KJ11263_機(jī)械工程材料2版

1、機(jī)械工程材料主編 趙程 楊建民多媒體制作 趙海霞 緒緒 論論第一章第一章 工程材料的力學(xué)性能工程材料的力學(xué)性能第二章第二章 工程材料的基礎(chǔ)知識(shí)工程材料的基礎(chǔ)知識(shí)第三章第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶第四章第四章 鋼的熱處理鋼的熱處理第五章第五章 金屬材料金屬材料第六章第六章 非金屬材料和復(fù)合材料非金屬材料和復(fù)合材料第七章第七章 常用機(jī)械工程材料的選用常用機(jī)械工程材料的選用緒 論1.1 1.1 材料與人類(lèi)文明材料與人類(lèi)文明1.2 1.2 工程材料的分類(lèi)工程材料的分類(lèi)1.3 1.3 課程性質(zhì)與任務(wù)課程性質(zhì)與任務(wù)1.1 1.1 材料與人類(lèi)文明材料與人類(lèi)文明 材料是人類(lèi)作來(lái)制作各種

2、產(chǎn)品的物質(zhì)，是先于人類(lèi)存在的，為材料是人類(lèi)作來(lái)制作各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是先于人類(lèi)存在的，為 人類(lèi)生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類(lèi)生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。一、材料一、材料二、二、人類(lèi)發(fā)展與材料人類(lèi)發(fā)展與材料人們按照在使用中占主導(dǎo)地位的材料劃分歷史：人們按照在使用中占主導(dǎo)地位的材料劃分歷史：石器時(shí)代石器時(shí)代陶器陶器青銅器青銅器鐵器鐵器鋼鐵（資本主義大工業(yè)時(shí)期）鋼鐵（資本主義大工業(yè)時(shí)期）合成材料（合成材料（2020世紀(jì)）世紀(jì)）復(fù)合材料（復(fù)合材料（2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代）年代）三、三、材料科學(xué)技術(shù)材料科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代文明的支柱之一現(xiàn)代文明的支柱之一 人與動(dòng)物的區(qū)別：人與動(dòng)物的區(qū)別： 1 1、制造工具（本質(zhì)）、制

3、造工具（本質(zhì)） 2 2、能源的利用、能源的利用 3 3、信息的傳播和保存、信息的傳播和保存支撐人類(lèi)文明大廈的四大支柱技術(shù)：支撐人類(lèi)文明大廈的四大支柱技術(shù)：材料科學(xué)與技術(shù)材料科學(xué)與技術(shù)生物科學(xué)與技術(shù)生物科學(xué)與技術(shù)能源科學(xué)與技術(shù)能源科學(xué)與技術(shù)信息科學(xué)與技術(shù)信息科學(xué)與技術(shù)1.2 1.2 工程材料的分類(lèi)工程材料的分類(lèi)一、按來(lái)源分為天然材料和人工材料一、按來(lái)源分為天然材料和人工材料二、接用途分為功能材料和結(jié)構(gòu)材料二、接用途分為功能材料和結(jié)構(gòu)材料 三、按化學(xué)性質(zhì)分為三、按化學(xué)性質(zhì)分為： 金屬材料金屬材料 陶瓷材料（離子鍵和共價(jià)鍵，離子鍵為主）陶瓷材料（離子鍵和共價(jià)鍵，離子鍵為主）高分子材料（共價(jià)鍵、分子鍵

4、和氫鍵，共價(jià)鍵高分子材料（共價(jià)鍵、分子鍵和氫鍵，共價(jià)鍵為主）為主）。四、工程材料的常見(jiàn)分類(lèi)四、工程材料的常見(jiàn)分類(lèi) 1 1 無(wú)機(jī)材料無(wú)機(jī)材料（金屬、（金屬、 金屬間化合物、無(wú)機(jī)非金屬材金屬間化合物、無(wú)機(jī)非金屬材料（料（ 玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷）玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷） 2 2 有機(jī)材料有機(jī)材料（有機(jī)天然材料、有機(jī)合成高分子材料）（有機(jī)天然材料、有機(jī)合成高分子材料） 3 3 復(fù)合材料復(fù)合材料 （金屬基、陶瓷基、樹(shù)脂基、金屬間化（金屬基、陶瓷基、樹(shù)脂基、金屬間化合物基）合物基） 1.3 1.3 課程性質(zhì)與任務(wù)課程性質(zhì)與任務(wù)1 1、性質(zhì)、性質(zhì) 在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免地要對(duì)工程材料的選在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中不可

5、避免地要對(duì)工程材料的選擇、應(yīng)用與加工等問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的分析并予以擇、應(yīng)用與加工等問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的分析并予以全面正確的解決。全面正確的解決?！皺C(jī)械工程材料機(jī)械工程材料”課程正是為實(shí)現(xiàn)課程正是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而設(shè)置的。這一目標(biāo)而設(shè)置的。 2 2、任務(wù)、任務(wù) 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生在獲得工程材料一般知通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生在獲得工程材料一般知識(shí)的基礎(chǔ)上，識(shí)的基礎(chǔ)上，了解常用材料成分、組織、性能和加了解常用材料成分、組織、性能和加工工藝之間的關(guān)系及其用途，從而使其初步具備合工工藝之間的關(guān)系及其用途，從而使其初步具備合理選擇材料和使用材料、正確選擇加工方法及安排理選擇材料和使用材料、正確選擇加工方法及

6、安排制定加工工藝路線的能力，制定加工工藝路線的能力，也為后繼有關(guān)課程的學(xué)也為后繼有關(guān)課程的學(xué)習(xí)奠定必要的材料學(xué)基礎(chǔ)。習(xí)奠定必要的材料學(xué)基礎(chǔ)。第一章第一章 工程材料的力學(xué)性能工程材料的力學(xué)性能 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 1.1 1.1 材料的強(qiáng)度與塑性材料的強(qiáng)度與塑性1.2 1.2 材料的硬度材料的硬度1.3 1.3 材料的沖擊韌性材料的沖擊韌性1.4 1.4 材料的疲勞強(qiáng)度材料的疲勞強(qiáng)度1.5 1.5 材料的斷裂韌度材料的斷裂韌度 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握 各種力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度各種力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度, , 塑性；沖擊韌性；硬度塑性；沖擊韌性；硬度HBHB，HRCHRC，HVHV；疲勞強(qiáng)度，斷裂韌性。）的物理

7、意；疲勞強(qiáng)度，斷裂韌性。）的物理意義和單位。義和單位。1.1材料的強(qiáng)度與塑性材料的強(qiáng)度與塑性1.拉伸試驗(yàn)及拉伸曲線2.拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 1.1.拉伸試樣拉伸試樣：長(zhǎng)試樣：長(zhǎng)試樣：L L0 0= =1010d d0 0短試樣：短試樣：L L0 0= =5 5d d0 0LF0 0低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線脆性材料拉伸曲線脆性材料拉伸曲線2.2.拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線：拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線：縱坐標(biāo)為應(yīng)力縱坐標(biāo)為應(yīng)力 單位單位 MPa(MN/mm )MPa(MN/mm )， 橫坐標(biāo)為應(yīng)變

