材料的組織結構

1、第第2 2章章 材料材料的組織結構的組織結構2.1.1 金屬的理想晶體結構金屬的理想晶體結構 （一）晶體與非晶體（一）晶體與非晶體 (二二)晶格、晶胞和晶格常數(shù)晶格、晶胞和晶格常數(shù)（三）金屬晶格的常見類型（三）金屬晶格的常見類型（1）體心立方晶格）體心立方晶格鉻、鎢、鉬、釩、鈮和鉻、鎢、鉬、釩、鈮和912 以下的鐵的鐵（2）面心立方晶格）面心立方晶格鋁、銅、鎳、鉛、金、銀鋁、銅、鎳、鉛、金、銀和和912-1394 的鐵的鐵（3）密排六方晶格）密排六方晶格 鎂、鋅、鎘、鈹?shù)?。鎂、鋅、鎘、鈹?shù)取?.1.22.1.2、金屬的實際晶體結構、金屬的實際晶體結構1.點缺陷點缺陷 （零維缺陷）：空位，間隙原

2、子，雜質(zhì)原子（零維缺陷）：空位，間隙原子，雜質(zhì)原子 2.線缺陷（一維缺陷）：位錯線缺陷（一維缺陷）：位錯 3.面缺陷（二維缺陷）：晶界，亞晶界，層錯，孿晶界面缺陷（二維缺陷）：晶界，亞晶界，層錯，孿晶界2.1.2 2.1.2 金屬的實際晶體結構金屬的實際晶體結構2.1.22.1.2、金屬的、金屬的實際晶體結構實際晶體結構n（一）、點缺陷（一）、點缺陷 空位空位和間隙原子和間隙原子 以某個點為中心、在它的周以某個點為中心、在它的周圍造成原子排列不規(guī)則，產(chǎn)生圍造成原子排列不規(guī)則，產(chǎn)生晶格畸變相的晶體缺陷晶格畸變相的晶體缺陷。n1 1、間隙原子間隙原子：在晶格的間：在晶格的間隙處出現(xiàn)多余原子的晶體；

3、隙處出現(xiàn)多余原子的晶體；間隙原子間隙原子晶格空位晶格空位置換原子置換原子2.1.2 2.1.2 金屬的實際晶體結構金屬的實際晶體結構n2 2、晶格空位晶格空位：在晶格的結：在晶格的結點處出現(xiàn)缺少原子的晶體；點處出現(xiàn)缺少原子的晶體；n3 3、置換原子置換原子：在晶格的：在晶格的結點處出現(xiàn)原子直徑不同的結點處出現(xiàn)原子直徑不同的異類原子。異類原子。n點缺陷使金屬抵抗塑性點缺陷使金屬抵抗塑性變形的能力提高變形的能力提高，從而使金，從而使金屬強度提高。屬強度提高。（二）、線缺陷（二）、線缺陷位錯位錯 晶體中某一列或晶體中某一列或若干列原子發(fā)生了有若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。規(guī)律的錯排現(xiàn)象。應力場應

4、力場2.1.2 2.1.2 金屬的實際晶體結構金屬的實際晶體結構特點特點：受力后沿：受力后沿某些晶面移動，導致某些晶面移動，導致金屬變形，互相作用，金屬變形，互相作用，使位錯使位錯 的阻力增大，的阻力增大，金屬強度提高。金屬強度提高。（三）面缺陷（三）面缺陷晶界和亞晶界晶界和亞晶界 晶界晶界：不同位向的兩：不同位向的兩晶粒之間的過渡層。晶粒之間的過渡層。 亞晶亞晶：晶粒內(nèi)部尺寸：晶粒內(nèi)部尺寸很小、位向差很小的小很小、位向差很小的小晶塊。晶塊。 亞晶界亞晶界：亞晶之間：亞晶之間的界面。的界面。 面缺陷面缺陷：晶界和亞晶：晶界和亞晶界。界。 亞晶界亞晶界晶界晶界亞晶界亞晶界晶界晶界2.1.2 2.

5、1.2 金屬的實際晶體結構金屬的實際晶體結構面缺陷是位錯運動的面缺陷是位錯運動的障礙，晶粒、亞晶越細障礙，晶粒、亞晶越細小，界面越多，晶格畸小，界面越多，晶格畸變越大，位錯阻力越大，變越大，位錯阻力越大，金屬強度越高。金屬強度越高。2.1.3 2.1.3 金屬材料的結構金屬材料的結構特點特點n（一）、基本概念（一）、基本概念n1 1、合金合金：兩種或兩種以上的金屬元：兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬性質(zhì)的新金屬。屬性質(zhì)的新金屬。n 、組元組元：組成合金最基本、能獨立：組成合金最基本、能獨立存在的物質(zhì)（可以是化學元素也可以是穩(wěn)存在的

