第2章晶體結(jié)構(gòu)

1、第二章第二章 金屬學(xué)及熱處理基礎(chǔ)金屬學(xué)及熱處理基礎(chǔ) 2.1金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 一、金屬晶體結(jié)構(gòu) 1、晶體和非晶體固體物質(zhì)按其原子排列的特征，可分為晶體和非晶體。非晶體 原子作不規(guī)則的排列，如松香、玻璃、瀝青等。晶體 原子則按一定次序作有規(guī)則的排列，如金剛石、石墨及固態(tài)金屬等。 晶體中原子在空間是按一定規(guī)律堆砌排列的。晶格 為了便于表明晶體內(nèi)部原子排列的規(guī)律，有必要把原子抽象化，把每個(gè)原子看成一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)代表原子的振動(dòng)中心。把這些點(diǎn)用直線連接起來，便形成一個(gè)空間格子，叫做晶格。2金屬晶體的結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn) 晶格中每個(gè)點(diǎn)叫結(jié)點(diǎn)。晶胞 晶格的最小單元叫做晶胞，它能代表整個(gè)晶格的原子排列規(guī)律。結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)晶胞晶胞

2、晶格常數(shù) 晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度叫做晶格常數(shù)，其大小用來度量（1 =10-8cm）。晶格常數(shù)a=b=c，而=90o的晶胞為簡(jiǎn)單立方晶胞 。 金屬的種類很多，而且它們的晶體結(jié)構(gòu)并不完全金屬的種類很多，而且它們的晶體結(jié)構(gòu)并不完全相同。工業(yè)上常用的金屬除少數(shù)具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)相同。工業(yè)上常用的金屬除少數(shù)具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)外，大多數(shù)具有簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)，常見的有三種晶格外，大多數(shù)具有簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)，常見的有三種晶格類型：類型：體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu); 面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu); 密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu) 最常見的晶格類型1、體心立方晶格a）原子分布在立方晶體的各個(gè)結(jié)點(diǎn)及中心。b）每個(gè)體心立方晶胞中僅包含2

3、個(gè)原子。c）致密度0.68屬于這類晶格的金屬有：-Fe、Cr、V、W、Mo等。2、面心立方晶格a）原子分布在立方晶體的各個(gè)結(jié)點(diǎn)及中心。b）每個(gè)體心立方晶胞中僅包含4個(gè)原子。c）致密度0.74屬于這類晶格的金屬有：-Fe、Al、Cu、Pb等。3、密排六方晶格a）原子分布在各個(gè)結(jié)點(diǎn)及上下兩個(gè)正六方面的中心，另外在六方柱體中心還有三個(gè)原子。b）每個(gè)密排六方晶胞中包含6個(gè)原子。c）致密度0.74屬于這類晶格的金屬有：Mg、Zn等。晶格致密度 三種晶格中原子排列的緊密程度：面心立方和密排六方晶格致密度均為0.74；體心立方晶格的致密度為0.68。 體心立方、面心立方、密排六方晶格密度比較3 金屬的實(shí)際晶

4、體結(jié)構(gòu)工業(yè)上使用的金屬都是由許多小晶體組成的多晶體，每個(gè)小晶體稱為晶粒。如果一整塊金屬僅由一個(gè)晶粒組成，則稱為單晶體。反之則為多晶體。晶界：晶粒與晶粒之間的界面。顯微組織：在顯微鏡下觀察到的晶粒的大小、形態(tài)和分布。1、單晶體和多晶體在實(shí)際金屬晶體中，存在原子不規(guī)則排列的局部區(qū)域，這些區(qū)域稱為晶體缺陷。按缺陷的幾何形態(tài)分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷三種。三種晶體缺陷都會(huì)造成晶格畸變，使變形抗力增大，從而提高材料的強(qiáng)度、硬度。 2、晶體缺陷1）點(diǎn)缺陷：空位和間隙原子 晶格中某個(gè)原子脫離了平衡位置，形成空結(jié)點(diǎn)，稱為空位；某個(gè)晶格間隙擠進(jìn)了原子，稱為間隙原子?？瘴慌c間隙原子周圍的晶格偏離了理想晶格，即發(fā)生