8、橫坐標(biāo)為應(yīng)變 其中：其中：=F/S=F/S 表示材料抵抗變形和斷裂的能力表示材料抵抗變形和斷裂的能力（L L1 1-L-L0 0）/L/L0 03.3.曲線分為四階段：曲線分為四階段： 1 1）階段）階段I I（opeope）彈性變形階段彈性變形階段 p: Fpp: Fp ，e: Fe e: Fe （不產(chǎn)生永久變形的最大抗力）（不產(chǎn)生永久變形的最大抗力） opop段：段：L PL P 直線階段直線階段 pepe段：極微量塑性變形（段：極微量塑性變形（0.001-0.005%)0.001-0.005%) 2 2）階段）階段IIII（essess）段）段屈服變形屈服變形 S: S: 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)

9、FsFs 3 3）階段）階段IIIIII（sbsb）段）段均勻塑性變形階段均勻塑性變形階段 b:b: Fb Fb材料所能承受的最大載荷材料所能承受的最大載荷 4 4）階段）階段IV(bK) IV(bK) 段段局部集中塑性變形頸縮局部集中塑性變形頸縮 鑄鐵、陶瓷：只有第鑄鐵、陶瓷：只有第I I階段階段 中、高碳鋼：沒(méi)有第中、高碳鋼：沒(méi)有第IIII階段階段二、拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義二、拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義1 1剛度和彈性剛度和彈性 剛度剛度材料在受力時(shí)，抵抗彈性變形的能力材料在受力時(shí)，抵抗彈性變形的能力。 E=/ E=/ 楊氏彈性模量楊氏彈性模量 GPa, MPaGPa,

10、 MPa 本質(zhì)是：反映了材料內(nèi)部原子結(jié)應(yīng)力的大小，組本質(zhì)是：反映了材料內(nèi)部原子結(jié)應(yīng)力的大小，組織不敏感的力系指標(biāo)?？棽幻舾械牧ο抵笜?biāo)。 彈性彈性：材料不產(chǎn)生塑性變形的情況下，所能承受材料不產(chǎn)生塑性變形的情況下，所能承受的最大應(yīng)力。的最大應(yīng)力。 比例極限比例極限：p=Fp/Aop=Fp/Ao 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變保持線性應(yīng)變保持線性關(guān)系的極限應(yīng)力值關(guān)系的極限應(yīng)力值 彈性極限彈性極限：e=Fe/Ao e=Fe/Ao 不產(chǎn)永久變形不產(chǎn)永久變形的最大抗力。的最大抗力。2.2.強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。變形和破壞的能力。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s s：材料發(fā)生微量塑性變形

11、：材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。即時(shí)的應(yīng)力值。即在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，載在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力。荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力。 條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.20.2：高碳鋼等無(wú)屈服點(diǎn)，高碳鋼等無(wú)屈服點(diǎn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以殘余變形量為殘余變形量為0.2%0.2%時(shí)的時(shí)的應(yīng)力值作為它的條件屈服強(qiáng)度，以應(yīng)力值作為它的條件屈服強(qiáng)度，以0.20.2來(lái)表示來(lái)表示 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b b：材料斷裂前所承受的最：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。大應(yīng)力值。（材料抵抗外力而不致斷裂（材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值）。的極限應(yīng)力值）。 s0.2 延伸率延伸率 延伸

12、率與試樣尺寸有關(guān)；延伸率與試樣尺寸有關(guān)；5 5、1010 (L (L0 0=5d,10d)=5d,10d) 斷面收縮率斷面收縮率 = =A/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100%A/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100% 時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征；時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征； KIC時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，發(fā)生脆斷。時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，發(fā)生脆斷。KIKIC時(shí)，裂紋處于臨界狀態(tài)時(shí)，裂紋處于臨界狀態(tài)KIKIC時(shí)，裂紋擴(kuò)展很慢或不擴(kuò)展，不發(fā)生脆斷。時(shí)，裂紋擴(kuò)展很慢或不擴(kuò)展，不發(fā)生脆斷。KIC可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，它是評(píng)價(jià)阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的力學(xué)性能可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，它是評(píng)價(jià)阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的力學(xué)性能指標(biāo)

13、。是材料的一種固有特性，與裂紋本身的大小、形狀、外加應(yīng)指標(biāo)。是材料的一種固有特性，與裂紋本身的大小、形狀、外加應(yīng)力等無(wú)關(guān)，而與材料本身的成分、熱處理及加工工藝有關(guān)。力等無(wú)關(guān)，而與材料本身的成分、熱處理及加工工藝有關(guān)。4 4應(yīng)用應(yīng)用斷裂韌性是強(qiáng)度和韌性的綜合體現(xiàn)。斷裂韌性是強(qiáng)度和韌性的綜合體現(xiàn)。（1 1）探測(cè)出裂紋形狀和尺寸，根據(jù)）探測(cè)出裂紋形狀和尺寸，根據(jù)K KICIC ，制定零件工作，制定零件工作是否安全是否安全K KK KICIC，失穩(wěn)擴(kuò)展。，失穩(wěn)擴(kuò)展。（2 2）已知內(nèi)部裂紋）已知內(nèi)部裂紋2a2a，計(jì)算承受的最大應(yīng)力。，計(jì)算承受的最大應(yīng)力。（3 3）已知載荷大小，計(jì)算不產(chǎn)生脆斷所允許的內(nèi)部

14、宏觀）已知載荷大小，計(jì)算不產(chǎn)生脆斷所允許的內(nèi)部宏觀裂紋的臨界尺寸。裂紋的臨界尺寸。5.Titanic沉沒(méi)原因沉沒(méi)原因I第二章 工程材料的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)材料的認(rèn)識(shí)：宏觀；微觀。對(duì)材料的認(rèn)識(shí)：宏觀；微觀。材料結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)-微觀認(rèn)識(shí)。如：晶體結(jié)構(gòu)微觀認(rèn)識(shí)。如：晶體結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握 1. 1. 有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)的基本概念：金屬鍵，晶面，晶向，有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)的基本概念：金屬鍵，晶面，晶向，晶體，晶格，晶粒，單晶體，晶體，晶格，晶粒，單晶體，三種常見(jiàn)的金屬晶格三種常見(jiàn)的金屬晶格。實(shí)際晶體的缺陷實(shí)際晶體的缺陷；2. 2. 合金相結(jié)構(gòu)的基本類(lèi)型：合金相結(jié)構(gòu)的基本類(lèi)型：固溶體、化合物及混合物，固溶體、化合物及混合物