6、物質(zhì)（可以是化學元素也可以是穩(wěn)定的化合物）。定的化合物）。 n3 3、合金系合金系 ：有相同組元而成分比：有相同組元而成分比例不同的一系列合金。例不同的一系列合金。 n4 4、相相 ：在合金中，：在合金中，化學成分一致化學成分一致、物理狀態(tài)相同物理狀態(tài)相同，與其他部分有明顯界面的，與其他部分有明顯界面的部分。部分。 2.1.3 2.1.3 金屬材料的結構金屬材料的結構特點特點n 、顯微組織和組織組成物、顯微組織和組織組成物 組織組織：由單相或多相組成的具有一定形態(tài)的聚合物。：由單相或多相組成的具有一定形態(tài)的聚合物。 顯微組織顯微組織：顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)、大小和配置：顯微鏡下看到的相和

7、晶粒的形態(tài)、大小和配置狀態(tài)。狀態(tài)。 組織組成物組織組成物：構成顯微組織的獨立部分，它可以是單相或：構成顯微組織的獨立部分，它可以是單相或多相混合物。多相混合物。2.1.3 2.1.3 金屬材料的結構金屬材料的結構特點特點 1 1 、固溶體、固溶體 固溶體固溶體：一種組元均勻的溶解在：一種組元均勻的溶解在另一組元中而形成的晶體相。另一組元中而形成的晶體相。固溶體是單相，晶格類型與溶劑固溶體是單相，晶格類型與溶劑相同。相同。溶劑溶劑：晶格保持不變的組元。：晶格保持不變的組元。溶質(zhì)溶質(zhì)：晶格消失的組元。：晶格消失的組元。2.1.3 2.1.3 金屬材料的結構金屬材料的結構特點特點n（1 1）置換固溶

8、體）置換固溶體當溶質(zhì)原子代替了當溶質(zhì)原子代替了溶劑晶格的某些結點原溶劑晶格的某些結點原子而形成的固溶體子而形成的固溶體。 n形成無限固溶體的形成無限固溶體的條件條件：兩組元具有相同：兩組元具有相同的晶格，原子直徑相差的晶格，原子直徑相差很小。很小。 2.1.3 2.1.3 金屬材料的結構金屬材料的結構特點特點n（2 2）間隙固溶體）間隙固溶體溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格間隙處而形成的晶體相。間隙處而形成的晶體相。形成條件形成條件：兩組元直徑相：兩組元直徑相差較大。差較大。由于兩組元原子大小和性由于兩組元原子大小和性能上的差別，導致晶格發(fā)生畸能上的差別，導致晶格發(fā)生畸變、歪扭，使

9、晶體的位錯運動變、歪扭，使晶體的位錯運動阻力增大，合金塑性變形抗力阻力增大，合金塑性變形抗力增大，由此強化了合金。增大，由此強化了合金。固溶強化固溶強化：因形成固溶體：因形成固溶體而引起合金強度、硬度升高，而引起合金強度、硬度升高，但塑性和韌性下降的現(xiàn)象。但塑性和韌性下降的現(xiàn)象。2.1.3 2.1.3 金屬材料的結構金屬材料的結構特點特點n 2 2、金屬化合物、金屬化合物 合金中各組元原子按一定整數(shù)比結合金中各組元原子按一定整數(shù)比結合而形成的晶體相。合而形成的晶體相。 金屬化合物也是單相，可看成是一金屬化合物也是單相，可看成是一個組元。個組元。第二相（彌散）強化：第二相（彌散）強化：在合金中，

10、在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均習分布在金屬化合物若以細小的粒狀均習分布在固溶體相的基體上使合金的強度、硬度固溶體相的基體上使合金的強度、硬度進一步提高的現(xiàn)象。進一步提高的現(xiàn)象。2.1.3 2.1.3 金屬材料的結構金屬材料的結構特點特點n 3 3、機械混合物、機械混合物 兩種以上的相緊密混合而成的獨兩種以上的相緊密混合而成的獨立整體。立整體。機械混合物的性能取決于各組成機械混合物的性能取決于各組成相的性能，及其數(shù)量、形狀、大小與相的性能，及其數(shù)量、形狀、大小與分布等。分布等。2.3 2.3 金屬的結晶與細晶強化金屬的結晶與細晶強化 結晶結晶：金屬從液態(tài)變成固態(tài)：金屬從液態(tài)變成固態(tài)的過程。

11、的過程。 1.1.結晶過程結晶過程 1 1）晶核的產(chǎn)生；）晶核的產(chǎn)生；2 2）晶核的長大。）晶核的長大。 2.3 2.3 金屬的結晶與細晶強化金屬的結晶與細晶強化 1 1）液態(tài)金屬在冷卻過程中，由于熱量向外散失，溫度）液態(tài)金屬在冷卻過程中，由于熱量向外散失，溫度不斷下降；不斷下降；n2 2）當冷卻到某一溫度時開始結晶，結晶放出的熱補償了）當冷卻到某一溫度時開始結晶，結晶放出的熱補償了向外散失的熱量；向外散失的熱量；n3 3）結晶結束，溫度重新下降。）結晶結束，溫度重新下降。理論結晶溫度純金屬純金屬多數(shù)合金多數(shù)合金實際開始結晶溫度實際冷卻曲線實際冷卻曲線2.3 2.3 金屬的結晶與細晶強化金屬的

