金屬材料學(xué)---鋼鐵篇

1、 金屬材料學(xué)金屬材料學(xué) 一、金屬材料的歷史地位一、金屬材料的歷史地位 l二、金屬材料的分類二、金屬材料的分類 l三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況 l四、金屬材料發(fā)展的歷史四、金屬材料發(fā)展的歷史 l五、金屬材料的發(fā)展熱點(diǎn)五、金屬材料的發(fā)展熱點(diǎn) l六、關(guān)于本課程六、關(guān)于本課程緒緒 論論主要內(nèi)容主要內(nèi)容: :一、金屬材料的歷史地位一、金屬材料的歷史地位 1.1.材料是衡量人類材料是衡量人類社會(huì)文明程度社會(huì)文明程度的的標(biāo)志之一。標(biāo)志之一。 l金屬材料是現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)。金屬材料是現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)。 l石器時(shí)代石器時(shí)代青銅器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代 l2.2.目前，人類還處在金屬器

2、時(shí)期。目前，人類還處在金屬器時(shí)期。二、金屬材料的分類二、金屬材料的分類黑色黑色 金屬金屬有色有色 金屬金屬金屬材料鑄鐵鑄鐵 鋼鋼 工程構(gòu)件用鋼工程構(gòu)件用鋼機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼工具鋼工具鋼特殊性能用鋼特殊性能用鋼(不銹鋼及耐熱鋼不銹鋼及耐熱鋼)輕金屬輕金屬( (鋁鋁, ,鎂鎂, ,鈦鈦) )重金屬重金屬(銅銅,鋅鋅,鉛鉛,鎳鎳)貴重金屬貴重金屬(金金,銀銀,銅銅)稀有金屬稀有金屬(鎢鉬釩鈮鈷鎢鉬釩鈮鈷) 放射金屬放射金屬(鐳鈾釷鐳鈾釷)結(jié)構(gòu)金屬材料結(jié)構(gòu)金屬材料 功能金屬材料功能金屬材料三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況 1.1.總產(chǎn)量：總產(chǎn)量：鋼鐵材料占世界金屬總產(chǎn)量的鋼鐵

3、材料占世界金屬總產(chǎn)量的9595，用量最大，且價(jià)格低廉。用量最大，且價(jià)格低廉。 l2. 2. 世界金屬礦產(chǎn)儲(chǔ)量：世界金屬礦產(chǎn)儲(chǔ)量：鐵占鐵占5.15.1，而非，而非鐵金屬中鋁為鐵金屬中鋁為8.88.8鎂為鎂為2.12.1，鈦為，鈦為0.60.6。3. 3. 非鐵金屬非鐵金屬冶煉較困難冶煉較困難，所需能源消耗大，所需能源消耗大，因而生產(chǎn)成本高，限制了生產(chǎn)總量的增長(zhǎng)幅因而生產(chǎn)成本高，限制了生產(chǎn)總量的增長(zhǎng)幅度。度。l4. 4. 非鐵金屬所創(chuàng)造的價(jià)值高，且有鋼鐵非鐵金屬所創(chuàng)造的價(jià)值高，且有鋼鐵所不具備的所不具備的特殊性能特殊性能，例如比強(qiáng)度高，耐，例如比強(qiáng)度高，耐低溫、耐腐蝕等，因而非鐵金屬產(chǎn)量仍在低溫、

4、耐腐蝕等，因而非鐵金屬產(chǎn)量仍在迅速增長(zhǎng)。迅速增長(zhǎng)。 公元前公元前43004300年：自然的金、銅及鍛打、熱加工等工藝年：自然的金、銅及鍛打、熱加工等工藝公元前公元前28002800年：鐵的熔煉年：鐵的熔煉四、金屬材料發(fā)展的歷史四、金屬材料發(fā)展的歷史公元前公元前38003800年：人工冶煉的銅器；年：人工冶煉的銅器；公元前公元前30003000年：我國(guó)出現(xiàn)錫青銅年：我國(guó)出現(xiàn)錫青銅甘肅東鄉(xiāng)馬家甘肅東鄉(xiāng)馬家 窯文化的青銅刀（含窯文化的青銅刀（含6 61010SnSn）。）。公元前公元前20002000年：青銅器興盛，編鐘與武器（商、周、年：青銅器興盛，編鐘與武器（商、周、春秋戰(zhàn)國(guó)）春秋戰(zhàn)國(guó)）東漢時(shí)：

5、反復(fù)鍛打鋼東漢時(shí)：反復(fù)鍛打鋼最原始形變熱處理工藝。最原始形變熱處理工藝。淬火技術(shù)淬火技術(shù): :“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂浴以五牲之溺，淬以五牲之脂” 現(xiàn)代的水淬、油淬?，F(xiàn)代的水淬、油淬。我國(guó)冶鐵技術(shù)在我國(guó)冶鐵技術(shù)在春秋末期春秋末期有很大的突破，發(fā)明了有很大的突破，發(fā)明了生鐵經(jīng)退火制造韌性鑄鐵和以生鐵制鋼的技術(shù)。生鐵經(jīng)退火制造韌性鑄鐵和以生鐵制鋼的技術(shù)。 現(xiàn)代冶金技術(shù)現(xiàn)代冶金技術(shù)的發(fā)展自的發(fā)展自1919世紀(jì)中葉的轉(zhuǎn)爐煉鋼和世紀(jì)中葉的轉(zhuǎn)爐煉鋼和平爐煉鋼開始。平爐煉鋼開始。1919世紀(jì)末的電弧爐煉鋼和世紀(jì)末的電弧爐煉鋼和2020世紀(jì)中葉的氧氣頂吹世紀(jì)中葉的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及爐外精煉技術(shù)，使鋼鐵工業(yè)

6、實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼及爐外精煉技術(shù)，使鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化。代化。l2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代，用鎂作還原劑從四氯化鈦制得純年代，用鎂作還原劑從四氯化鈦制得純鈦，并使真空熔煉加工等技術(shù)逐步成熟后，鈦及鈦，并使真空熔煉加工等技術(shù)逐步成熟后，鈦及鈦合金的廣泛應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)鈦合金的廣泛應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。非鐵金屬冶金方面非鐵金屬冶金方面: :1919世紀(jì)世紀(jì)8080年代發(fā)電機(jī)的發(fā)明，使電解法提純銅的年代發(fā)電機(jī)的發(fā)明，使電解法提純銅的工業(yè)方法得以實(shí)現(xiàn)，開創(chuàng)了電冶金新領(lǐng)域工業(yè)方法得以實(shí)現(xiàn)，開創(chuàng)了電冶金新領(lǐng)域；用熔鹽電解法將氧化鋁加入熔融冰晶石，電解得用熔鹽電解法將氧化鋁加入熔融冰晶石，電解得到廉價(jià)的鋁，使鋁成為僅

7、次于鐵的第二大金屬到廉價(jià)的鋁，使鋁成為僅次于鐵的第二大金屬；l同時(shí)，其他非鐵金屬也陸續(xù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)同時(shí)，其他非鐵金屬也陸續(xù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。l2020世紀(jì)中葉，新金屬材料研究發(fā)展迅猛。如非晶世紀(jì)中葉，新金屬材料研究發(fā)展迅猛。如非晶態(tài)合金、金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材態(tài)合金、金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬納米材料等。料、金屬納米材料等。1919世紀(jì)末，出現(xiàn)了新型的合金鋼如高速工具鋼、世紀(jì)末，出現(xiàn)了新型的合金鋼如高速工具鋼、高錳鋼、鎳鋼和鉻不銹鋼，并在高錳鋼、鎳鋼和鉻不銹鋼，并在2020世紀(jì)發(fā)展為門世紀(jì)發(fā)展為門類眾多的合金鋼體系。類眾多的合金鋼體系。鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金

