相圖 1、合金合金 合金是指由一種金屬元素與另外一種或多合金是指由一種金屬元素與另外一

14、種或多種金屬或非金屬元素通過熔煉或燒結(jié)等方法所形成的種金屬或非金屬元素通過熔煉或燒結(jié)等方法所形成的具有金屬性質(zhì)的新金屬材料。具有金屬性質(zhì)的新金屬材料。 2、組元組元 組元是指組成合金的最基本的、能獨立存組元是指組成合金的最基本的、能獨立存在的物質(zhì)。在的物質(zhì)。 3、合金系、合金系 合金系是指有相同組元，而成分比例不合金系是指有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。同的一系列合金。 4 4、相相 相是指在合金中，凡相是指在合金中，凡成分成分相同、相同、晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)相相同并有界面與其它部分分開的同并有界面與其它部分分開的均勻均勻組成部分組成部分一、基本概念一、基本概念2022-5-28225 5

15、、組織組織的概念的概念 將一小塊金屬材料用金相砂紙磨光后進行拋光將一小塊金屬材料用金相砂紙磨光后進行拋光, 然后用侵然后用侵蝕劑侵蝕蝕劑侵蝕, 即獲得一塊金相樣品。在金相顯微鏡下觀察，可即獲得一塊金相樣品。在金相顯微鏡下觀察，可以看到以看到金屬材料內(nèi)部的微觀形貌金屬材料內(nèi)部的微觀形貌。這種微觀形貌稱做顯微。這種微觀形貌稱做顯微組織組織( (簡稱組織簡稱組織) )。 組織由組織由數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式不同的各種不同的各種相相組成。組成。2022-5-28232022-5-2824二、合金中的相二、合金中的相 1、固溶體固溶體 溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金。溶質(zhì)

16、原子溶入金屬溶劑中所組成的合金。 特點：其點陣結(jié)構(gòu)仍保持溶劑金屬的結(jié)構(gòu)，只是由于溶質(zhì)原子的溶入引特點：其點陣結(jié)構(gòu)仍保持溶劑金屬的結(jié)構(gòu)，只是由于溶質(zhì)原子的溶入引起晶格參數(shù)發(fā)生改變。起晶格參數(shù)發(fā)生改變。 置換固溶體置換固溶體：溶質(zhì)原子置換溶劑在晶格結(jié)點上的原子。：溶質(zhì)原子置換溶劑在晶格結(jié)點上的原子。 間隙固溶體間隙固溶體：溶質(zhì)原子在固溶體中處于溶劑晶體結(jié)構(gòu)的間隙位置。：溶質(zhì)原子在固溶體中處于溶劑晶體結(jié)構(gòu)的間隙位置。 固溶強化固溶強化: : 由于各原子大小不一，化學性質(zhì)也不盡相同，無論組由于各原子大小不一，化學性質(zhì)也不盡相同，無論組成置換固溶體還是間隙固溶體，都造成固溶體的晶格扭曲。結(jié)果，成置換固溶

17、體還是間隙固溶體，都造成固溶體的晶格扭曲。結(jié)果，固溶體的強度和硬度升高固溶體的強度和硬度升高。2022-5-28252、金屬化合物金屬化合物 合金元素間相互作用而形成的新相。合金元素間相互作用而形成的新相。 特點：特點： 1）其晶格類型和性能不同于任一組元；）其晶格類型和性能不同于任一組元； 2）一般具有更復雜的晶體結(jié)構(gòu)，）一般具有更復雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點高，硬而脆熔點高，硬而脆； 3）能提高合金的強度、硬度和耐磨性，但降低合金的塑性。）能提高合金的強度、硬度和耐磨性，但降低合金的塑性。滲碳體的結(jié)構(gòu)圖滲碳體的結(jié)構(gòu)圖分子式為：分子式為：FeFe3 3C C。金屬化合物可以通過細小金屬化合物可以通過