5、了“晶格畸變”。點(diǎn)缺陷的存在，提高了材料的硬度和強(qiáng)度。 2）線缺陷：即位錯(cuò) 在晶體中，有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。最簡(jiǎn)單的位錯(cuò)是刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。 位錯(cuò)對(duì)金屬的性能有著重要影響3）面缺陷：晶界和亞晶界 晶界是晶粒與晶粒之間的界面，另外，晶粒內(nèi)部也不是理想晶體，而是由位向差很小的稱為嵌鑲塊的小塊所組成，稱為亞晶粒，亞晶粒的交界稱為亞晶界。二、 金屬的結(jié)晶液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。液態(tài)金屬的凝固過程就稱為結(jié)晶。 1、結(jié)晶2、冷卻曲線與過冷度1)冷卻曲線：是溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線，可用來描述金屬的結(jié)晶規(guī)律。通過熱分析法測(cè)量繪制，即使熔化后的液體金屬緩慢冷卻，每隔一定時(shí)間記錄下溫度值

6、，將溫度T和對(duì)應(yīng)時(shí)間t繪制成T-t曲線。 時(shí)間t溫度TT0Tn 2)過冷度 圖中T0為理論結(jié)晶溫度，金屬實(shí)際結(jié)晶溫度(Tn)總是低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象，稱為過冷現(xiàn)象。而 過冷度T=T0TnT=T0Tn2、結(jié)晶的過程晶核的形成和長(zhǎng)大過程4、金屬結(jié)晶后的晶粒大小晶粒大小控制: 晶核數(shù)目: 多細(xì)(晶核長(zhǎng)得慢也細(xì))冷卻速度: 快細(xì)(因冷卻速度受限,故多加外來質(zhì)點(diǎn))晶粒粗細(xì)對(duì)機(jī)械性能有很大影響,若晶粒需細(xì)化,則從上述兩方面入手.細(xì)化晶粒的方法細(xì)化晶粒的方法 一般來說，晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度和硬度愈高，同時(shí)塑性和韌性也愈好。 1、過冷度大：冷卻速度愈大，過冷度愈大，晶 粒愈細(xì)。2、變質(zhì)處理：在實(shí)際生產(chǎn)中，有意向金

7、屬液中加入某些物質(zhì)（稱為變質(zhì)劑），使它在金屬液中形成大量分散的人工制造的非自發(fā)晶核，從而獲得細(xì)小的鑄造晶粒，這種處理方法稱為變質(zhì)處理。3、振動(dòng)：對(duì)正在結(jié)晶的金屬施以機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)和電磁振動(dòng)，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(xì)化。三、二元合金相圖三、二元合金相圖、合金及其結(jié)構(gòu) 1、合金 由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素組成的、具有金屬特征的物質(zhì)稱為合金。 2、組元 組元是指組成合金的最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。根據(jù)組元數(shù)目的多少，可將合金分為二元合金、三元合金等。 3、顯微組織 在顯微鏡下觀察到的組成相的種類、大小、形態(tài)和分布稱為顯微組織，簡(jiǎn)稱組織，因此相

8、是組成組織的基本物質(zhì)。金屬的組織對(duì)金屬的機(jī)械性能有很大的影響。 3、合金系 合金系是指有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。4、相 相是指在合金中，凡成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開的均勻組成部分。 合金中的相結(jié)構(gòu) 合金中常見的相有：液相、純金屬、固溶體和金屬化合物。1、固溶體 溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金。 特點(diǎn)：其點(diǎn)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。 固溶強(qiáng)化由于各原子大小不一，化學(xué)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，固溶體的強(qiáng)度和硬度升高。置換固溶體置換固溶體 當(dāng)合金中的二組元的原子半徑