15、，以及這些合金相結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能特點(diǎn)。以及這些合金相結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能特點(diǎn)。3.3.金屬的金屬的結(jié)晶、結(jié)晶過(guò)程、晶核的形成，長(zhǎng)大規(guī)律及結(jié)晶、結(jié)晶過(guò)程、晶核的形成，長(zhǎng)大規(guī)律及其影響因素；其影響因素；4.4.二元合金相圖的基本概念：二元合金相圖的基本概念：相、組織、組元、相圖、相、組織、組元、相圖、合金、合金系等；合金、合金系等； 5.5.二元合金相圖的分析方法，二元合金相圖的分析方法，熟悉幾種最基本的二元熟悉幾種最基本的二元合金相圖；合金相圖；6.6.杠桿定律及其應(yīng)用。杠桿定律及其應(yīng)用。7.7.純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；8.8.鐵碳合金的基本組織；鐵碳合金的基本組織；鐵素體、奧

16、氏體、滲碳體、珠鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體光體、萊氏體的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)及顯微組織形貌；的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)及顯微組織形貌；9 9. .鐵碳合金相圖中各點(diǎn)、線、區(qū)的含義，了解成份、溫鐵碳合金相圖中各點(diǎn)、線、區(qū)的含義，了解成份、溫度、組織、相之間的關(guān)系和變化規(guī)律，根據(jù)相圖，分析度、組織、相之間的關(guān)系和變化規(guī)律，根據(jù)相圖，分析各種典型成份的鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程；各種典型成份的鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程；10.10.鐵碳合金的成份、組織與性能之間的關(guān)系；鐵碳相鐵碳合金的成份、組織與性能之間的關(guān)系；鐵碳相圖的應(yīng)用。圖的應(yīng)用。 一般要求一般要求 1.1.晶格的致密度，晶體的各向異性；晶格的致密度，晶體的各向

17、異性；2.2.金屬中的擴(kuò)散。金屬中的擴(kuò)散。 3.3.復(fù)習(xí)并進(jìn)一步熟悉強(qiáng)度，塑性等機(jī)械性能指標(biāo)復(fù)習(xí)并進(jìn)一步熟悉強(qiáng)度，塑性等機(jī)械性能指標(biāo) 4.4.形成穩(wěn)定化合物的相圖；形成穩(wěn)定化合物的相圖；5.5.合金相圖與性能的關(guān)系；合金相圖與性能的關(guān)系；6.6.各類(lèi)特殊性能鑄鐵的成分，組織，性能特點(diǎn)和應(yīng)用；各類(lèi)特殊性能鑄鐵的成分，組織，性能特點(diǎn)和應(yīng)用；7.7.白口鐵的組織與性能白口鐵的組織與性能教學(xué)內(nèi)容2.1 2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)和組織金屬的晶體結(jié)構(gòu)和組織 2.2 2.2 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)2.3 2.3 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶2.4 2.4 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金

18、相圖2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)和組織金屬的晶體結(jié)構(gòu)和組織1.晶體與非晶體晶體與非晶體3.實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)4.晶體中的擴(kuò)散晶體中的擴(kuò)散2.金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體一、晶體與非晶體1.晶體晶體：指原子呈規(guī)則、指原子呈規(guī)則、周期性周期性排列的固體。排列的固體。常態(tài)下金屬主要以常態(tài)下金屬主要以晶體形式存在。晶體具有各向異性。晶體形式存在。晶體具有各向異性。非晶體非晶體：原子原子呈呈無(wú)規(guī)則堆積，和液體相似，亦稱(chēng)為無(wú)規(guī)則堆積，和液體相似，亦稱(chēng)為“過(guò)冷液體過(guò)冷液體”或或“無(wú)定形體無(wú)定形體”。 在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。2. 2.

19、 區(qū)別區(qū)別(a)(a)是否具有周期性、對(duì)稱(chēng)性是否具有周期性、對(duì)稱(chēng)性(b)(b)是否長(zhǎng)程有序是否長(zhǎng)程有序(c)(c)是否有確定的熔點(diǎn)是否有確定的熔點(diǎn)(d)(d)是否各向異性是否各向異性金屬的結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)構(gòu)晶態(tài)晶態(tài)非晶態(tài)非晶態(tài)Si2O的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)二、二、金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.1.金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)描述了晶體中原子（離子、分子）的排列方晶體結(jié)構(gòu)描述了晶體中原子（離子、分子）的排列方式。式。1 1）理想晶體理想晶體實(shí)際晶體的理想化實(shí)際晶體的理想化三維空間無(wú)限延續(xù)，無(wú)邊界三維空間無(wú)限延續(xù)，無(wú)邊界嚴(yán)格按周期性規(guī)劃排列，是完整的、無(wú)缺陷。嚴(yán)格按周期性規(guī)劃排列，是完整的、無(wú)缺陷。原

20、子在其平衡位置靜止不動(dòng)原子在其平衡位置靜止不動(dòng)2 2）理想晶體的晶體學(xué)抽象）理想晶體的晶體學(xué)抽象空間規(guī)則排列的原子空間規(guī)則排列的原子剛球模型剛球模型晶格（剛球抽象為晶格（剛球抽象為晶格結(jié)點(diǎn)，構(gòu)成空間格架）晶格結(jié)點(diǎn)，構(gòu)成空間格架）晶胞（具有周期性最小晶胞（具有周期性最小組成單元）組成單元） 晶格：晶格：用假想的直線將原子中心連接起來(lái)所形成的三維空用假想的直線將原子中心連接起來(lái)所形成的三維空間格架間格架。直線的交點(diǎn)（即原子中心）稱(chēng)。直線的交點(diǎn)（即原子中心）稱(chēng)結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)。由結(jié)點(diǎn)形成由結(jié)點(diǎn)形成的空間的陣列稱(chēng)的空間的陣列稱(chēng)空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣。晶胞：晶胞：能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元能代表晶格原子排列

21、規(guī)律的最小幾何單元. .3）晶胞的描述 晶體學(xué)參數(shù)：a,b,c,晶格常數(shù)：a,b,c4)晶系：晶系：根據(jù)晶胞參數(shù)不同，根據(jù)晶胞參數(shù)不同， 將晶體分為七種晶系。將晶體分為七種晶系。90%以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。立方晶系：立方晶系：a=b=c， = = =90 六方晶系：六方晶系：a1=a2=a3 c, = =90 , =120 立方立方六方六方四方四方菱方菱方正交正交單斜單斜三斜三斜5）原子半徑：）原子半徑：晶胞中原子密度最大方向上相鄰原晶胞中原子密度最大方向上相鄰原 子間距的一半。子間距的一半。6)晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。一

22、個(gè)晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。7)配位數(shù)配位數(shù)：晶格中與任一原子距離最近且相等的晶格中與任一原子距離最近且相等的 原子數(shù)目。原子數(shù)目。8)致密度致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。2.三種典型的金屬晶體晶胞三種典型的金屬晶體晶胞1）體心立方晶胞）體心立方晶胞BCCBodyCenteredCube晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a(a=b=c)ar43 原子半徑：原子半徑：原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：2配位數(shù)：配位數(shù)： 8致密度：致密度：0.68常見(jiàn)金屬：常見(jiàn)金屬： -Fe、Cr、 W、Mo、V、Nb等等b）面心立方晶胞FCC Face-Centere Cube 晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：