8、和難熔金屬鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金和難熔金屬及合金等也先后形成工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。及合金等也先后形成工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。上圖：吳王夫差矛和越王勾踐劍上圖：吳王夫差矛和越王勾踐劍右上：青銅鼎右上：青銅鼎右下：商代青銅縱目人面像右下：商代青銅縱目人面像 上圖上圖 滄州鐵獅子滄州鐵獅子 鑄于鑄于953953年，重年，重4040余噸。余噸。 右圖右圖 當(dāng)陽鐵塔當(dāng)陽鐵塔 鑄于鑄于10611061年，八棱年，八棱1313層，層， 塔體分段鑄造塔體分段鑄造 擂鼓礅二號(hào)墓編鐘復(fù)制件擂鼓礅二號(hào)墓編鐘復(fù)制件 19811981年湖北擂鼓墩二號(hào)墓出土戰(zhàn)國(guó)編鐘一套，音律準(zhǔn)確，音年湖北擂鼓墩二號(hào)墓出土戰(zhàn)國(guó)編鐘一套，音律準(zhǔn)確，音

9、色優(yōu)美。其件數(shù)和規(guī)模僅次于曾侯乙編鐘，總音域達(dá)色優(yōu)美。其件數(shù)和規(guī)模僅次于曾侯乙編鐘，總音域達(dá)5 5個(gè)個(gè)8 8度以上，度以上，可自己轉(zhuǎn)調(diào)，奏出五聲、六聲、七聲音階構(gòu)成的各種樂曲。須五人可自己轉(zhuǎn)調(diào)，奏出五聲、六聲、七聲音階構(gòu)成的各種樂曲。須五人合作演出，眾聲齊發(fā)，交響疊鳴。無愧為古代音樂之絕響。合作演出，眾聲齊發(fā)，交響疊鳴。無愧為古代音樂之絕響。 水陸兩用汽車水陸兩用汽車 輕型吊軌磁懸浮列車輕型吊軌磁懸浮列車 MX-400MX-400空中汽車空中汽車 美國(guó)莫勒潛心研究美國(guó)莫勒潛心研究. .被譽(yù)為被譽(yù)為“汽車演變汽車演變的里程碑的里程碑”。飛機(jī)外形像一輛新穎別致的小汽車?？罩酗w。飛機(jī)外形像一輛新穎別

10、致的小汽車?？罩酗w行依仗的是它有可轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)及專門提供升力的風(fēng)扇。行依仗的是它有可轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)及專門提供升力的風(fēng)扇。試用試用2 2年多來，它最高飛行時(shí)速超過了年多來，它最高飛行時(shí)速超過了600600多公里，比直升多公里，比直升機(jī)快機(jī)快2 2倍，可載倍，可載4 4人，飛行最大高度人，飛行最大高度90009000米，航程米，航程15001500公里。公里。 材料的發(fā)展使汽車和飛機(jī)等性能發(fā)生了突變材料的發(fā)展使汽車和飛機(jī)等性能發(fā)生了突變 自從1903年12月17日美國(guó)萊特兄弟把第一雙人類翅膀送上天空后，各種飛機(jī)不斷地在快速發(fā)展，對(duì)制造飛機(jī)各類零部件的材料要求也越來越高。主要是比強(qiáng)度高、重量輕、耐高溫

11、、耐疲勞等性能。 世 界 貿(mào) 易 大 廈 基 本世 界 貿(mào) 易 大 廈 基 本 上是用鋁合金貼面的上是用鋁合金貼面的. 在在 “9.11”事件中，該事件中，該 雙 子 大 樓 遭 到 襲 擊 ，雙 子 大 樓 遭 到 襲 擊 ， 毀 于 一 旦 。 但 它 作 為毀 于 一 旦 。 但 它 作 為 一 個(gè) 大 量 使 用 鋁 合 金一 個(gè) 大 量 使 用 鋁 合 金 貼 面 的 的 雄 偉 建 筑 將貼 面 的 的 雄 偉 建 筑 將 永遠(yuǎn)載入史冊(cè)。永遠(yuǎn)載入史冊(cè)。五、金屬材料的發(fā)展熱點(diǎn)五、金屬材料的發(fā)展熱點(diǎn) 1 1繼續(xù)重視高性能的新型金屬材料繼續(xù)重視高性能的新型金屬材料 l具有高強(qiáng)度、高韌性、

12、耐高、低溫、抗腐蝕等性能。具有高強(qiáng)度、高韌性、耐高、低溫、抗腐蝕等性能。 l2 2非晶（亞穩(wěn)態(tài)）材料日益受到重視非晶（亞穩(wěn)態(tài)）材料日益受到重視 l非晶態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)合金材料、金屬納米材料。非晶態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)合金材料、金屬納米材料。 l3 3特殊條件下應(yīng)用的金屬材料特殊條件下應(yīng)用的金屬材料 l低溫、高壓、高溫、外場(chǎng)以及輻照條件材料的結(jié)構(gòu)、低溫、高壓、高溫、外場(chǎng)以及輻照條件材料的結(jié)構(gòu)、組織和性能的研究。組織和性能的研究。 l4 4材料的設(shè)計(jì)及選用科學(xué)化材料的設(shè)計(jì)及選用科學(xué)化 l按照指定的性能對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)、成分的科學(xué)設(shè)計(jì)。按照指定的性能對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)、成分的科學(xué)設(shè)計(jì)。本課程的目的、性質(zhì)、內(nèi)容及本課程的目的

13、、性質(zhì)、內(nèi)容及學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求1.1.本課程的目的：本課程的目的：講授金屬結(jié)構(gòu)材料的物理冶金問題，使學(xué)生講授金屬結(jié)構(gòu)材料的物理冶金問題，使學(xué)生掌握金屬及合金中的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、掌握金屬及合金中的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)過程、環(huán)境對(duì)金屬材料各種性能的影響生產(chǎn)過程、環(huán)境對(duì)金屬材料各種性能的影響的基本規(guī)律；掌握分析、解決各種金屬材料的基本規(guī)律；掌握分析、解決各種金屬材料的化學(xué)成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、熱處理和使用中的的化學(xué)成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、熱處理和使用中的問題。問題。 主要內(nèi)容是金屬材料的合金化基礎(chǔ)理論，主要內(nèi)容是金屬材料的合金化基礎(chǔ)理論，在論述常用類型金屬材料的性能要求的基在論述常用類型金屬材料的性能要求