9、相近時(shí)，更易形成這種置換固溶體。有些置換固溶體的溶解度有限，稱有限固溶體，但當(dāng)溶劑與溶質(zhì)原子的半徑相當(dāng)，并具有相同的晶格類型時(shí)，它們可以按任意比例溶解，這種置換固溶體稱為無限固溶體。溶劑結(jié)點(diǎn)上的部分原子被溶質(zhì)原子替代所形成的固溶體溶劑結(jié)點(diǎn)上的部分原子被溶質(zhì)原子替代所形成的固溶體間隙固溶體： 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)原子不占據(jù)正常的晶格結(jié)點(diǎn)，而是嵌入晶格間隙中，由于溶劑的間隙尺寸和數(shù)量有限，所以只有原子半徑較小的溶質(zhì)（如碳、氮、硼等非金屬元素）才能溶入溶劑中形成間隙固溶體，且這種固溶體的溶解度有限。固溶體的性能：固溶體與純金屬相比，不僅具有高的強(qiáng)度和硬度，還有良好的塑

10、性與韌性。一般合金都是以固溶體作為基體相。 固溶強(qiáng)化：無論形成哪種固溶體，都將破壞原子的規(guī)則排列，使晶格發(fā)生畸變，隨著溶質(zhì)原子數(shù)量的增加，晶格畸變?cè)龃?。晶格畸變?dǎo)致變形抗力增加，使固溶體的強(qiáng)度增加，所以獲得固溶體可提高合金的強(qiáng)度、硬度，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是提高金屬材料性能的重要途徑之一。 2、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。 特點(diǎn)： 1）其晶格類型和性能不同于任一組元； 2）一般具有更復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆； 3）能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低合金的塑性。 4）它的組成一般可用分子式來表示 如碳素鋼中的Fe3C、銅鋁合金中的CuAl2、合金鋼

11、中的Cr23C6及Fe4W2C等都是金屬化合物。 3、機(jī)械混合物機(jī)械混合物 由兩種或兩種以上的相按一定質(zhì)量百分比數(shù)組成的物質(zhì)稱為混合物。 混合物中各組成部分保持自己原來的晶格。其性能取決于各組成相的性能、分布形式、數(shù)量及大小。 、二元合金相圖相圖測(cè)定方法：相圖測(cè)定方法：最常用的相圖測(cè)定方法為熱分析法，即對(duì)合金系中不同成分的合金進(jìn)行加熱熔化，觀察在極其緩慢加熱和冷卻過程中內(nèi)部組織的變化，測(cè)出其相變臨界點(diǎn)，并標(biāo)于“溫度成分”坐標(biāo)中，繪成相圖。1、二元合金相圖的建立1）配置各種成分的合金；2）測(cè)定每一種合金在緩冷條件下的冷卻曲線，得到臨界點(diǎn)；3）建立坐標(biāo)系。作出臨界點(diǎn)4）連接開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)和轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)并

12、標(biāo)注數(shù)字、字母和各區(qū)內(nèi)的相或組織名稱。以以Cu-Ni合金為例合金為例,說明二元合金相圖的建立說明二元合金相圖的建立時(shí)間時(shí)間溫度溫度I合金成分Cu:100%Ni:0%CuNi80604020IIIIIIVVVI合金成分Cu:0%Ni:100%合金成分Cu:80%Ni:20%合金成分Cu:60%Ni:40%合金成分Cu:40%Ni:60%合金成分Cu:20%Ni:80%溫度溫度二元合金相圖分析二元合金相圖分析一個(gè)液相區(qū)，位于相圖的最上方，常用L表示；一個(gè)固相區(qū)，位于相圖的下方，用表示；1、相圖分析、相圖分析位于兩個(gè)區(qū)之間的區(qū)域則是液、固共存區(qū)。用 + L 表示該點(diǎn)表示純Cu的熔點(diǎn)該點(diǎn)表示純Ni的熔