23、aa42r ：原原子子半半徑徑原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：4配位數(shù)：配位數(shù)： 12致密度：致密度：0.74常見(jiàn)金屬：常見(jiàn)金屬： -Fe、Ni、Al、 Cu、Pb等等c)密排六方晶胞密排六方晶胞HCPHexagonalClose-Packed晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：底面邊長(zhǎng)底面邊長(zhǎng) a 和高和高 c， c/a=1.633a21r ：原子半徑原子半徑原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：6配位數(shù)：配位數(shù)： 12致密度：致密度：0.74常見(jiàn)金屬：常見(jiàn)金屬： Mg、Zn、 Be、Cd等等（d）BCC、FCC、HCP晶胞的重要參數(shù) 晶胞 晶體學(xué)參數(shù) 原子半徑 晶 胞 原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 FCC a=b=c,= =90o 2 8

24、68% BCC a = b = c , =900 4 12 74% HCP a=b c,c/a=1.633, =90o, =120o a/2 6 12 74% 3、立方晶系晶面、晶向表示方法、立方晶系晶面、晶向表示方法晶體中各方位上的原子面稱(chēng)晶體中各方位上的原子面稱(chēng)晶面晶面各方向上的原子列稱(chēng)各方向上的原子列稱(chēng)晶向晶向1）晶面指數(shù)晶面指數(shù)表示晶面的符號(hào)稱(chēng)晶面指數(shù)。表示晶面的符號(hào)稱(chēng)晶面指數(shù)。其確定步驟為：其確定步驟為：確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，求出所求晶面在三個(gè)確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，求出所求晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。坐標(biāo)軸上的截距。取三個(gè)截距值的倒數(shù)并按比例化為最小整數(shù)，取三個(gè)截距值的倒數(shù)并按比例化為

25、最小整數(shù)，加圓括弧，形式為加圓括弧，形式為（hkl）。XYZ例一、例一、求截距為求截距為1, , 晶面的指數(shù)。晶面的指數(shù)。截距值取倒數(shù)為截距值取倒數(shù)為1,0,0，加圓括弧得（，加圓括弧得（100）例二、例二、求截距為求截距為1，2，3晶面的指數(shù)。晶面的指數(shù)。取倒數(shù)為取倒數(shù)為1，1/2，1/3，化為最小整數(shù)加圓括弧得，化為最小整數(shù)加圓括弧得(632)例三、例三、畫(huà)出（畫(huà)出（221）晶面。）晶面。取三指數(shù)的倒數(shù)取三指數(shù)的倒數(shù)1/2，1/2，1，化成最小整數(shù)為化成最小整數(shù)為1,1,2，即為，即為X，Y，Z三坐標(biāo)軸上的截距。三坐標(biāo)軸上的截距。2）晶向指數(shù)晶向指數(shù)表示晶面的符號(hào)稱(chēng)晶面指數(shù)。表示晶面的符號(hào)

26、稱(chēng)晶面指數(shù)。其確定步驟為：其確定步驟為：確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，過(guò)原點(diǎn)作所求晶向的確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，過(guò)原點(diǎn)作所求晶向的平行線。平行線。求直線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值求直線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值并按比例化為最小整數(shù)，加并按比例化為最小整數(shù)，加方括弧。形式為方括弧。形式為uvw。例一、例一、已知某過(guò)原點(diǎn)晶向上一點(diǎn)的坐標(biāo)為已知某過(guò)原點(diǎn)晶向上一點(diǎn)的坐標(biāo)為1，1.5，2，求該直線的晶向指數(shù)。，求該直線的晶向指數(shù)。將三坐標(biāo)值化為最小整數(shù)加方括弧得將三坐標(biāo)值化為最小整數(shù)加方括弧得234。例二、例二、已知晶向指數(shù)為已知晶向指數(shù)為110，畫(huà)出該晶向。，畫(huà)出該晶向。找出找出1，1，0坐標(biāo)點(diǎn)，連接原點(diǎn)與該點(diǎn)的直坐標(biāo)點(diǎn)，連接原點(diǎn)

27、與該點(diǎn)的直線即所求晶向。線即所求晶向。l(hkl)與與uvw分別表示的是一組平行的晶向和晶面。分別表示的是一組平行的晶向和晶面。那些指數(shù)雖然不同，那些指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同但原子排列完全相同的晶向和晶面稱(chēng)作的晶向和晶面稱(chēng)作晶晶向族向族或或晶面族晶面族。分別。分別用用hkl和和表示。表示。立方晶系常見(jiàn)的晶面為：立方晶系常見(jiàn)的晶面為：110（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY立方晶系常見(jiàn)的晶向?yàn)椋毫⒎骄党Ｒ?jiàn)的晶向?yàn)椋?11111111111XZY說(shuō)明：說(shuō)明：在立方晶系中，在立方晶系中，指指數(shù)相同的晶面與晶向數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直相互垂直。遇到負(fù)指數(shù)，遇

28、到負(fù)指數(shù)，“-”號(hào)號(hào)放在該指數(shù)的上方。放在該指數(shù)的上方。 晶向具有方向性，如晶向具有方向性，如110與與110方向相反。方向相反。XZY(221)2211101104）密排面和密排方向密排面和密排方向單位面積晶面上的原子數(shù)稱(chēng)單位面積晶面上的原子數(shù)稱(chēng)晶面原子密度晶面原子密度。單位長(zhǎng)度晶向上的原子數(shù)稱(chēng)單位長(zhǎng)度晶向上的原子數(shù)稱(chēng)晶向原子密度晶向原子密度。原子密度最大的晶面或晶向稱(chēng)原子密度最大的晶面或晶向稱(chēng)密排面密排面或或密排方向密排方向。三種常見(jiàn)晶格的密排面和密排方向?yàn)椋喝N常見(jiàn)晶格的密排面和密排方向?yàn)椋好芘琶婷芘琶鏀?shù)量數(shù)量密排方向密排方向數(shù)量數(shù)量體心立方晶格體心立方晶格11064面心立方晶格面心立方

29、晶格11146密排六方晶格密排六方晶格六方底面六方底面1底面對(duì)角線底面對(duì)角線3體心立方體心立方(110)面面面心立方面心立方(111)面面密排六方底面密排六方底面三實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)三實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)理想晶體理想晶體+ +晶體缺陷晶體缺陷實(shí)際晶體實(shí)際晶體 實(shí)際晶體實(shí)際晶體單晶體和多晶體單晶體和多晶體 單晶體單晶體：內(nèi)部晶格位向完全一致，各向同性。：內(nèi)部晶格位向完全一致，各向同性。 多晶體多晶體：由許多位向各不相同的單晶體塊組成，各向：由許多位向各不相同的單晶體塊組成，各向 異性異性 1 1晶體缺陷晶體缺陷：實(shí)際晶體中存實(shí)際晶體中存在著偏離（破壞）晶格周期性在著偏離（破壞）晶格周期性和規(guī)則性的