14、的基礎(chǔ)上，分析各類工程構(gòu)件用鋼、機(jī)器零件礎(chǔ)上，分析各類工程構(gòu)件用鋼、機(jī)器零件及工模具用鋼、不銹鋼、耐熱及高溫合金、及工模具用鋼、不銹鋼、耐熱及高溫合金、鑄鐵及有色金屬及其合金等的合金化特征、鑄鐵及有色金屬及其合金等的合金化特征、熱處理工藝特點(diǎn)及選擇材料與使用材料的熱處理工藝特點(diǎn)及選擇材料與使用材料的原則和方法。原則和方法。2.2.本課程的性質(zhì)：本課程的性質(zhì)：3.3.本課程的內(nèi)容本課程的內(nèi)容金屬材料的合金化基礎(chǔ)理論，著重討論了金金屬材料的合金化基礎(chǔ)理論，著重討論了金屬材料中的合金元素、金屬合金中的相組成屬材料中的合金元素、金屬合金中的相組成與相變、合金元素對(duì)金屬的強(qiáng)韌性和工藝性與相變、合金元素對(duì)

15、金屬的強(qiáng)韌性和工藝性能等的影響。能等的影響。 常用鋼鐵材料、有色金屬及合金材料和新常用鋼鐵材料、有色金屬及合金材料和新金屬結(jié)構(gòu)材料（包括工程構(gòu)件用鋼、機(jī)器零金屬結(jié)構(gòu)材料（包括工程構(gòu)件用鋼、機(jī)器零件用鋼、工模具用鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鑄件用鋼、工模具用鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鑄鐵、有色金屬及合金、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材鐵、有色金屬及合金、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料、亞穩(wěn)金屬材料等）。料、金屬基復(fù)合材料、亞穩(wěn)金屬材料等）。4. 4. 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求掌握金屬材料合金化原理、合金元素對(duì)鋼掌握金屬材料合金化原理、合金元素對(duì)鋼相變、組織、性能影響的一般規(guī)律相變、組織、性能影響的一般規(guī)律。 掌握常用鋼、鑄

16、鐵、高溫合金、有色金屬掌握常用鋼、鑄鐵、高溫合金、有色金屬等材料的牌號(hào)、成份、熱處理規(guī)范、組織、等材料的牌號(hào)、成份、熱處理規(guī)范、組織、力學(xué)性能和用途力學(xué)性能和用途。能夠根據(jù)工程構(gòu)件、機(jī)器零件（或工具）能夠根據(jù)工程構(gòu)件、機(jī)器零件（或工具）的服役條件，具有的服役條件，具有合理選用材料，正確確定合理選用材料，正確確定熱處理技術(shù)條件熱處理技術(shù)條件的知識(shí)。的知識(shí)。能對(duì)材料產(chǎn)品質(zhì)量作初步分析，提出消除能對(duì)材料產(chǎn)品質(zhì)量作初步分析，提出消除或預(yù)防熱處理缺陷的措施。或預(yù)防熱處理缺陷的措施。5.5. 參考書目錄參考書目錄 戴起勛編著。戴起勛編著。金屬材料學(xué)金屬材料學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版，化學(xué)工業(yè)出版社，社，200520

17、05。 王笑天主編。金屬材料學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，王笑天主編。金屬材料學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，19871987。 王曉敏主編。工程材料學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，王曉敏主編。工程材料學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，19991999。Chapter 1 Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理1.1 1.1 碳鋼概論碳鋼概論1.2 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理1.3 1.3 合金鋼的分類、牌號(hào)合金鋼的分類、牌號(hào)主主要要內(nèi)內(nèi)容容碳鋼中的常存雜質(zhì)碳鋼中的常存雜質(zhì) 碳鋼的分類碳鋼的分類 碳鋼的用途碳鋼的用途MeMe在鋼中的存在形式在鋼中的存在形式 MeMe與鐵和碳的相互作用與鐵和碳的相互作用 MeM

18、e對(duì)對(duì)Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖的影響相圖的影響 MeMe對(duì)鋼的熱處理的影響對(duì)鋼的熱處理的影響 MeMe對(duì)鋼性能的影響對(duì)鋼性能的影響重點(diǎn)及基本要求重點(diǎn)及基本要求: : 1.1.了解了解碳鋼中的常存元素及其影響，重點(diǎn)掌碳鋼中的常存元素及其影響，重點(diǎn)掌握握碳鋼的分類碳鋼的分類與應(yīng)用與應(yīng)用; ; n2.2.第二節(jié)是第二節(jié)是本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)。要求。要求全面全面掌握掌握MeMe對(duì)鋼對(duì)鋼的組織、熱處理及性能的影響規(guī)律，掌握的組織、熱處理及性能的影響規(guī)律，掌握MeMe的加入對(duì)鋼的基本強(qiáng)化機(jī)制的影響。的加入對(duì)鋼的基本強(qiáng)化機(jī)制的影響。難點(diǎn)難點(diǎn)是是MeMe對(duì)鋼中基本合金相結(jié)構(gòu)的影響對(duì)鋼中基本合金相結(jié)構(gòu)的

19、影響; ; n3.3.掌握掌握合金鋼的分類、牌號(hào)合金鋼的分類、牌號(hào). . 1.1 1.1 碳鋼概論碳鋼概論一、碳鋼中的常存雜質(zhì)一、碳鋼中的常存雜質(zhì)-Mn-Mn和和SiSi（1 1）MnMn和和SiSi是煉鋼過程中隨脫氧劑或者由生鐵殘存是煉鋼過程中隨脫氧劑或者由生鐵殘存而進(jìn)入鋼中的。而進(jìn)入鋼中的。(1) (1) Mn0.8%Mn0.8%。主要固溶于鐵中。產(chǎn)生固溶強(qiáng)。主要固溶于鐵中。產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，化作用，鋼的強(qiáng)度和硬度。鋼的強(qiáng)度和硬度。(2)(2)適量的適量的MnMn和和S S可形成高熔點(diǎn)可形成高熔點(diǎn)(1600)MnS(1600)MnS夾夾 雜物。雜物。MnSMnS在高溫下具有一定的塑性，不會(huì)

20、使在高溫下具有一定的塑性，不會(huì)使鋼發(fā)生熱脆，在加工過程中鋼發(fā)生熱脆，在加工過程中MnSMnS呈條狀沿軋向呈條狀沿軋向分布。分布。(4)(4)夾雜物夾雜物MnSMnS、SiOSiO2 2將使鋼的疲勞強(qiáng)度和塑性、將使鋼的疲勞強(qiáng)度和塑性、韌性韌性。當(dāng)鋼中含有大量硫化物夾雜時(shí)，軋成。當(dāng)鋼中含有大量硫化物夾雜時(shí)，軋成鋼板后會(huì)造成分層。鋼板后會(huì)造成分層。(3) Si0.5%(3) Si 15%15%，溶解度極小。，溶解度極小。（2 2）間隙固溶體）間隙固溶體1 1、間隙固溶體的形成條件：、間隙固溶體的形成條件：間隙固溶體總是間隙固溶體總是有限固溶體有限固溶體，并且間隙原，并且間隙原子僅占據(jù)溶劑金屬的部分間

21、隙位置，即總子僅占據(jù)溶劑金屬的部分間隙位置，即總有部分間隙沒有被填滿。有部分間隙沒有被填滿。2 2、間隙固溶體的間隙固溶體的溶解度取決于溶解度取決于溶劑金屬點(diǎn)陣溶劑金屬點(diǎn)陣 結(jié)構(gòu)和間隙原子的原子尺寸。結(jié)構(gòu)和間隙原子的原子尺寸。（1 1）同一溶劑金屬的不同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，溶解度）同一溶劑金屬的不同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，溶解度 是不同的是不同的 如如-Fe-Fe與與-Fe -Fe 。（2 2）間隙原子的溶解度隨間隙原子尺寸的）間隙原子的溶解度隨間隙原子尺寸的減小而增加，即按減小而增加，即按B B、C C、N N、O O、H H 的順序的順序而增加。而增加。3 3、間隙原子總是、間隙原子總是優(yōu)先占據(jù)有利的間隙位置，優(yōu)