13、點(diǎn)現(xiàn)以含Ni 40%的合金為例來分析其結(jié)晶過程當(dāng)合金溫度高于A點(diǎn)溫度時(shí)，合金處于液態(tài)當(dāng)合金由高溫緩慢冷卻A點(diǎn)以下，從液相中開始結(jié)晶出固溶體 ，并隨合金溫度的不斷下降，結(jié)晶出的固溶體不斷增加，液相不斷減少當(dāng)溫度下降至B點(diǎn)，液相全部消失，合金結(jié)晶結(jié)束，得到單相固溶體同樣的道理，我們可以分析任何比例同樣的道理，我們可以分析任何比例Cu-Ni合金從高溫液體冷卻至室溫固體時(shí)組合金從高溫液體冷卻至室溫固體時(shí)組織的轉(zhuǎn)變過程?？椀霓D(zhuǎn)變過程。2、結(jié)晶分析、結(jié)晶分析、共晶相圖 二元合金系中兩組元在液態(tài)下相互無限溶解，在固態(tài)下形成兩種不同的固相，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織的相圖，稱為共晶相圖。 在共晶相圖中，根據(jù)兩

14、組元在固態(tài)下相互作用的不同，共晶相圖又可分為簡(jiǎn)單共晶相圖和一般共晶相圖。 1)簡(jiǎn)單共晶相圖：兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下互不溶解的共晶相圖稱為簡(jiǎn)單共晶相圖。 簡(jiǎn)單共晶相圖中的特性點(diǎn)、線、區(qū)：簡(jiǎn)單共晶相圖中的特性點(diǎn)、線、區(qū)： a特性點(diǎn)：特性點(diǎn)： 組元組元X的的熔點(diǎn)熔點(diǎn) 組元組元Y的的熔點(diǎn)熔點(diǎn) 共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) b特性線：特性線： ACB線為液相線線為液相線 2.2鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖分析分析1純鐵純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變： 液態(tài)純鐵在1538時(shí)進(jìn)行結(jié)晶，得到具有體心立方晶格的鐵，稱為-Fe；當(dāng)溫度降至1394時(shí)，發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?，稱為-Fe；溫度降至912時(shí)，面心立方晶格又

15、轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格，為便于區(qū)分前面的體心立方晶格，912轉(zhuǎn)變的體心立方晶格稱為-Fe。 1394 912 - Fe - Fe - Fe 一.鐵碳合金的基本組織2滲碳體 滲碳體是鐵和碳所形成的間隙化合物。具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，用符號(hào)Fe3C（或Cm）表示；其熔點(diǎn)為1227，不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，具有硬而脆的特性，延伸率接近為零。在鐵碳合金相圖中直接從液相中析出的滲碳體稱為一次滲碳體，表示為Fe3C；而從固相中析出的滲碳體則稱為二次滲碳體，表示為Fe3C。 3鐵素體 鐵素體是碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體。具有體心立方晶格，常用符號(hào)F表示；碳在鐵素體中的溶解度很小，在727時(shí)最大溶解度為0.0218

16、%，并隨溫度的下降，溶解度隨之下降，正是由于其含碳量很低，其性能與純鐵接近，具有良好的塑、韌性，但強(qiáng)度和硬度較低。4奧氏體 奧氏體是碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體。具有面心立方晶格，常用符號(hào)A表示；碳在奧氏體中的溶解度在1148時(shí)最大為2.11%，并隨溫度的下降，溶解度隨之下降，在727溶碳度為0.77 %。奧氏體強(qiáng)度不高，但具有良好的塑性和可鍛性。5珠光體 珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物。含碳量為0.77%，常用符號(hào)P表示，是鐵素體和滲碳體片狀相間、交替結(jié)晶而成的混合物。因而強(qiáng)度較高，硬度適中，并具有一定的塑性。 6萊氏體 在鐵碳合金中萊氏體分為兩類，其一是在1148時(shí)結(jié)晶出的奧氏體和滲碳