30、部分和規(guī)則性的部分 a. a. 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷晶格結(jié)點(diǎn)處晶格結(jié)點(diǎn)處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體的變化的變化 空位空位晶格結(jié)點(diǎn)處無(wú)原子晶格結(jié)點(diǎn)處無(wú)原子置換原子置換原子晶格結(jié)點(diǎn)處為其它原子占據(jù)晶格結(jié)點(diǎn)處為其它原子占據(jù)間隙原子間隙原子原子占據(jù)晶格間隙原子占據(jù)晶格間隙空位空位間隙原子間隙原子大置換原子大置換原子小置換原子小置換原子點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱(chēng)稱(chēng)晶格畸變晶格畸變。從而強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性。從而強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降。下降。 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)b.線缺陷線缺陷(位錯(cuò)位錯(cuò))二維尺

31、度很小，另一維尺度很大的原子錯(cuò)排 位錯(cuò)位錯(cuò)：晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體發(fā)生局部：晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體發(fā)生局部滑移，滑移面上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱(chēng)作滑移，滑移面上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱(chēng)作位錯(cuò)位錯(cuò)。有有刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)和和螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)兩種類(lèi)型。兩種類(lèi)型。刃型位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)：當(dāng)一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出當(dāng)一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出半個(gè)原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多半個(gè)原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多余原子面的邊緣就是余原子面的邊緣就是刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)。半原子面在滑移面以上的稱(chēng)半原子面在滑移面以上的稱(chēng)正位錯(cuò)正位錯(cuò)，用，用“”表示。表示。半

32、原子面在滑移面以下的稱(chēng)半原子面在滑移面以下的稱(chēng)負(fù)位錯(cuò)負(fù)位錯(cuò)，用，用“”表示。表示。位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。 = S/V(cm/cm3或或1/cm2)金屬中的位錯(cuò)密度為金屬中的位錯(cuò)密度為1041012/cm2 。位錯(cuò)對(duì)性能的影響位錯(cuò)對(duì)性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)金屬的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬的主要途徑。動(dòng)引起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬的主要途徑。從從 - 關(guān)系可以看出，減少或增加位錯(cuò)密度都可以關(guān)系可以看出，減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬的強(qiáng)度。提高金屬的強(qiáng)度。電子顯微鏡下的位錯(cuò)透射電鏡下鈦合金

33、中的位錯(cuò)線透射電鏡下鈦合金中的位錯(cuò)線(黑線黑線)c. c. 面缺陷面缺陷一維尺度很小，而二維尺度較大的原子一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯(cuò)排區(qū)域。分為錯(cuò)排區(qū)域。分為晶界、亞晶界、表面等晶界、亞晶界、表面等 晶界晶界是不同位向晶粒的過(guò)度部位，寬度為是不同位向晶粒的過(guò)度部位，寬度為510510個(gè)原子間個(gè)原子間 距，距，位向差一般為位向差一般為20402040。位向差很小（。位向差很小（10 2 10 2 ) )的的 小晶塊為小晶塊為亞晶粒亞晶粒。亞晶粒之間的交界面稱(chēng)。亞晶粒之間的交界面稱(chēng)亞晶界亞晶界。亞晶。亞晶 界也可看作界也可看作位錯(cuò)壁位錯(cuò)壁。四、晶體中的擴(kuò)散四、晶體中的擴(kuò)散1.1.擴(kuò)散擴(kuò)散

34、原子在晶體中移動(dòng)距離超過(guò)其平均原子原子在晶體中移動(dòng)距離超過(guò)其平均原子間距的遷移現(xiàn)象間距的遷移現(xiàn)象 擴(kuò)散擴(kuò)散熱激活過(guò)程（以克服晶格約束）熱激活過(guò)程（以克服晶格約束）2 2影響擴(kuò)散的因素影響擴(kuò)散的因素：(1)(1)溫度溫度 原子能量提高原子能量提高 （最主要因素）（最主要因素） D=Doexp(-Q/RTD=Doexp(-Q/RT） Do:Do:擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s),(cm2/s), Q Q：擴(kuò)散激活能：擴(kuò)散激活能 DoDo，Q Q與溫度無(wú)關(guān)，決定于晶體的成分和結(jié)構(gòu)與溫度無(wú)關(guān)，決定于晶體的成分和結(jié)構(gòu) 溫度提高溫度提高10-1510-15度，度，D D提高一倍。提高一倍。(2)(2)晶體結(jié)

35、構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 致密度小致密度小克服的能壘小克服的能壘小擴(kuò)散容易擴(kuò)散容易( (3)3)表面及晶體缺陷表面及晶體缺陷 晶格畸變晶格畸變高能態(tài)原子高能態(tài)原子激活能?。w擴(kuò)散的激活能小（體擴(kuò)散的0.6-0.70.6-0.7）擴(kuò)散快擴(kuò)散快100-1000100-1000倍倍2.2合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)合金合金是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。性的物質(zhì)。組成合金的元素可以是全部是金屬，也可是金屬與組成合金的元素可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。非金屬。組成合金的元素相互作組成合金的元素相互作用可形成不同的用可形成不同的相相。Al-Cu兩相合金兩相

36、合金所謂所謂相相是指金屬或合金中凡成分是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分。有界面分開(kāi)的均勻組成部分。顯微組織顯微組織實(shí)質(zhì)上是指在顯微鏡下實(shí)質(zhì)上是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的觀察到的金屬中各相或各晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的組合。的組合。固態(tài)合金中的相分為固態(tài)合金中的相分為固溶體固溶體和和金金屬化合物屬化合物兩類(lèi)。兩類(lèi)。1、固溶體、固溶體組元通過(guò)溶解形成一種成分和性能均勻的，且結(jié)構(gòu)與組元組元通過(guò)溶解形成一種成分和性能均勻的，且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱(chēng)為固溶體之一相同的固相稱(chēng)為固溶體A（B）。

37、）。A：溶劑：溶劑B：溶質(zhì)：溶質(zhì)分類(lèi)分類(lèi)a.a.按溶質(zhì)原子的位置分按溶質(zhì)原子的位置分置換固溶體置換固溶體 其中溶質(zhì)原子占據(jù)溶質(zhì)原子點(diǎn)陣位置的其中溶質(zhì)原子占據(jù)溶質(zhì)原子點(diǎn)陣位置的 固溶體。固溶體。晶格類(lèi)型相同晶格類(lèi)型相同, ,原子半徑相差原子半徑相差 不大不大, ,電化學(xué)性質(zhì)相近電化學(xué)性質(zhì)相近. .間隙固溶體間隙固溶體溶質(zhì)原子位于溶劑原子點(diǎn)陣的間隙位溶質(zhì)原子位于溶劑原子點(diǎn)陣的間隙位 置中的固溶體，置中的固溶體， 原子半徑較小。原子半徑較小。b.b.按溶解度分按溶解度分 有限固溶體有限固溶體 無(wú)限固溶體無(wú)限固溶體c.c.按分布有序度分按分布有序度分 有序固溶體有序固溶體 無(wú)序固溶體無(wú)序固溶體 固溶強(qiáng)