18、細小顆粒均布在基體上，從而顆粒均布在基體上，從而強化金屬，稱為強化金屬，稱為彌散強化彌散強化2022-5-2826三、二元合金相圖三、二元合金相圖1、二元合金的結(jié)晶、二元合金的結(jié)晶純金屬純金屬結(jié)晶單相組織單相組織合金合金結(jié)晶結(jié)晶多相組織關(guān)系多相組織關(guān)系合金系合金系結(jié)晶結(jié)晶復雜的多相組織關(guān)系復雜的多相組織關(guān)系不同溫度、不同溫度、不同成分不同成分不同溫度不同溫度不同溫度不同溫度怎樣表示合金系中怎樣表示合金系中合金成分、溫度、合金成分、溫度、相組織之間的關(guān)系？相組織之間的關(guān)系？合金相圖合金相圖2022-5-2827 合金平衡合金平衡相圖：相圖：對合金系中不同成分含量的合金進行實對合金系中不同成分含量

19、的合金進行實驗，觀察其在驗，觀察其在極其緩慢極其緩慢加熱、冷卻過程中的組織變化，繪制加熱、冷卻過程中的組織變化，繪制成圖，以表示合金的成分、溫度、合金相之間的關(guān)系圖解。成圖，以表示合金的成分、溫度、合金相之間的關(guān)系圖解。 平衡平衡 是指在一定條件下合金系中參與相變過程的各相的是指在一定條件下合金系中參與相變過程的各相的成分和相對重量不再變化所達到一種狀態(tài)。此時合金系的狀成分和相對重量不再變化所達到一種狀態(tài)。此時合金系的狀態(tài)穩(wěn)定，不隨時間而改變。合金在態(tài)穩(wěn)定，不隨時間而改變。合金在極其緩慢冷卻的條件下極其緩慢冷卻的條件下的的結(jié)晶過程，一般可以認為是平衡的結(jié)晶過程。結(jié)晶過程，一般可以認為是平衡的結(jié)

20、晶過程。 2、合金平衡相圖、合金平衡相圖 在常壓下，二元合金的相狀態(tài)決定于溫度和在常壓下，二元合金的相狀態(tài)決定于溫度和成分。因此二元合金相圖可用成分。因此二元合金相圖可用溫度溫度成分成分坐標系坐標系的平面圖來表示。的平面圖來表示。2022-5-28282022-5-28292022-5-2830相圖的組成 (1)組元組元是組成相圖的獨立組成物;(2)相界線連接具有相同轉(zhuǎn)變特性的臨界溫度點的線稱為相界線 (3)相區(qū) 相圖中由相界線劃分出來的區(qū)域稱為相區(qū)，相區(qū)表明在此范圍內(nèi)存在的平衡相類型和數(shù)目 2022-5-28313、 杠桿定律杠桿定律某一成分的二元合金在某溫度處于二元相圖的某一成分的二元合金

21、在某溫度處于二元相圖的兩相區(qū)兩相區(qū)內(nèi)，內(nèi)，則則兩相之間的重量比兩相之間的重量比可以用可以用“杠桿定律杠桿定律”來求得。來求得。2022-5-2832mL /m = bc/ab100% 或或 m/m = bc/ab100% m/m2022-5-2833杠桿定律使用注意事項杠桿定律使用注意事項: :1、杠桿定律只適用于相圖中的兩相（或、杠桿定律只適用于相圖中的兩相（或兩組織）區(qū)；兩組織）區(qū)；2、杠桿定律只能在平衡條件下使用。、杠桿定律只能在平衡條件下使用。2022-5-28344、合金平衡相圖的用途、合金平衡相圖的用途合金組織合金組織決定決定合金性能合金性能相圖：表示合金成分、溫度、組織之間的關(guān)系

22、相圖：表示合金成分、溫度、組織之間的關(guān)系 依據(jù)相圖可大致預測合金的性能，是依據(jù)相圖可大致預測合金的性能，是制定鑄造、鍛造、焊接和熱處理等工藝的制定鑄造、鍛造、焊接和熱處理等工藝的重要依據(jù)。重要依據(jù)。2022-5-28352.3 2.3 鐵碳合金基本組織及其相圖鐵碳合金基本組織及其相圖鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2022-5-2836一、鐵碳合金的基本組織一、鐵碳合金的基本組織固溶體：固溶體：鐵素體鐵素體 F F、奧氏體、奧氏體 A A金屬化合物：金屬化合物：滲碳體滲碳體 FeFe3 3C C機械混合物：機械混合物：珠光體珠光體 P P、萊氏體、萊氏體LdLd20