22、先占據(jù)有利的間隙位置，畸變?yōu)樽钚??；優(yōu)樽钚?。?duì)對(duì)-Fe-Fe，是八面體間隙；對(duì)，是八面體間隙；對(duì)-FeFe，是八面體或四面體間隙。，是八面體或四面體間隙。2 2、形成碳化物與氮化物、形成碳化物與氮化物（1 1）鋼中常見的碳化物）鋼中常見的碳化物K K的的類型、數(shù)量、大小、形狀及分布類型、數(shù)量、大小、形狀及分布對(duì)鋼的性對(duì)鋼的性能有極重要的影響。能有極重要的影響。 非非K K形成元素：形成元素：NiNi、SiSi、CoCo、AlAl、CuCu等，與碳不等，與碳不能形成能形成K K，但可固溶于，但可固溶于FeFe中形成固溶體，或者形中形成固溶體，或者形成其它化合物，如氮化物等。非成其它化合物，如氮

23、化物等。非K K形成元素均處形成元素均處于周期表于周期表FeFe的右側(cè)的右側(cè)。K K形成元素：形成元素：TiTi、ZrZr、NbNb、V V、MoMo、W W、CrCr、MnMn、FeFe等。它們都是過渡族元素；等。它們都是過渡族元素；K K形成元素均位形成元素均位于于FeFe的左側(cè)的左側(cè)。M M6 6C C： ( (W W，MoMo，F(xiàn)e)Fe)6 6C C，不是一種金屬不是一種金屬K K。復(fù)雜。復(fù)雜立方點(diǎn)陣。常在含立方點(diǎn)陣。常在含W W、MoMo的合金鋼中出現(xiàn)。的合金鋼中出現(xiàn)。 鋼中常見鋼中常見K K的類型有：的類型有：M M3 3C C：滲碳體，正交點(diǎn)陣；滲碳體，正交點(diǎn)陣；M M7 7C

24、 C3 3：例例CrCr7 7C C3 3，復(fù)雜六方；可形成復(fù)合，復(fù)雜六方；可形成復(fù)合K K, , 如如 (Cr,Fe,Mo(Cr,Fe,Mo，) )7 7C C3 3M M2323C C6 6：例例CrCr2323C C6 6，復(fù)雜立方；多為復(fù)合，復(fù)雜立方；多為復(fù)合K KM M2 2C C：例例MoMo2 2C C、W W2 2C C。密排六方；。密排六方；MCMC：例例VCVC、TiCTiC，簡(jiǎn)單面心立方點(diǎn)陣；，簡(jiǎn)單面心立方點(diǎn)陣；復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M M2323C C6 6 、M M7 7C C3 3 、M M3 3C C。 特點(diǎn)：硬度、熔點(diǎn)較低，穩(wěn)定性較差；特點(diǎn)：硬度、熔點(diǎn)較低

25、，穩(wěn)定性較差；簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M M2 2C C、MCMC。又稱間隙相。又稱間隙相。 特點(diǎn)：硬度高，熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性好。特點(diǎn)：硬度高，熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性好。M M6 6C C型不屬于金屬型的碳化物型不屬于金屬型的碳化物, , 復(fù)雜結(jié)構(gòu)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)， 性能特點(diǎn)接近簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。性能特點(diǎn)接近簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。 在鋼中，鐵的在鋼中，鐵的K K與合金與合金K K相比，是最不穩(wěn)定的。相比，是最不穩(wěn)定的。滲碳體中滲碳體中FeFe的原子可以被若干的原子可以被若干MeMe的原子所取代。的原子所取代。如如(Fe,Mn)(Fe,Mn)3 3C C、(Fe,Cr)(Fe,Cr)3 3C C等。等。 （2 2）碳化物

26、形成的一般規(guī)律）碳化物形成的一般規(guī)律各元素的各元素的r rc c/r/rMeMe的值如下：的值如下： Me Fe Mn Cr V Mo W Ti Nb rc/rMe 0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.53 1 1、碳化物碳化物類型的形成類型的形成碳化物碳化物類型與類型與Me的原子半徑有關(guān)。的原子半徑有關(guān)。rc/rMe 0.59 復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如Cr、Mn、Fe ，形成形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的等形式的K；rc/rMe 0.59 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)相，如簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)相，如Mo、W、V、Ti等，形成等，形成VC等等MC型，型，

27、W2C等等M2C型型 。Me量少時(shí)，形成復(fù)合量少時(shí)，形成復(fù)合碳化物碳化物，如，如(Cr, M)23C6型型 。2 2、相似者相溶、相似者相溶 完全互溶：晶體結(jié)構(gòu)、原子尺寸、電子因素均完全互溶：晶體結(jié)構(gòu)、原子尺寸、電子因素均相似。如相似。如Fe3C，Mn3C (Fe,Mn)3C。vM23C6可溶解可溶解25%的的Fe，還可溶解，還可溶解Mo、W、V等。等。溶入強(qiáng)者溶入強(qiáng)者,使使K穩(wěn)定性穩(wěn)定性 ;溶入弱者溶入弱者,使使K穩(wěn)定性穩(wěn)定性有限溶解：一般有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成復(fù)都能溶解其它元素，形成復(fù)合合K，但都有一定的溶解度。，但都有一定的溶解度。v如如Fe3C中可溶入一定量的中可溶入一

28、定量的Cr、W、V等等. 最最大值為大值為 20%Cr， 2%W， 0.5%V；vMC型不溶入型不溶入Fe，但可溶入少量，但可溶入少量W、Mo；vW2C中中Cr可置換可置換75%的的W原子；原子；3 3、強(qiáng)者先，依次成、強(qiáng)者先，依次成 K形成元素中，強(qiáng)者優(yōu)先與形成元素中，強(qiáng)者優(yōu)先與C結(jié)合，隨結(jié)合，隨C，依，依次形成次形成K。如：在含。如：在含Cr、W鋼中，隨鋼中，隨C，依，依次形成次形成M6C，Cr23C6 ，Cr7C3 , Fe3C。 如果鋼中如果鋼中C量有限，則弱的量有限，則弱的K形成元素溶入固形成元素溶入固溶體。如：在含溶體。如：在含Cr、V的低碳鋼中，大部分的低碳鋼中，大部分Cr都在基

29、體固溶體中。都在基體固溶體中。（4 4）、）、N NM M/N/NC C比值決定了比值決定了K類型類型 形成什么形成什么K主要決定于當(dāng)時(shí)的主要決定于當(dāng)時(shí)的NM/NC比值。比值。退火態(tài)退火態(tài): 在在Cr鋼中，隨鋼中，隨NM/NC ，先后形成順，先后形成順序?yàn)椋盒驗(yàn)椋篗3CM7C3M23C6 ?；鼗饝B(tài)回火態(tài):基體中的基體中的NM/NC，則析出的，則析出的K中中NM/ NC也也。如。如W鋼回火時(shí)，析出順序?yàn)椋轰摶鼗饡r(shí)，析出順序?yàn)椋?Fe21W2C6 WC Fe4W2C W2C，NW/NC 是不斷是不斷。注注:N:NM M/N/NC C為固容體中為固容體中MeMe和和C C的原子數(shù)的原子數(shù). .（5