17、體的混合物，稱為高溫萊氏體，常用符號(hào)Ld表示；在727時(shí)，由于奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，高溫萊氏體中奧氏體和滲碳體的混合物轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和滲碳體的混合物，這種在727以下由珠光體和滲碳體的混合物稱為低溫萊氏體，用符號(hào)Ld表示。由于萊氏體含碳量為4.3%，因此具有很高的硬度，但塑性很差。 二.鐵碳合金相圖分析 在鐵碳合金中，由于含碳量大于6.69%后，脆性極大，已無實(shí)用價(jià)值。因而在生產(chǎn)中通常使用含碳量小于5%的鐵碳合金。本著實(shí)用的原則，鐵碳相圖僅研究含碳量小于6.69%的那部分合金，所以鐵碳合金相圖也可以視為鐵-滲碳體相圖。1鐵碳合金相圖中的三個(gè)轉(zhuǎn)變 包晶轉(zhuǎn)變： L（液相）+ （高溫鐵素體） A （奧氏

18、體） 1495C 共晶轉(zhuǎn)變： L （液相） Ld(高溫鐵素體)（A + Fe3C） 1148C共析轉(zhuǎn)變：A （奧氏體） P（珠光體）（F + Fe3C）727C 2鐵碳合金相圖中的特性點(diǎn)、線、面 特性點(diǎn)溫度（）含碳量（%）含義A15380純鐵的熔點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)D12276.69滲碳體的熔點(diǎn)E11482.11碳在奧氏體中的最大溶解度G9120純鐵同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)：- Fe - FeJ14950.17包晶點(diǎn)N13940純鐵同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)：- Fe - FeP7270.0218碳在鐵素體中的最大溶解度S7270.77共析點(diǎn)2. 鐵碳合金相圖中常用特性線及其含義 特性線含義ABCD線液相線，在

19、該線以上全部為液相態(tài)，其中在AB線以下析出鐵，在BC線以下析出奧氏體，在CD線以下析出滲碳體。AHJECF線固相線，在該線以下全部為固相。ES線常稱為Acm線，碳在奧氏體中的固溶線。最大溶解度為1148時(shí)的2.11%，最小溶解度為727時(shí)0.77%。在其中隨溫度的下降析出二次滲碳體。GS線常稱為A3線，冷卻時(shí)為奧氏體中析出鐵素體的開始線；加熱時(shí)為鐵素體溶入奧氏體的終了線。ECF線共晶轉(zhuǎn)變線，含碳量在2.11%6.69%的合金在該線上，液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變生成奧氏體和滲碳體的混合物即萊氏體。PSK線共析轉(zhuǎn)變線，常稱為A1線，在該線上奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和滲碳體的混合物即珠光體。3鐵碳合金的分類根據(jù)鐵碳

20、合金中含碳量及組織的不同分為以下三類：工業(yè)純鐵：含碳量小于0.0218%，組織為鐵素體。鋼：含碳量為0.0218%2.11%，特點(diǎn)是高溫時(shí)都有單相奧氏體組織。根據(jù)室溫組織的不同，鋼又可分為以下幾類 鋼的類別含碳量（%）組織亞共析鋼0.02180.77鐵素體（F）+珠光體（P）共析鋼0.77珠光體（P）過共析鋼0.772.11滲碳體（Fe3C）+珠光體（P）白口鑄鐵：含碳量為2.11%6.69%，特點(diǎn)是液態(tài)結(jié)晶時(shí)都有共晶轉(zhuǎn)變。根據(jù)室溫組織的不同，白口鑄鐵又可分為以下幾類 白口鑄鐵的類別含碳量（%）組織亞共晶白口鑄鐵2.114.3珠光體（P）+萊氏體（Ld）+二次滲碳體（Fe3C）共晶白口鑄鐵4.