38、化固溶強(qiáng)化 由于溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格產(chǎn)生晶格畸變而造成材由于溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格產(chǎn)生晶格畸變而造成材料硬度升高，塑性和韌性沒(méi)有明顯降低。料硬度升高，塑性和韌性沒(méi)有明顯降低。 溶質(zhì)原子溶入溶質(zhì)原子溶入晶格畸變晶格畸變位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力上升位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力上升金金屬塑性變形困難屬塑性變形困難強(qiáng)度、硬度升高。強(qiáng)度、硬度升高。金屬化合物金屬化合物合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱(chēng)的固相稱(chēng)金屬化合物金屬化合物。金屬化合物具有金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性硬度和脆性，并，并可用分子式表示可用分子式表示其組成。其組成。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合

39、物時(shí)，可當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，可提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低塑性。降低塑性。金屬化合物也是合金的重要組成相。金屬化合物也是合金的重要組成相。鐵碳合金中的鐵碳合金中的Fe3C正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物符合正常原子價(jià)規(guī)律。如符合正常原子價(jià)規(guī)律。如Mg2Si。電子化合物電子化合物符合電子濃度規(guī)律。如符合電子濃度規(guī)律。如Cu3Sn。電子濃度電子濃度為價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)的比值。為價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)的比值。間隙化合物間隙化合物由過(guò)渡族元素與由過(guò)渡族元素與C、N、B、H等小原子等小原子半徑的非金屬元素組成。半徑的非金屬元素組成。 間隙相：間隙相：r非非/r金金 0.59時(shí)形時(shí)形

40、 成的具有簡(jiǎn)單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。成的具有簡(jiǎn)單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。如如:Fe4N、Fe2N、 W2C、TiC、VC、TiN等。等。Fe3C的晶格的晶格如如FeB、Fe3C、Cr23C6等。等。其中其中Fe3C稱(chēng)稱(chēng)滲碳體，滲碳體，是鋼中重要組是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格成相，具有復(fù)雜斜方晶格?；衔镆部扇苋肫渌卦樱衔镆部扇苋肫渌卦?，形成以化合物為基的固溶體。形成以化合物為基的固溶體。2.3 2.3 金屬與合金的結(jié)晶金屬與合金的結(jié)晶 1 .1 .結(jié)晶與凝固的區(qū)別結(jié)晶與凝固的區(qū)別 2.2.純金屬的冷卻曲線和過(guò)冷現(xiàn)象純金屬的冷卻曲線和過(guò)冷現(xiàn)象 3.3.純金屬的結(jié)晶過(guò)程純金屬的

41、結(jié)晶過(guò)程 4. 4. 金屬晶粒的大小與控制金屬晶粒的大小與控制霧凇霧凇一、結(jié)晶與凝固的區(qū)別一、結(jié)晶與凝固的區(qū)別 凝固凝固：LSLS S S可以是非晶可以是非晶 結(jié)晶結(jié)晶：一種原子排列狀態(tài)（晶態(tài)或晶態(tài)）過(guò)渡為另一：一種原子排列狀態(tài)（晶態(tài)或晶態(tài)）過(guò)渡為另一 種原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉(zhuǎn)變過(guò)程種原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉(zhuǎn)變過(guò)程 一次結(jié)晶一次結(jié)晶：LSLS晶態(tài)晶態(tài) 二次結(jié)晶二次結(jié)晶：SSSS晶態(tài)晶態(tài)二、純金屬的冷卻曲線和過(guò)冷現(xiàn)象二、純金屬的冷卻曲線和過(guò)冷現(xiàn)象 1.1.結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力 F0F0 （不是過(guò)冷度（不是過(guò)冷度TT） 自然界的自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是自然界的自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的熱力學(xué)條件

42、都是F0F0 體系中各種能量的總和叫做內(nèi)能體系中各種能量的總和叫做內(nèi)能UU，其中可以對(duì)外，其中可以對(duì)外 做功或向外釋放的能量叫自由能做功或向外釋放的能量叫自由能FF，F(xiàn)=U-TSF=U-TS（熵）（熵） a.a.當(dāng)溫度當(dāng)溫度TTTT0 0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)sFFsFL L, , 液相穩(wěn)定液相穩(wěn)定 b.b.當(dāng)溫度當(dāng)溫度TTTT0 0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)sFFsL+-+II相組成物：相組成物：,組織組成物：組織組成物：,相相對(duì)量相相對(duì)量： 組織相對(duì)量組織相對(duì)量： 合金合金IIII：（：（ 共晶合金）共晶合金）LdgacbeL-L+(ac+e)-ac+e-af+bII+g+aIIPb-Sn共晶合金組織共晶合金組織19

43、.2室溫下：相組成物室溫下：相組成物，；相對(duì)量如：相對(duì)量如： 合金合金IIIIII：（：（ 亞共晶合金）亞共晶合金）L-L+a初初 -L+a 初初 +（ a c + e )- a 初初 +（ ac + e )-a +II +（ a+） 亞共晶合金組織組織組成物：（組織組成物：（+）共晶體（）共晶體（+）%=100% %=100% 組織相對(duì)量組織相對(duì)量： 在共晶溫度時(shí)在共晶溫度時(shí)： 室溫下室溫下：a初初-+II室溫下：相組成物室溫下：相組成物，相的相對(duì)量相的相對(duì)量：合金合金IV（過(guò)共晶合金）（過(guò)共晶合金）過(guò)共晶合金的結(jié)晶過(guò)程過(guò)共晶合金的結(jié)晶過(guò)程與亞共晶合金相似，不與亞共晶合金相似，不同的是一次相

44、為同的是一次相為 ，二二次相次相為為 。其室溫組織為其室溫組織為 +( + )+ 。組織標(biāo)注相圖組織標(biāo)注相圖3、二元包晶相圖、二元包晶相圖當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶，并當(dāng)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(yīng)時(shí)所構(gòu)成的相圖稱(chēng)作發(fā)生包晶反應(yīng)時(shí)所構(gòu)成的相圖稱(chēng)作包晶相圖包晶相圖。以以Pt-Ag相圖為例簡(jiǎn)要分析。相圖為例簡(jiǎn)要分析。1）相圖分析）相圖分析單相區(qū)：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：L, ,二相區(qū)：二相區(qū)：L+ , L+ , + 三相區(qū)：三相區(qū)：L+ + （水平（水平線線PDC）L+L+L +水平線水平線PDC稱(chēng)稱(chēng)包晶線包晶線，與該線成分對(duì)應(yīng)的合金在該溫與該線成分對(duì)應(yīng)的合金在該溫度下