30、5）、強(qiáng)者穩(wěn)，溶解難，析出難，聚集）、強(qiáng)者穩(wěn)，溶解難，析出難，聚集 長(zhǎng)大也難長(zhǎng)大也難 MC型在型在1000以上才開始溶解；回火時(shí)，以上才開始溶解；回火時(shí)，在在500700才析出，并且不易長(zhǎng)大，產(chǎn)生才析出，并且不易長(zhǎng)大，產(chǎn)生“二次硬化二次硬化”效果。這在高合金鋼中是很效果。這在高合金鋼中是很重要的強(qiáng)化方法。重要的強(qiáng)化方法。（3 3）氮化物及其形成規(guī)律）氮化物及其形成規(guī)律基本性能特點(diǎn)：高硬度、脆性、高熔點(diǎn)?；拘阅芴攸c(diǎn)：高硬度、脆性、高熔點(diǎn)。氮化物一般形成間隙相。氮化物一般形成間隙相。強(qiáng)氮化物形成元素：強(qiáng)氮化物形成元素：TiTi、ZrZr、NbNb、V V；中強(qiáng)氮化物形成元素：中強(qiáng)氮化物形成元素：

31、MoMo、W W；弱氮化物形成元素：弱氮化物形成元素：CrCr、MnMn、FeFe氮原子比碳原子小，氮原子半徑氮原子比碳原子小，氮原子半徑r rN N和金屬原和金屬原子半徑子半徑r rM M之比之比r rN N/r/rM M均小于均小于0.590.59，所以氮化物，所以氮化物都呈簡(jiǎn)單密排結(jié)構(gòu)。都呈簡(jiǎn)單密排結(jié)構(gòu)。 例如：例如： (1)(1) NaCl NaCl型簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣：型簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣：TiNTiN，VNVN，CrNCrN，F(xiàn)e4NFe4N（）等）等(2)(2) 簡(jiǎn)單密排立方點(diǎn)陣：簡(jiǎn)單密排立方點(diǎn)陣：WNWN，MoNMoN，CrCr2 2N N，F(xiàn)eFe2-32-3N N（）等）等氮化物的穩(wěn)定

32、性和氮化物之間的溶解與碳化氮化物的穩(wěn)定性和氮化物之間的溶解與碳化物相類似。物相類似。 3 3、金屬間化合物、金屬間化合物金屬間化合物有：金屬間化合物有：相、相、ABAB2 2相（拉氏相）、相（拉氏相）、 ABAB3 3相（有序相）等。相（有序相）等。相相：在高：在高CrCr不銹鋼、鉻鎳及鉻錳奧氏體不銹不銹鋼、鉻鎳及鉻錳奧氏體不銹鋼、高合金耐熱鋼及耐熱合金中，會(huì)出現(xiàn)鋼、高合金耐熱鋼及耐熱合金中，會(huì)出現(xiàn)相。相。ABAB2 2相相：如：如FeFe2 2MoMo、FeFe2 2W W、FeFe2 2NbNb等，是尺寸因等，是尺寸因素起主導(dǎo)作用的化合物，兩組元原子直徑之素起主導(dǎo)作用的化合物，兩組元原子直

33、徑之比為比為d dA A: :d dB B =1.2:1.=1.2:1.在含在含W W、MoMo、NbNb和和TiTi等等MeMe的耐熱鋼中存在。的耐熱鋼中存在。ABAB3 3相：相：NiNi3 3AlAl、NiNi3 3TiTi、FeFe3 3AlAl、NiNi3 3FeFe，是一種，是一種有序固溶體相，是介于無序固溶體與化合物有序固溶體相，是介于無序固溶體與化合物之間的過渡狀態(tài)。之間的過渡狀態(tài)。二、合金元素與二、合金元素與Fe和和C的相互作用的相互作用1 1合金元素與合金元素與FeFe的相互作用的相互作用（1 1）相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素使使A A3 3降低，降低，A A4 4升高，升高，

34、在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形成，即擴(kuò)在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形成，即擴(kuò)大了大了相區(qū)。相區(qū)。-Fe-Fe-Fe9120CA3A413940C鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：圖圖1-1 1-1 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe-Fe無限互溶的無限互溶的Fe-MeFe-Me相圖相圖(a)(a)及及Fe-NiFe-Ni相圖相圖(b)(b)開啟開啟相區(qū)相區(qū)( (無限擴(kuò)大無限擴(kuò)大相區(qū)相區(qū)) )MeMe與與-Fe-Fe形成無限固溶體，與形成無限固溶體，與-Fe-Fe形成有限固溶體。形成有限固溶體。它們均使它們均使A A3 3降低，降低，A A4 4升高。如：升高。如：MnMn、NiNi、CoCo

35、等。等。如果加入足夠量的如果加入足夠量的NiNi或或MnMn，可完全使，可完全使bccbcc的的相從相圖上消失，相從相圖上消失，相保持到室溫（即相保持到室溫（即A A1 1點(diǎn)降點(diǎn)降低），故而由低），故而由相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的穩(wěn)的A A組織，它們是不銹鋼中常用作獲得組織，它們是不銹鋼中常用作獲得A A的的元素。元素。圖圖1-2 1-2 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe-Fe有限互溶的有限互溶的Fe-MeFe-Me相圖相圖(a)(a)及及Fe-CFe-C相圖相圖(b)(b)擴(kuò)展擴(kuò)展相區(qū)相區(qū)( (有限擴(kuò)大有限擴(kuò)大相區(qū)相區(qū)) )MeMe也使也使A A3 3降低，降低，A

36、A4 4升高；升高；相區(qū)也隨相區(qū)也隨MeMe的加的加入而擴(kuò)大，但入而擴(kuò)大，但MeMe與與-Fe-Fe和和-Fe-Fe均形成有限均形成有限固溶體，最終不能使固溶體，最終不能使相區(qū)完全開啟。相區(qū)完全開啟。這類這類MeMe主要有主要有C C、N N、CuCu、ZnZn、AuAu等。等。相區(qū)相區(qū)借助借助C C及及N N而擴(kuò)展，當(dāng)而擴(kuò)展，當(dāng)C C含量在含量在0 02.11%2.11%范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，均可以獲得均勻化的固溶體（均可以獲得均勻化的固溶體（A A），這構(gòu)成了），這構(gòu)成了鋼的整個(gè)熱處理的基礎(chǔ)。鋼的整個(gè)熱處理的基礎(chǔ)。（2 2）相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素 MeMe使使A A4 4，A A3 3，在較，