21、3萊氏體（Ld）過共晶白口鑄鐵4.3滲碳體（Fe3C）+萊氏體（Ld）4典型鐵碳合金的平衡組織亞共析鋼： 從圖中可看出溫度在1點(diǎn)以上時(shí)，合金全部為液相，當(dāng)溫度降至1點(diǎn)時(shí)，液相中開始析出固相奧氏體（A），在12點(diǎn)之間為液相L+固相A；當(dāng)溫度降至2點(diǎn)時(shí)，殘余液體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（A），在23點(diǎn)之間為單相奧氏體；溫度降至3點(diǎn)（GS線）時(shí)，奧氏體中析出鐵素體，在34點(diǎn)之間為奧氏體A+鐵素體F，在此期間隨鐵素體的析出，殘余奧氏體中含碳量沿GS線逐步增加，溫度降至4點(diǎn)（即共析線）時(shí)，殘余奧氏體含碳量達(dá)到0.77%，此時(shí)殘余奧氏體在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變AP（F+ Fe3C），因而在4點(diǎn)以下的組織為：F+P，并

22、保持至室溫 共析鋼： 從圖中可以看出溫度在1點(diǎn)（BC線）以上時(shí)，合金全部為液相，當(dāng)溫度降至1點(diǎn)時(shí)，液相中開始析出固相奧氏體（A），在12點(diǎn)（BC線與JE線）之間為液相L與固相A共存；溫度降至2點(diǎn)時(shí)，殘余液體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（A），在23點(diǎn)之間為單相奧氏體；溫度降至3點(diǎn)（S點(diǎn)）時(shí)，單相奧氏體在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變AP（F+ Fe3C），奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，因而在3點(diǎn)以下組織為：P，并保持至室溫。 過共析鋼： 從圖中可看出溫度在1點(diǎn)以上時(shí)，合金全部為液相，當(dāng)溫度降至1點(diǎn)時(shí)，液相中開始析出固相奧氏體（A），在12點(diǎn)（BC線與JE線）之間為液相L+固相A；當(dāng)溫度降至2點(diǎn)時(shí)，殘余液體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（

23、A），在23點(diǎn)之間為單相奧氏體；溫度降至3點(diǎn)（ES線）時(shí)，奧氏體中析出二次滲碳體（Fe3C），在34點(diǎn)之間為：奧氏體A+二次滲碳體Fe3C，在此期間隨二次滲碳體的析出，殘余奧氏體中含碳量沿ES線逐步降低，溫度降至4點(diǎn)（即共析線）時(shí)，殘余奧氏體含碳量達(dá)到0.77%，此時(shí)殘余奧氏體在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變AP（F+ Fe3C），因而在4點(diǎn)以下的組織為： P + Fe3C，并保持至室溫。 亞共晶白口鑄鐵： 從圖中可看出溫度在1點(diǎn)以上時(shí)，合金全部為液相，當(dāng)溫度降至1點(diǎn)時(shí)，液相中開始析出固相奧氏體（A），在12點(diǎn)（BC線與EC線）之間為液相L+固相A；當(dāng)溫度降至2點(diǎn)時(shí)，殘余液體在恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L殘Ld（

24、A+ Fe3C）全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體與滲碳體的混合物萊氏體（Ld）組織，結(jié)晶在2點(diǎn)（EC線）結(jié)束時(shí)組織為：A+ Ld 。隨著溫度下降，奧氏體中析出二次滲碳體（Fe3C），在23點(diǎn)（EC線與PSK線）之間為：萊氏體（Ld）+奧氏體A+二次滲碳體Fe3C，在此期間隨二次滲碳體的析出，奧氏體中含碳量延ES線逐步降低，溫度降至3點(diǎn)（即共析線）時(shí)，奧氏體含碳量達(dá)到0.77%，此時(shí)奧氏體在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變AP（F+ Fe3C），同時(shí)高溫萊氏體（Ld）轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體Ld（P+ Fe3C），因而在3點(diǎn)以下的組織為： Ld + P + Fe3C，并保持至室溫。 共晶白口鑄鐵： 從圖中可以看出溫度在1點(diǎn)（C點(diǎn)）以