23、22-5-28371 1、鐵素體、鐵素體(F)(F)FerriteFerrite 鐵素體是碳溶于鐵素體是碳溶于-Fe-Fe中所形成的中所形成的間隙固溶體間隙固溶體，稱為鐵素，稱為鐵素體，用符號體，用符號F(F(或或)表示。碳在表示。碳在FeFe中的位置，如圖所示。中的位置，如圖所示。鐵的溶碳能力決定于晶格中原子間的間隙大小。只有當晶格鐵的溶碳能力決定于晶格中原子間的間隙大小。只有當晶格中間隙半徑與碳原子半徑相接近時，碳原子才能溶入到晶格中間隙半徑與碳原子半徑相接近時，碳原子才能溶入到晶格間隙中去間隙中去。2022-5-2838 (1)(1)在在727有最大溶解度，有最大溶解度， w wC=0.

24、0218%； 室溫下室溫下w wC =0.0008%，幾乎為，幾乎為0。 (2)(2)強度和硬度低，韌性塑性好。力學性能如表強度和硬度低，韌性塑性好。力學性能如表2所示。所示。1 1）鐵素體的特點）鐵素體的特點 2 2）純鐵（）純鐵（0.02%0.02%）的力學性能）的力學性能( (如表如表3 3所示所示) )以上性能與晶粒大小、雜質(zhì)含量有關(guān)。63b 180280MN/m270%80%0.2100170MN/m230%50%硬度5080HBSak1.82.5MJ/m2b250MN/m285%0.2120MN/m250%硬度80HBSak2.0MJ/m2表2 鐵素體的力學性能表3 純鐵的力學性能

25、2022-5-28392 2、奧氏體（、奧氏體（A A）AusteniticAustenitic 奧氏體是碳溶于奧氏體是碳溶于FeFe中形成的中形成的間隙固溶體間隙固溶體，常用符，常用符號號A(A(或或)表示。碳在表示。碳在FeFe中的位置如圖所示。奧氏體中的位置如圖所示。奧氏體的晶格形式仍保持的晶格形式仍保持FeFe的面心立方晶格。的面心立方晶格。FeFe的溶碳的溶碳能力比能力比FeFe要大。要大。2022-5-2840奧氏體的特點：奧氏體的特點： (1)(1)在在1148時有最大溶解度時有最大溶解度w wC=2.11%，727時時w wC=0.77%。 (2)(2)其力學性能與碳含量及晶粒

26、大小有關(guān)，一般硬度其力學性能與碳含量及晶粒大小有關(guān)，一般硬度約在約在170220 HBS ，=40 % 50%。 (3)(3)形變能力好，形變抗力小。形變能力好，形變抗力小?？梢?，奧氏體具有一定的強度和硬度，塑性也很高，可見，奧氏體具有一定的強度和硬度，塑性也很高，在生產(chǎn)中，鋼材大多數(shù)要加熱至高溫奧氏體狀態(tài)進在生產(chǎn)中，鋼材大多數(shù)要加熱至高溫奧氏體狀態(tài)進行行壓力加工壓力加工2022-5-28413 3、滲碳體、滲碳體(Fe(Fe3 3C)C)CementiteCementite 鐵與碳所形成的鐵與碳所形成的金屬金屬化合物化合物稱為滲碳體。滲碳稱為滲碳體。滲碳體的晶格形式與碳和鐵都體的晶格形式與碳