37、在較寬的成分范圍內(nèi)，促使寬的成分范圍內(nèi)，促使F F形成，即形成，即了了相區(qū)。相區(qū)。圖圖1-3 1-3 封閉封閉相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe-Fe無限互溶的無限互溶的Fe-MeFe-Me相圖相圖(a)(a)及及 Fe-CrFe-Cr相圖相圖(b)(b)封閉封閉相區(qū)相區(qū)( (無限擴(kuò)大無限擴(kuò)大相區(qū)相區(qū)) )MeMe使使A A3 3，A A4 4，達(dá)到某一含量時(shí)，達(dá)到某一含量時(shí)，A A3 3與與A A4 4重重合，合，相區(qū)被封閉，或者說相區(qū)被封閉，或者說MeMe了了F F的形成，的形成，使使相與相與相區(qū)連成一片。當(dāng)相區(qū)連成一片。當(dāng)MeMe超過一定含超過一定含量時(shí)，合金不再有量時(shí)，合金不再有-相變，與相變，與

38、-Fe-Fe形成形成無限固溶體（這類合金不能用正常的熱處理無限固溶體（這類合金不能用正常的熱處理制度）。制度）。這類這類MeMe有：有：SiSi、AlAl和強(qiáng)和強(qiáng)K K形成元素形成元素CrCr、W W、MoMo、V V、TiTi及及P P、BeBe等。含等。含CrCr量量7%7%7%時(shí)，時(shí)，A A3 3才才。CrCr、V V與與-Fe-Fe完全互溶，完全互溶，W W、MoMo、TiTi等部等部分溶解分溶解. .MeMe使使A A3 3，A A4 4，使，使相區(qū)相區(qū)但不能使其完全封閉。但不能使其完全封閉。這類這類MeMe有：有：B B、NbNb、ZrZr等。等。圖圖1-4 1-4 縮小縮小相區(qū)的

39、相區(qū)的Fe-MeFe-Me相圖相圖(a)(a)及及Fe-NbFe-Nb相圖相圖(b)(b)縮小縮小相區(qū)相區(qū)( (但不能使但不能使相區(qū)封閉相區(qū)封閉) )可將可將MeMe分為分為A A形成元素和形成元素和F F形成元素形成元素兩大類，兩大類，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有重要的指導(dǎo)意義。通過控制鋼對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有重要的指導(dǎo)意義。通過控制鋼中中MeMe的種類和含量，使鋼在室溫下獲得單相的種類和含量，使鋼在室溫下獲得單相組織。如發(fā)展組織。如發(fā)展A A鋼時(shí)，需要往鋼中加入鋼時(shí)，需要往鋼中加入NiNi、MnMn、N N等等A A形成元素；欲發(fā)展形成元素；欲發(fā)展F F鋼時(shí)，需要往鋼時(shí)，需要往鋼中加入大量的鋼中加入大量的CrCr、

40、SiSi、AlAl、MoMo、TiTi等等F F形形成元素。成元素。同時(shí)向鋼中加入兩類同時(shí)向鋼中加入兩類MeMe時(shí)，其作用往往相時(shí)，其作用往往相互有所抵消?；ビ兴窒?。例外：例外：CrCr是是F F形成元素，在形成元素，在Cr18%Cr18%與與NiNi同時(shí)加入時(shí)卻促進(jìn)了同時(shí)加入時(shí)卻促進(jìn)了A A的形成。的形成。MeMe擴(kuò)大或縮小擴(kuò)大或縮小相區(qū)的作用與該元素在周相區(qū)的作用與該元素在周期表中的位置有關(guān)，與它們的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、期表中的位置有關(guān)，與它們的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、電子因素和原子大小有關(guān)。有利于擴(kuò)大電子因素和原子大小有關(guān)。有利于擴(kuò)大相區(qū)的相區(qū)的MeMe，其本身具有，其本身具有fccfcc點(diǎn)陣或在其多點(diǎn)陣或在

41、其多型性轉(zhuǎn)變中有一種型性轉(zhuǎn)變中有一種fccfcc點(diǎn)陣，與鐵的電負(fù)點(diǎn)陣，與鐵的電負(fù)性相近，與鐵的原子尺寸相近。性相近，與鐵的原子尺寸相近。2 2合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用（1 1）形成形成K Kl非非K K形成元素形成元素，相反將，相反將“推開推開”C C原子，原子， 其其活動(dòng)性，即活動(dòng)性，即 a ac c，同時(shí)將出現(xiàn)，同時(shí)將出現(xiàn)C C從固溶體中析從固溶體中析出的傾向。出的傾向。（2 2）MeMe對(duì)固溶體中對(duì)固溶體中C C活度（活度（a ac c）及擴(kuò)散系數(shù)的影響）及擴(kuò)散系數(shù)的影響MeMe對(duì)碳在固溶體中活度的影響對(duì)碳在固溶體中活度的影響主要表現(xiàn)在存主要表現(xiàn)在存在于固溶體中的在于

42、固溶體中的MeMe，會(huì)改變金屬原子與碳的，會(huì)改變金屬原子與碳的結(jié)合力或結(jié)合強(qiáng)度。結(jié)合力或結(jié)合強(qiáng)度。 K K形成元素形成元素 固溶體中固溶體中C C與與MeMe之間的結(jié)合力，之間的結(jié)合力， a ac c。在研究在研究K K、氮化物和、氮化物和碳、氮化合物在碳、氮化合物在A A中中的溶解和冷卻時(shí)它們的溶解和冷卻時(shí)它們從固溶體中的析出，從固溶體中的析出，以及熱處理過程中元以及熱處理過程中元素在各相間的再分配素在各相間的再分配這些問題時(shí)，這些問題時(shí)，MeMe對(duì)碳對(duì)碳在在A A中的活度具有很中的活度具有很重大的意義。重大的意義。 圖圖1-5 Me的摩爾原子濃度對(duì)的摩爾原子濃度對(duì) 1000時(shí)碳在時(shí)碳在A中

43、的相對(duì)活度系數(shù)中的相對(duì)活度系數(shù)Cf的影響的影響 主要表現(xiàn)在主要表現(xiàn)在C C在在A A和和F F中擴(kuò)散，中擴(kuò)散，MeMe本身在本身在A A和和F F中的擴(kuò)散、中的擴(kuò)散、MeMe對(duì)對(duì)C C在在A A和和F F中擴(kuò)散以及中擴(kuò)散以及MeMe對(duì)對(duì)FeFe的自擴(kuò)散的影響等。的自擴(kuò)散的影響等。lK K形成元素形成元素如如CrCr、MoMo和和W W等等 a ac c，即，即 了了C C在在A A中的結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激活能中的結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激活能 ，擴(kuò)散系，擴(kuò)散系數(shù)數(shù) 。 l非非K K形成元素形成元素如如NiNi、CoCo等等 a ac c，即，即 了了C C在在A A中的結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激活能中的結(jié)

44、合力，因而使擴(kuò)散激活能 ，擴(kuò)散系，擴(kuò)散系數(shù)數(shù) 。(3)Me(3)Me對(duì)對(duì)C C在在A A中的擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散系中的擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散系 數(shù)的影響數(shù)的影響例外：例外：SiSi能能 擴(kuò)散激活能，擴(kuò)散激活能， 擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，由于由于SiSi雖雖 a ac c，但同時(shí)，但同時(shí) 了了FeFe原子的活動(dòng)原子的活動(dòng)性，即性，即 了了FeFe在固溶體中的結(jié)合能，因而在固溶體中的結(jié)合能，因而得到與得到與NiNi、CoCo相反的結(jié)果。相反的結(jié)果。MeMe與碳的相互作用具有重大的實(shí)際意義與碳的相互作用具有重大的實(shí)際意義: : 它關(guān)系到所形成的它關(guān)系到所形成的K K的種類、性質(zhì)和在的種類、性質(zhì)和在鋼中的分布鋼中的