25、上時(shí)，合金全部為液相，當(dāng)溫度降至1點(diǎn)時(shí)，合金液體在恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變LLd（A+ Fe3C），全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體與滲碳體的混合物萊氏體（Ld）組織。當(dāng)溫度在12點(diǎn)（EC線與PSK線）之間時(shí)，萊氏體中的奧氏體不斷析出二次滲碳體，依附在共晶滲碳體上，使奧氏體含碳量不斷下降。在此溫度區(qū)間組織為：Ld 。溫度降至2點(diǎn)（PSK線）時(shí)，由于奧氏體含碳量降至0.77%，即在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變AP（F+ Fe3C），奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，因而高溫萊氏體Ld（A+ Fe3C）轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體Ld（P+ Fe3C），2點(diǎn)以下組織為： Ld，并保持至室溫。 過共晶白口鑄鐵： 從圖中可看出溫度在1點(diǎn)以上時(shí)，鐵碳合金全部為

26、液相，當(dāng)溫度降至1點(diǎn)時(shí)，液相中開始析出固相滲碳體（Fe3C），在12點(diǎn)（CD線與CF線）之間為液相L+固相Fe3C；當(dāng)溫度降至2點(diǎn)時(shí)，殘余液體在恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L殘Ld（A+ Fe3C）全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體與滲碳體的混合物萊氏體（Ld）組織，因此在23點(diǎn)（EC線與PSK線）之間組織為：Fe3C+ Ld 。溫度降至3點(diǎn)（即共析線）時(shí)，高溫萊氏體（Ld）轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體Ld（P+ Fe3C），因而在3點(diǎn)以下的組織為： Ld+ Fe3C，并保持至室溫。 5鐵碳合金成份、組織與性能的關(guān)系 含碳量對(duì)組織的影響： 含碳量變化鐵碳合金類別成份區(qū)域組織0.0218%6.69% 亞共析鋼0.0218%0.77%F

27、+P共析鋼0.77%P過共析鋼0.77%2.11%P + Fe3C亞共晶白口鑄鐵2.11%4.3%Ld + P + Fe3C共晶白口鑄鐵4.3%Ld 過共晶白口鑄鐵6.69%Ld + Fe3C 正是由于鐵碳合金的組織隨著含碳量的變化而變化，不同成份的合金才會(huì)呈現(xiàn)出不同的性能。 含碳量對(duì)性能的影響： 鐵碳合金的力學(xué)性能主要決定于鐵素體和滲碳體相對(duì)含量的多少。 含碳量對(duì)工藝性能的影響 2.3鋼的熱處理鋼的熱處理 熱處理是通過對(duì)鋼及其合金在固態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜帷⒈睾屠鋮s以獲得所需的組織結(jié)構(gòu)和性能的工藝。 鋼的熱處理可以分為以下種類：退火普通熱處理 正火 淬火熱處理 回火表面熱處理火焰加熱表面淬

28、火感應(yīng)加熱（高頻、中頻、工頻）化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲及滲金屬等。 熱處理工藝過程可以用以溫度時(shí)間坐標(biāo)系中的曲線圖表示，這種曲線就稱為熱處理工藝曲線。 一、 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變1奧氏體晶粒的形核和長(zhǎng)大 當(dāng)鋼加熱到Ac1以上時(shí)，珠光體就要向奧氏體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的過程大致分為兩個(gè)階段：奧氏體晶粒的形成和長(zhǎng)大與殘余滲碳體的溶解；奧氏體成份的均勻化 2奧氏體的晶粒度 在一定加熱條件下獲得的奧氏體晶粒的大小就稱為實(shí)際奧氏體晶粒度，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)際晶粒度制訂了八個(gè)等級(jí) ，即將鋼的金相試樣放大100倍與標(biāo)準(zhǔn)晶粒度作比較。14級(jí)為粗晶粒，58級(jí)為細(xì)晶粒。 3影響奧氏體形成速度的因素加熱溫度：一般來說，加熱溫度