45、發(fā)生包晶反應(yīng)：度下發(fā)生包晶反應(yīng)：LC+P D。該反應(yīng)是液相。該反應(yīng)是液相L包包著固相著固相，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和和兩兩個(gè)方向長(zhǎng)大的過(guò)程。個(gè)方向長(zhǎng)大的過(guò)程。在一定溫度下，由一個(gè)在一定溫度下，由一個(gè)液相包著一個(gè)固相生成液相包著一個(gè)固相生成另一新固相的反應(yīng)稱(chēng)另一新固相的反應(yīng)稱(chēng)包包晶轉(zhuǎn)變晶轉(zhuǎn)變或或包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)。2）合金的結(jié)晶過(guò)程合金的結(jié)晶過(guò)程合金（合金（包晶成分合金）：包晶成分合金）：勻晶勻晶包晶包晶二次析出二次析出。室溫組織為室溫組織為+II。合金：合金：勻晶勻晶包晶包晶二次析出二次析出。室溫組織為。室溫組織為+II+II。合金：合金：勻晶勻晶包晶包晶勻晶

46、勻晶二次析出二次析出。室。室溫組織為溫組織為+II。 L+L+ +111222L3所謂所謂共析反應(yīng)（轉(zhuǎn)變）共析反應(yīng)（轉(zhuǎn)變）是指在一定溫度下，由一定是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時(shí)析出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新成分的固相同時(shí)析出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過(guò)程。固相的過(guò)程。共析轉(zhuǎn)共析轉(zhuǎn)變也是固態(tài)相變。變也是固態(tài)相變。最常見(jiàn)的共析轉(zhuǎn)變是最常見(jiàn)的共析轉(zhuǎn)變是鐵碳合金中的珠光體鐵碳合金中的珠光體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變: S P+Fe3C。4、具有共析反應(yīng)的二元相圖、具有共析反應(yīng)的二元相圖鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖共析反應(yīng)的產(chǎn)物是共析反應(yīng)的產(chǎn)物是共析體共析體（鐵碳合金中的共析體稱(chēng)（鐵碳合金中的共析體稱(chēng)珠光體），

47、也是珠光體），也是兩相的機(jī)械混合物兩相的機(jī)械混合物。與共晶反應(yīng)不同的是，與共晶反應(yīng)不同的是，共析反應(yīng)的母相是固相，而共析反應(yīng)的母相是固相，而不是液相。不是液相。l另外，由于固態(tài)轉(zhuǎn)另外，由于固態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)冷度大，因而變過(guò)冷度大，因而共析組織比共晶組共析組織比共晶組織細(xì)。織細(xì)。珠光體珠光體5、二元相圖的分析步驟、二元相圖的分析步驟實(shí)際二元相圖往往比較復(fù)雜，可按下列步驟進(jìn)行分析。實(shí)際二元相圖往往比較復(fù)雜，可按下列步驟進(jìn)行分析。分清相圖中包括哪些基本類(lèi)型相圖分清相圖中包括哪些基本類(lèi)型相圖確定相區(qū)確定相區(qū)1、相區(qū)接觸法則、相區(qū)接觸法則相鄰兩個(gè)相區(qū)的相數(shù)差為相鄰兩個(gè)相區(qū)的相數(shù)差為1。2、單相區(qū)的確定、單相區(qū)的

48、確定液相線以上為液相區(qū)；液相線以上為液相區(qū)；Fe- Fe3C相圖相圖靠純組元的封閉區(qū)是以該組元為基的單相固溶體區(qū)靠純組元的封閉區(qū)是以該組元為基的單相固溶體區(qū)；相圖中的垂線可能是穩(wěn)定化合物（單相區(qū)），也可能相圖中的垂線可能是穩(wěn)定化合物（單相區(qū)），也可能是相區(qū)分界線；是相區(qū)分界線； 相圖中部出現(xiàn)的成分可變的單相區(qū)是以化合物為基的相圖中部出現(xiàn)的成分可變的單相區(qū)是以化合物為基的單相固溶體區(qū)；單相固溶體區(qū)； 相圖中每一條水平線必定與三個(gè)單相區(qū)點(diǎn)接觸。相圖中每一條水平線必定與三個(gè)單相區(qū)點(diǎn)接觸。3、兩相區(qū)的確定：、兩相區(qū)的確定：兩個(gè)單相區(qū)之間夾有一個(gè)兩相區(qū)，兩個(gè)單相區(qū)之間夾有一個(gè)兩相區(qū)，該兩相區(qū)的相由兩相鄰

49、單相區(qū)的相組成。該兩相區(qū)的相由兩相鄰單相區(qū)的相組成。4、三相區(qū)的確定：、三相區(qū)的確定：二二元相圖中的水平線元相圖中的水平線是三相區(qū)，其三個(gè)是三相區(qū)，其三個(gè)相由與該三相區(qū)點(diǎn)相由與該三相區(qū)點(diǎn)接觸的三個(gè)單相區(qū)接觸的三個(gè)單相區(qū)的相組成。的相組成。恒溫下由一個(gè)固相同時(shí)恒溫下由一個(gè)固相同時(shí)析出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同析出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的固相。的固相。 +共析反應(yīng)共析反應(yīng)恒溫下由一個(gè)液相包著恒溫下由一個(gè)液相包著一個(gè)固相生成另一個(gè)新一個(gè)固相生成另一個(gè)新的固相。的固相。L+ 包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)恒溫下由一個(gè)液相同時(shí)恒溫下由一個(gè)液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不結(jié)晶出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的固相。同的固相。L L + 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)

50、說(shuō)明說(shuō)明反應(yīng)式反應(yīng)式圖形特征圖形特征反應(yīng)名稱(chēng)反應(yīng)名稱(chēng)常見(jiàn)三相等溫水平線上的反應(yīng)常見(jiàn)三相等溫水平線上的反應(yīng)四四、合金性能與相圖的關(guān)系合金性能與相圖的關(guān)系1 1、合金的使用性能與相圖的關(guān)系合金的使用性能與相圖的關(guān)系溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素晶格畸變晶格畸變大大強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度，（50%50%最大）最大）復(fù)相組織區(qū)域內(nèi)（如復(fù)相組織區(qū)域內(nèi)（如共晶轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)），共晶轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)），合金的強(qiáng)度和硬度隨合金的強(qiáng)度和硬度隨成分的變化呈直線關(guān)成分的變化呈直線關(guān)系，大致是兩相性能系，大致是兩相性能的算術(shù)平均值。的算術(shù)平均值。HB=HBa HB=HBa * * a% + HB a% + HB * * % %對(duì)組織較敏感的性

51、對(duì)組織較敏感的性能能強(qiáng)度，與組成相強(qiáng)度，與組成相或組織組成物的形態(tài)或組織組成物的形態(tài)有很大關(guān)系。組成相有很大關(guān)系。組成相或組織組成物越細(xì)密，或組織組成物越細(xì)密，強(qiáng)度越高（共晶點(diǎn)處，強(qiáng)度越高（共晶點(diǎn)處，共晶組織呈細(xì)小、均共晶組織呈細(xì)小、均勻細(xì)密的復(fù)相組織，勻細(xì)密的復(fù)相組織，強(qiáng)度可達(dá)最高值。）強(qiáng)度可達(dá)最高值。）2、合金的工藝性能合金的工藝性能 鑄造性能鑄造性能液態(tài)合金的流動(dòng)液態(tài)合金的流動(dòng)性以及產(chǎn)生縮孔，裂紋的傾性以及產(chǎn)生縮孔，裂紋的傾向性等。向性等。 液固相線距離愈小液固相線距離愈小，結(jié)晶，結(jié)晶溫度范圍愈小溫度范圍愈小合金的流動(dòng)合金的流動(dòng)性好性好有利于澆注。有利于澆注。 液固相線距離大液固相線距離