45、分布。而所有這些都會(huì)直接影響。而所有這些都會(huì)直接影響到鋼的性能，如鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨到鋼的性能，如鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性性、塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性能。同時(shí)對(duì)鋼的熱處理亦有較大的影響，能。同時(shí)對(duì)鋼的熱處理亦有較大的影響，如如A A化溫度和時(shí)間，化溫度和時(shí)間，A A晶粒的長(zhǎng)大等。晶粒的長(zhǎng)大等。由于由于MeMe與與C C有著不同的親和力，對(duì)相變過有著不同的親和力，對(duì)相變過程中程中C C的擴(kuò)散速度亦有較大影響；強(qiáng)的擴(kuò)散速度亦有較大影響；強(qiáng)K K形形成元素成元素 C C的擴(kuò)散，的擴(kuò)散， C C原子的擴(kuò)散速度；原子的擴(kuò)散速度；弱弱K K形成元素形成元素MnMn以及

46、大多數(shù)非以及大多數(shù)非K K形成元素形成元素則無此作用，甚至某些元素如則無此作用，甚至某些元素如CoCo還有還有 C C原子擴(kuò)散的作用。因而原子擴(kuò)散的作用。因而MeMe與與C C的作用對(duì)鋼的作用對(duì)鋼的相變有重要影響。的相變有重要影響。 三、合金元素對(duì)三、合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響相圖的影響1 1、 Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相圖(1)(1)鐵碳合金中的基本相鐵碳合金中的基本相 C C原子溶入原子溶入-Fe-Fe中形成的間隙固溶體，中形成的間隙固溶體，fccfcc。C C在在-Fe-Fe中的溶解度較大，最大可達(dá)中的溶解度較大，最大可達(dá)2.11%(1148)2.11%(1148)。

47、隨著溫度。隨著溫度，C C在在-Fe-Fe中的中的固溶度固溶度，在，在727727時(shí)是時(shí)是0.77%0.77%。硬度較低，。硬度較低，約為約為HB170-220HB170-220，塑性好。，塑性好。 奧氏體（奧氏體（或或A A）鐵和碳的化合物，其碳含量為鐵和碳的化合物，其碳含量為6.67%6.67%。復(fù)。復(fù)雜八面體結(jié)構(gòu)。雜八面體結(jié)構(gòu)。碳在碳在-Fe-Fe中的固溶體，中的固溶體，bccbcc。碳在。碳在-Fe-Fe中溶解度極小，最多只有中溶解度極小，最多只有0.028%(727)0.028%(727)，在，在室溫時(shí)固溶度幾乎降為零。其性能和純鐵基本室溫時(shí)固溶度幾乎降為零。其性能和純鐵基本相同，強(qiáng)

48、度極限只有相同，強(qiáng)度極限只有250MPa250MPa，硬度只有，硬度只有80HBS80HBS，但塑性但塑性( (延伸率延伸率=50%)=50%)和沖擊韌性好。和沖擊韌性好。 鐵素體（鐵素體（或或F F）滲碳體（滲碳體（FeFe3 3C C）滲碳體的硬度很高，滲碳體的硬度很高，HV800HV800，但極脆，塑性和，但極脆，塑性和韌性幾乎是零，強(qiáng)度韌性幾乎是零，強(qiáng)度Rm=30MPaRm=30MPa左右?？梢猿首笥??？梢猿势瑺?、粒狀、網(wǎng)狀和板狀形態(tài)存在。片狀、粒狀、網(wǎng)狀和板狀形態(tài)存在。F F和和FeFe3 3C C的機(jī)械混合物，其含碳量為的機(jī)械混合物，其含碳量為0.77%0.77%，性能介于，性能介

49、于F F和和FeFe3 3C C之間，緩冷時(shí)硬度之間，緩冷時(shí)硬度約為約為180180200HBS200HBS。 珠光體（珠光體（P P）含碳量為含碳量為4.3%4.3%的液態(tài)合金冷卻到的液態(tài)合金冷卻到11481148時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出A A和和FeFe3 3C C的共晶體，該共晶的共晶體，該共晶體稱為高溫萊氏體，用體稱為高溫萊氏體，用“L Ld d”表示。而在表示。而在727727以下由以下由P P和和FeFe3 3C C所組成的萊氏體稱為低所組成的萊氏體稱為低溫萊氏體，用溫萊氏體，用“L Ld d”表示。萊氏體硬而脆，表示。萊氏體硬而脆，是白口鑄鐵的基本組織。是白口鑄鐵的基本組織。

50、 萊氏體萊氏體N（0，1394）d-Fe gFeG（0，912） gFe a -Fe(2)Fe-Fe(2)Fe-Fe3 3C C相圖分析相圖分析 1 1、相圖中的點(diǎn)、相圖中的點(diǎn)（1414個(gè)）個(gè)）（1 1）組元的熔點(diǎn)：）組元的熔點(diǎn)：A(0,1538)A(0,1538)：鐵的熔點(diǎn)：鐵的熔點(diǎn)D(6.69,1227)D(6.69,1227)：FeFe3 3C C的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)（2 2）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)：）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)：（3 3）C C在鐵中最大溶解度點(diǎn)在鐵中最大溶解度點(diǎn)P(0.218P(0.218，727)727)：C C在在a - -FeFe中的最大溶解度中的最大溶解度Q(0.0008Q(0.0008

51、，RT)RT)：室溫下：室溫下C C在在a -Fe-Fe中的溶解度中的溶解度E(2.11E(2.11，1148)1148)：C C在在 g - -FeFe中的最大溶解度中的最大溶解度H(0.09H(0.09，1495)1495)：C C在在 d-Fe-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度J(J(包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)) )：( dgL)三相共存點(diǎn)三相共存點(diǎn)S(S(共析點(diǎn)共析點(diǎn)) )：(gaFe3C)C(C(共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)) )：( gLFe3C) F(6.69,1148)F(6.69,1148)：滲碳：滲碳體體 K(6.69,727)K(6.69,727)：滲碳：滲碳體體（5）其它點(diǎn)）其它點(diǎn) B(0.53B(

52、0.53，1495)1495)：發(fā)生：發(fā)生包晶反應(yīng)時(shí)液相的成分包晶反應(yīng)時(shí)液相的成分固相線固相線()：結(jié)晶：結(jié)晶時(shí)固相的成分，其下為固時(shí)固相的成分，其下為固相。相。HJBHJB包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變ECFECF共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變 PSK(APSK(A1 1線線) )共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變2 2、相圖中的線、相圖中的線液相線液相線( ():):結(jié)晶時(shí)液相結(jié)晶時(shí)液相的成分，在其上體系為液相的成分，在其上體系為液相表示恒溫轉(zhuǎn)變的線：表示恒溫轉(zhuǎn)變的線：PQPQC C在在F F中的最大溶解中的最大溶解度隨溫度的變化線度隨溫度的變化線固溶度線：固溶度線：ES(AES(Acmcm線線) )C C在在A A中的最中的最大溶解