29、越高，完成轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間就越短。 原始組織：由奧氏體的形成過程可知：奧氏體晶核主要產(chǎn)生于原始組織中鐵素體與滲碳體的相界面上，原始組織中滲碳體的晶粒愈細(xì)小，滲碳體與鐵素體的相界面愈大，這就有利于奧氏體的形成。化學(xué)成份：含碳量增加，碳化物的數(shù)量也增加，這就使得鐵素體與滲碳體的兩相界面增大。顯然這對(duì)奧氏體的形核以及長(zhǎng)大是有利的，但由于含碳量增加，滲碳體數(shù)量也同時(shí)增多，致使奧氏體中滲碳體的溶解時(shí)間增長(zhǎng)。合金元素：由于合金元素所形成的碳化物具有熔點(diǎn)高、穩(wěn)定不易分解且硬度高等特點(diǎn)，合金元素對(duì)奧氏體的形成不同程度地起到了阻礙的作用。 二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1鋼的過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線2過冷奧氏體的連續(xù)冷

30、卻轉(zhuǎn)變鋼的臨界冷卻速度：在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中，要獲得單一的馬氏體組織，就必須保證一定的冷卻速度來抑制其它類型的轉(zhuǎn)變。從連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖中可以看到，只有連續(xù)冷卻的冷卻速度大于某一個(gè)特定的冷卻速度才能獲得全馬氏體組織。這個(gè)能使奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所必須的最小冷卻速度就稱為臨界冷卻速度，用“V臨”表示。 3奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能1)珠光體型轉(zhuǎn)變：過冷奧氏體在高溫區(qū)A1550范圍內(nèi)，奧氏體等溫分解為片狀鐵素體和片狀滲碳體的機(jī)械混合物，等溫溫度越低，珠光體的片層距離越小，硬度也越高。根據(jù)片層的粗細(xì)程度可進(jìn)一步區(qū)分為珠光體（P）、索氏體（S）、屈氏體（T）三種組織形態(tài)。 2)貝氏體型轉(zhuǎn)變：過冷奧氏體在

31、中溫區(qū)550230范圍內(nèi)等溫形成的貝氏體組織（用“B”表示），是鐵素體和滲碳體或過飽和的固溶體與碳化物的機(jī)械混合物 。貝氏體分為兩種：上貝氏體，用“B上”表示；下貝氏體，用“B下”表示。 3)馬氏體型轉(zhuǎn)變：馬氏體轉(zhuǎn)變是在奧氏體過冷到MS點(diǎn)（230左右）以下連續(xù)冷卻過程中形成的，由于急速地冷卻到230以下，此時(shí)奧氏體中的碳原子已無法擴(kuò)散，前述兩種轉(zhuǎn)變類型已不可能進(jìn)行，所以碳原子就被保留在鐵素體內(nèi)形成過飽和的鐵素體，故馬氏體也稱為碳在Fe中的過飽和固溶體，用“M”表示。馬氏體常見的有兩種形態(tài)：低碳鋼中形成的板條馬氏體和高碳鋼中形成的針狀（片狀）馬氏體。 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：馬氏體轉(zhuǎn)變是無擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 馬氏體是變溫轉(zhuǎn)變 馬氏體轉(zhuǎn)變的不完全性 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體由于晶格類型不同，由面心立方轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心正方，結(jié)果使馬氏體的體積增大，這也是形成馬氏體后為什么會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力的主要原因。馬氏體轉(zhuǎn)變的穩(wěn)定化現(xiàn)象 三、鋼的退火與正火工藝1退火：是把鋼加熱到臨界溫度（Ac1 、Ac3、Accm）以上或以下（Ac1），在該溫度下保溫一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻到室溫的