52、大枝晶偏析枝晶偏析傾向愈大，合金流動(dòng)性也愈傾向愈大，合金流動(dòng)性也愈差，形成分散縮孔的傾向也差，形成分散縮孔的傾向也愈大，使鑄造性能惡化，愈大，使鑄造性能惡化，所所以鑄造合金的成分常取共晶以鑄造合金的成分常取共晶成分和接近共晶成分或選擇成分和接近共晶成分或選擇結(jié)晶溫度間隙最小的成分結(jié)晶溫度間隙最小的成分。b.b.鍛造、軋制性能鍛造、軋制性能 單相固溶體合金單相固溶體合金 單相組織變形抗力小，變形單相組織變形抗力小，變形 均勻，不易開(kāi)裂，塑性好均勻，不易開(kāi)裂，塑性好2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖1.1.鐵碳合金的組元和相鐵碳合金的組元和相2.2.鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相圖分析 3.3.

53、典型鐵碳合金結(jié)晶過(guò)程及其組織典型鐵碳合金結(jié)晶過(guò)程及其組織 5.5.鐵碳相圖的應(yīng)用及局限鐵碳相圖的應(yīng)用及局限鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本工具工具，是研究碳鋼和，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)，是，是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝的制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝的依據(jù)依據(jù)。4.4.含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響一、鐵碳合金的組元和相一、鐵碳合金的組元和相1、組元：、組元：Fe、Fe3C2、相、相鐵素體：鐵素體：碳在碳在-Fe中的固溶體稱(chēng)中的固溶

54、體稱(chēng)鐵素體鐵素體，用，用F或或 表示。表示。碳在碳在-Fe中的固溶體稱(chēng)中的固溶體稱(chēng)-鐵素體鐵素體，用，用表示。表示。都是體心立方的間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低，都是體心立方的間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低，在在727時(shí)最大為時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體鐵素體奧氏體奧氏體:碳在碳在 -Fe中的固溶體稱(chēng)中的固溶體稱(chēng)奧氏體奧氏體。用。用A或或 表示。表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148時(shí)最大為時(shí)最大

55、為2.11%。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱鋼材熱加工都在加工都在 區(qū)進(jìn)行區(qū)進(jìn)行。碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。奧氏體奧氏體滲碳體：滲碳體：即即Fe3C，含碳，含碳6.69%，用，用Fe3C或或Cm表示。表示。Fe3C硬度高、脆性大，塑性幾乎為零。硬度高、脆性大，塑性幾乎為零。Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C（石墨）（石墨），該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。，該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度很小，因而中的溶解度很小

56、，因而常溫下碳在鐵碳常溫下碳在鐵碳合金中主要以合金中主要以Fe3C或或石墨石墨的形式存在。的形式存在。二、鐵碳合金相圖的分析二、鐵碳合金相圖的分析1、特征點(diǎn)、特征點(diǎn) LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 2、特征線、特征線液相線液相線ABCD，固相線固相線AHJECFD三條水平線：三條水平線：HJB：包晶線：包晶線LB+H JECF：共晶線：共晶線LC E+Fe3C共晶產(chǎn)物是共晶產(chǎn)物是 與與Fe3C的機(jī)械混合物，稱(chēng)作的機(jī)械混合物，稱(chēng)作萊氏體萊氏體，用用Le表示。為蜂窩狀，以表示。為蜂窩狀，以Fe3C為基，性能硬而脆。為基，性能硬而脆。萊氏體萊氏體PSK：共析線：共析線 S FP

57、+Fe3C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是 與與Fe3C的機(jī)械混合物，稱(chēng)作的機(jī)械混合物，稱(chēng)作珠光體珠光體，用用P表示。其組織特點(diǎn)是兩相表示。其組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布，性能介于兩呈片層相間分布，性能介于兩相之間。相之間。PSK線又稱(chēng)線又稱(chēng)A1線線。珠光體珠光體L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3C（3）其它相線其它相線GS,GP 固溶體轉(zhuǎn)變線，固溶體轉(zhuǎn)變線，GS又稱(chēng)又稱(chēng)A3線。線。HN,JN 固溶體轉(zhuǎn)變線，固溶體轉(zhuǎn)變線，ES碳在碳在 -Fe中的固中的固溶線。溶線。又稱(chēng)又稱(chēng)Ac m線。線。PQ碳在碳在-Fe中的固中的固溶線。溶線。3、相區(qū)、相區(qū)五個(gè)單相區(qū)：五個(gè)單相區(qū)：L

58、、 、 、 、Fe3C七個(gè)兩相區(qū)：七個(gè)兩相區(qū)：L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C 三個(gè)三相區(qū)：三個(gè)三相區(qū)：即即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三條水平線三條水平線 三、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程三、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類(lèi)：鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類(lèi)：工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵(0.0008%;FC%L+A-A-A+F-F+Fe3CIII3Fe3C以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，F(xiàn)e3C量量不斷增加，不斷增加，合金的室溫下組織為合

59、金的室溫下組織為F+ Fe3C。室溫下室溫下Fe3C的最大量為的最大量為:%3 . 0%1000008. 069. 60008. 00218. 0QIII3CFe 2共析鋼共析鋼 C%=0.77%C%=0.77% L-L+A-A-A+P-PL-L+A-A-A+P-P相組成物相組成物：F F和和FeFe3 3C C F%= F%= Fe3C%=組織組成物組織組成物：P珠光體珠光體3亞共析鋼亞共析鋼0.0218%C%L+A-A-A+F-A+P+F-P+F相組成物相組成物：F，F(xiàn)e3C45鋼金相鋼金相 F%=Fe3C%=含含0.45%C鋼的組織鋼的組織含含0.20%C鋼的組織鋼的組織含含0.60%C

60、鋼的組織鋼的組織亞共析鋼室溫下的組織為亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在在0.02180.77%C 范圍內(nèi)珠光體范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。的量隨含碳量增加而增加。P%=F%=4過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼L-L+A-A-A+Fe3CII-A+P+Fe3CII-P+Fe3CIIT12鋼金相鋼金相相組成物：F，F(xiàn)e3CF%= Fe3C%= 組織組成物：P，F(xiàn)e3CII 組織相對(duì)量：Fe3CII%= P%= 含含1.4%C鋼的組織鋼的組織5共晶白口鐵（共晶白口鐵（C%=4.3%）L-L+Le-Le(A+Fe3C共晶共晶)-Le(A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII)-Le(P+Fe3CII+Fe3C)共晶