53、度隨溫度的變化線；大溶解度隨溫度的變化線；同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變線：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變線：GS(AGS(A3 3線線) )表示含表示含C0.77%C0.77%的鋼加熱時(shí)，的鋼加熱時(shí)，F(xiàn) F轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)锳 A的終的終了溫度。了溫度。 L + L + d, L + FeL + Fe3 3C C，L + L + g , d+ g , g + a g + FeFe3 3C ,C ,a + FeFe3 3C C 3 3、相圖中的相區(qū)、相圖中的相區(qū)單相區(qū)（單相區(qū)（4 4個(gè)個(gè)1 1個(gè)）個(gè)）L、a、g、d （ Fe3C）兩相區(qū)（兩相區(qū)（7 7個(gè)）個(gè)）4 4、Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖中的轉(zhuǎn)變相圖中的轉(zhuǎn)變由液相由液相

54、直接直接結(jié)晶出結(jié)晶出單一固相單一固相的轉(zhuǎn)變，屬于非恒溫轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變，屬于非恒溫轉(zhuǎn)變。（1 1）勻晶轉(zhuǎn)變：）勻晶轉(zhuǎn)變：L g : : 由液相中直接結(jié)晶由液相中直接結(jié)晶出出g相。含碳量：相。含碳量：0.530.53 4.3%4.3%L Fe3C : 由液相中直接結(jié)由液相中直接結(jié)晶出晶出FeFe3 3C C相。含碳量：相。含碳量：4.34.36.69%6.69%L d : 由液相中直接結(jié)晶出由液相中直接結(jié)晶出d相。含碳量：相。含碳量：0 00.53%0.53%）（2 2）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 d (b.c.c) g(f.c.c)NHNH（開始線）（開始線）NJNJ（結(jié)束線）（結(jié)束線）g (f.

55、c.c) a (b.c.c)GSGS（開始線）（開始線）GPGP（結(jié)束線）（結(jié)束線）從一個(gè)固相中析出另一從一個(gè)固相中析出另一個(gè)固相的轉(zhuǎn)變。個(gè)固相的轉(zhuǎn)變。溫度降低，溫度降低，C C在在FeFe中的溶中的溶解度也降低，合金的含解度也降低，合金的含C C量就超過溶解度，多余量就超過溶解度，多余的的C C就以就以FeFe3 3C C析出。析出。（3 3）析出轉(zhuǎn)變：）析出轉(zhuǎn)變：gFe3CII析出析出aFe3CIII析出析出1 1）包晶轉(zhuǎn)變）包晶轉(zhuǎn)變HJBHJB線線 （4）恒溫轉(zhuǎn)變）恒溫轉(zhuǎn)變dH0.09LB0.53gJ0.17+1495C含義含義：由：由一定一定成分的成分的液液相相和和一定一定成分的成分的

56、固相固相生成生成另一個(gè)另一個(gè)一定成分新固相一定成分新固相的的反應(yīng)反應(yīng)2 2）共晶轉(zhuǎn)變）共晶轉(zhuǎn)變gE2.11Lc4.3Fe3C6.69+1148C含義含義：由一定成分的：由一定成分的液相液相在恒溫下同時(shí)轉(zhuǎn)變成在恒溫下同時(shí)轉(zhuǎn)變成兩個(gè)兩個(gè)一定成分一定成分的的固相固相的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。3 3）共析轉(zhuǎn)變）共析轉(zhuǎn)變aP0.0218gs0.77Fe3C6.69+727C含義：在恒溫下由含義：在恒溫下由一個(gè)固一個(gè)固定成分的固相同定成分的固相同時(shí)生成時(shí)生成兩兩個(gè)固定成分個(gè)固定成分的新的新固相固相的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變。變。產(chǎn)物：產(chǎn)物：P P。(3)典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析方法和步驟方法和步驟 在相圖的

57、橫坐標(biāo)上找出給定的成分點(diǎn)，過該點(diǎn)在相圖的橫坐標(biāo)上找出給定的成分點(diǎn)，過該點(diǎn)作成分線；作成分線； 在成分線與相圖的各條線的交點(diǎn)作標(biāo)記（一般在成分線與相圖的各條線的交點(diǎn)作標(biāo)記（一般用用1 1、2 2、3 3、4 4等）等） 根據(jù)每條線表示的轉(zhuǎn)變，寫出每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間或根據(jù)每條線表示的轉(zhuǎn)變，寫出每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間或者重要點(diǎn)上發(fā)生的轉(zhuǎn)變；由液相分析至室溫。者重要點(diǎn)上發(fā)生的轉(zhuǎn)變；由液相分析至室溫。 室溫下該成分線所在的相區(qū)，合金室溫下就具室溫下該成分線所在的相區(qū)，合金室溫下就具有那個(gè)相。組織組成物則取決于冷卻過程中發(fā)有那個(gè)相。組織組成物則取決于冷卻過程中發(fā)生的轉(zhuǎn)變。生的轉(zhuǎn)變。共析鋼共析鋼室溫平衡組織為室溫平衡組織為

58、 P P。在光學(xué)顯微鏡下在光學(xué)顯微鏡下P P的形貌是的形貌是FeFe3 3C C與與F F交替排列的層片狀交替排列的層片狀組織。若放大倍數(shù)組織。若放大倍數(shù)不夠，則層片不能不夠，則層片不能看清?？辞?。l室溫時(shí)的平衡組織：室溫時(shí)的平衡組織：F+PF+P。含碳含碳0.45%0.45%鋼的顯微組織（鋼的顯微組織（100100） 過共析鋼過共析鋼l室溫時(shí)的平衡組室溫時(shí)的平衡組織：織：P+FeP+Fe3 3C C。 lFeFe3 3C C保留在保留在P P周周圍，形成網(wǎng)狀組織，圍，形成網(wǎng)狀組織，這種網(wǎng)狀組織使鋼這種網(wǎng)狀組織使鋼的力學(xué)性能明顯的力學(xué)性能明顯 ，屬有害組織，必須屬有害組織，必須消除。消除。共晶

59、白口鐵共晶白口鐵 l室溫時(shí)的組織：室溫時(shí)的組織： lP+FeP+Fe3 3C C+Fe+Fe3 3C Cl亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵 室溫時(shí)的平衡組織：室溫時(shí)的平衡組織： P+FeP+Fe3 3C C+L+Ld d過共晶白口鐵過共晶白口鐵 lLd+FeLd+Fe3 3C C l室溫時(shí)的平衡組織：室溫時(shí)的平衡組織： L Ld+Fed+Fe3 3C C。(4) C(4) C對(duì)鐵碳合金平衡組織和力學(xué)性能的影響對(duì)鐵碳合金平衡組織和力學(xué)性能的影響1) 1) 鐵碳合金按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和鐵碳合金按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和平衡組織平衡組織的分類的分類白口白口鑄鐵鑄鐵工業(yè)工業(yè)純鐵純鐵Wc0.0218%Wc0.0218%組織：組織：F+F+少量少量FeFe3 3C CIIIIII鋼鋼亞共析鋼亞共析鋼(Wc0.77%)(Wc0.77%)(Wc0.77%)組織：組織：F+PF+P組織：組織：P+FeP+Fe3 3C CIIII組織：組織：P P亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵(Wc2.11%) P(Wc2.11%) PFeFe3 3C CIIIILdLd共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵(Wc(Wc4.3%) 4.3%) 組織：組織：LdLd過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵(Wc4.3%)(Wc4.3%)組織：組織：FeF