27、和鐵都不一樣，是復雜的晶格類不一樣，是復雜的晶格類型，如圖所示。型，如圖所示。 滲碳體中碳的質(zhì)量分數(shù)滲碳體中碳的質(zhì)量分數(shù)是是6 66969，其分子式為，其分子式為FeFe3 3C C。滲碳體的結(jié)構(gòu)較復。滲碳體的結(jié)構(gòu)較復雜，硬度很高雜，硬度很高( (800HBW800HBW) )，但脆性大塑性幾乎為零，但脆性大塑性幾乎為零，不能單獨使用。不能單獨使用。2022-5-28424 4、珠光體、珠光體(P)(P)PearlitePearlite 珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。機械混合物。常用常用符號符號P P表示。在珠光體中，鐵素體和滲碳體仍保持各自原表示。在

28、珠光體中，鐵素體和滲碳體仍保持各自原有晶格形式。珠光體碳的含量平均為有晶格形式。珠光體碳的含量平均為0.770.77。 珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，有一定的強珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，有一定的強度和塑性，硬度適中，是一種度和塑性，硬度適中，是一種綜合力學性能綜合力學性能較好的組織。較好的組織。2022-5-28435 5、萊氏體、萊氏體(Ld)(Ld) 萊氏體是鐵碳合金中的萊氏體是鐵碳合金中的共晶混合物共晶混合物，其碳的質(zhì)量分，其碳的質(zhì)量分數(shù)為數(shù)為4.34.3。將。將727727以上的萊氏體稱為高溫萊氏體以上的萊氏體稱為高溫萊氏體( (LdLd) )，在在727 727 以下

29、的萊氏體稱為低溫萊氏體以下的萊氏體稱為低溫萊氏體( (LdLd) )。 萊氏體的性能萊氏體的性能和滲碳體相似和滲碳體相似，硬度很高，硬度很高( (相當于相當于700HBS)700HBS)、塑性很差。萊氏體的顯微組織可以看成是在、塑性很差。萊氏體的顯微組織可以看成是在滲碳體的基體上分布著顆粒狀的奧氏體滲碳體的基體上分布著顆粒狀的奧氏體( (或珠光體或珠光體) )2022-5-2844上述五種組織中，鐵素體、奧氏體和滲碳上述五種組織中，鐵素體、奧氏體和滲碳體是鐵碳合金的體是鐵碳合金的基本相基本相。珠光體、萊氏體則是。珠光體、萊氏體則是其其基本組織基本組織。2022-5-2845二、鐵碳合金相圖二、

30、鐵碳合金相圖鋼鋼 C % 2.11%鑄鐵鑄鐵 2.11 % C % 6.69 %2022-5-28461 1、鐵碳合金相圖、鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖表鐵碳合金相圖表示鐵碳合金在極示鐵碳合金在極緩慢冷卻緩慢冷卻( (或加或加熱熱) )條件下，不條件下，不同成分的合金，同成分的合金，在不同的溫度下在不同的溫度下所具有的組織狀所具有的組織狀態(tài)的一種圖形。態(tài)的一種圖形。2022-5-2847鐵鐵碳碳相相圖圖中中的的點點線線面面共析鋼共晶鑄鐵A1AcmA30.02180.0218液相線液相線固相線固相線2022-5-2848F+P P P+Fe3CIIP+Fe3CII+LdFe3CI+LdLd力學力學性

31、能性能變化變化規(guī)律規(guī)律2022-5-2849Wc=0.20%Wc=0.40%亞共析鋼的室溫組織亞共析鋼的室溫組織2022-5-28502022-5-28512022-5-28522022-5-2853習題2-10 “A”中碳質(zhì)量分數(shù)求解示意2022-5-28542022-5-28552022-5-2856動畫動畫亞共析鋼結(jié)晶過程亞共析鋼結(jié)晶過程2022-5-2857 鐵碳合金相圖上的各種合金，按其碳的質(zhì)量鐵碳合金相圖上的各種合金，按其碳的質(zhì)量分數(shù)和室溫平衡組織的不同，一般分分數(shù)和室溫平衡組織的不同，一般分工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵、鋼鋼、白口鑄鐵白口鑄鐵( (生鐵生鐵) )三類三類2 2、鐵碳合金的分類

32、、鐵碳合金的分類2022-5-28583 3、鐵碳合金室溫組織性能隨成分的變化規(guī)律、鐵碳合金室溫組織性能隨成分的變化規(guī)律隨著合金中碳的質(zhì)量分數(shù)的增加，在合金的室溫組隨著合金中碳的質(zhì)量分數(shù)的增加，在合金的室溫組織中不僅滲碳體的數(shù)量增加，其形態(tài)、分布也有變化，織中不僅滲碳體的數(shù)量增加，其形態(tài)、分布也有變化，因此合金的力學性能也相應變化（見下圖）。因此合金的力學性能也相應變化（見下圖）。鐵碳合金室溫組織性能變化規(guī)律鐵碳合金室溫組織性能變化規(guī)律2022-5-2859 鐵碳合金相圖從客觀上反映了鐵碳合金相圖從客觀上反映了鋼鐵材料的組織隨成分和溫度變化的鋼鐵材料的組織隨成分和溫度變化的規(guī)律，因此在工程上為

33、規(guī)律，因此在工程上為選材、用材選材、用材及及制定鑄、鍛、焊、熱處理等制定鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工工熱加工工藝藝提供了重要的理論依據(jù)。提供了重要的理論依據(jù)。 4 4、鐵碳合金相圖的應用、鐵碳合金相圖的應用2022-5-2860 低碳鋼低碳鋼: :其塑性、韌性很好，適合其塑性、韌性很好，適合于生產(chǎn)要求成形性能很好的各種型材、于生產(chǎn)要求成形性能很好的各種型材、板材、帶材、管材等板材、帶材、管材等 中碳鋼中碳鋼: :強度和韌性部比較好，可強度和韌性部比較好，可以用來制造工作中承受沖擊載荷和要以用來制造工作中承受沖擊載荷和要求較高強度的各種機械零件。求較高強度的各種機械零件。 接近共析成分接近共析成分

34、的鋼，其強度和彈的鋼，其強度和彈性極限最高，可用作彈簧和一般的加性極限最高，可用作彈簧和一般的加工工具。工工具。 過共析成分過共析成分的鋼其硬度較高，可的鋼其硬度較高，可用來制造要求強度高、硬而耐磨的各用來制造要求強度高、硬而耐磨的各種切削刀具、模具及量具等。種切削刀具、模具及量具等。 白口鑄鐵白口鑄鐵: :硬度極高，脆性很大，硬度極高，脆性很大，不能進行壓力加工，其鑄造性能較碳不能進行壓力加工，其鑄造性能較碳鋼好，適用于制造形狀復雜、不受沖鋼好，適用于制造形狀復雜、不受沖擊而要求耐磨的鑄件。如：冷軋輥、擊而要求耐磨的鑄件。如：冷軋輥、拉絲橫、貨車輪、球磨機磨球及粉碎拉絲橫、貨車輪、球磨機磨球及粉碎機刀片等。機刀片等。（1）鐵碳合金狀態(tài)圖在選材上的應用）鐵碳合金狀態(tài)圖在選材上的應用2022-5-2861 當鑄件或鍛件內(nèi)出當鑄件或鍛件內(nèi)出現(xiàn)某些不良的組織狀態(tài)現(xiàn)某些不良的組織狀態(tài)( (如晶粒粗大、晶粗不如晶粒粗大、晶粗不均、成分不勻等均、成分不勻等) )以及以及零件與工具需要改善性零件與工具需要改善性能時，可根據(jù)鐵碳合金能時，可根據(jù)鐵碳合金狀態(tài)圖，制訂狀態(tài)圖，制訂熱處理熱處理工工藝，消除組織缺陷，獲藝，消除組織缺陷，獲得所需的性能。得所需的性能。 鐵碳合金狀態(tài)圖還鐵碳合金狀態(tài)圖還在在鑄造鑄造生產(chǎn)、生產(chǎn)、鍛壓鍛壓生產(chǎn)、生產(chǎn)、焊接焊接生產(chǎn)等方面具有較生產(chǎn)等方面