12、結晶與細晶強化 2.2.結晶溫度結晶溫度 純金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的純金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的溫度。溫度。2.3 2.3 金屬的結晶與細晶強化金屬的結晶與細晶強化過冷現(xiàn)象過冷現(xiàn)象：金屬實：金屬實際結晶溫度較理論結晶際結晶溫度較理論結晶溫度為低的現(xiàn)象。溫度為低的現(xiàn)象。過冷度過冷度：理論結晶：理論結晶溫度與實際結晶溫度之溫度與實際結晶溫度之差。差。冷卻速度越大，過冷卻速度越大，過冷度越大，實際結晶溫冷度越大，實際結晶溫度越低。度越低。10TTT2.3 2.3 金屬的結晶與細晶強化金屬的結晶與細晶強化2.3 2.3 金屬的結晶與細晶強化金屬的結晶與細晶強化3.3.晶核的形成與細晶強化晶核的形成與細晶強化

13、 自發(fā)晶自發(fā)晶：由金屬自身原子團形成晶核；：由金屬自身原子團形成晶核； 非自發(fā)非自發(fā)晶晶：依服外來固體雜質(zhì)形成晶核；：依服外來固體雜質(zhì)形成晶核； 細晶強化：細晶強化：金屬的強度、塑性和韌性都隨金屬的強度、塑性和韌性都隨晶粒的細化而提高。晶粒的細化而提高。2.3 2.3 金屬的結晶與細晶強化金屬的結晶與細晶強化晶粒大小對力學性能的影響晶粒大小對力學性能的影響晶粒的大小及其控制晶粒的大小及其控制增加過冷度，提高形核率增加過冷度，提高形核率 變質(zhì)處理，促進非自發(fā)形核變質(zhì)處理，促進非自發(fā)形核澆澆注前向金屬液體中加入一些促進生核或注前向金屬液體中加入一些促進生核或作為晶核的物質(zhì)使金屬晶粒細化的方法。作為

14、晶核的物質(zhì)使金屬晶粒細化的方法。振動，打碎枝晶振動，打碎枝晶 金屬在結晶時，對液態(tài)金屬附加振動、金屬在結晶時，對液態(tài)金屬附加振動、超聲波振動和電磁振動等措施，使結晶超聲波振動和電磁振動等措施，使結晶的金屬經(jīng)振動而破碎，增加了生核率，的金屬經(jīng)振動而破碎，增加了生核率，從而使晶粒細化。從而使晶粒細化。2.3 2.3 金屬的結晶與細晶強化金屬的結晶與細晶強化2.4 2.4 材料材料的同素異構現(xiàn)象的同素異構現(xiàn)象金屬的同素異構金屬的同素異構轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結結晶過程相似，遵循液晶過程相似，遵循液體結晶的一般規(guī)律：體結晶的一般規(guī)律：n1 1、恒溫轉(zhuǎn)變；、恒溫轉(zhuǎn)變；n2 2、轉(zhuǎn)變時有過、轉(zhuǎn)變

15、時有過冷現(xiàn)象；冷現(xiàn)象；n3 3、轉(zhuǎn)變過程由、轉(zhuǎn)變過程由生核生核和長大兩個基本和長大兩個基本過程組成。過程組成。2.4 2.4 材料材料的同素異構現(xiàn)象的同素異構現(xiàn)象2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖n2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖 凝固凝固：一切物質(zhì)從液態(tài)到固態(tài)的一切物質(zhì)從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程。轉(zhuǎn)變過程。若凝固后形成晶體結構，若凝固后形成晶體結構，該轉(zhuǎn)變過程稱為該轉(zhuǎn)變過程稱為結晶結晶。合金相圖合金相圖：在十分緩慢的冷卻條在十分緩慢的冷卻條件下，合金狀態(tài)與成分之間關系的圖件下，合金狀態(tài)與成分之間關系的圖形。形。( (狀態(tài)圖、平衡圖狀態(tài)圖、平衡圖) )。2.5.1 2.5.1

16、 二元合金二元合金相圖相圖n二元合金相圖的建立及勻晶二元合金相圖的建立及勻晶相圖相圖 建立合金系的相圖最主要是建立合金系的相圖最主要是測定各種不同成分合金的測定各種不同成分合金的臨界點臨界點。測定方法測定方法：磁性分析、膨脹：磁性分析、膨脹分析、電阻測量、分析、電阻測量、X X射線分析及射線分析及熱熱分析法分析法等。等。2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖勻晶相圖勻晶相圖：兩組元組成的：兩組元組成的合合金系金系，在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也，在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也能無限互溶，形成固溶體的相圖。能無限互溶，形成固溶體的相圖。2.5 2.5 鐵碳合

17、金相圖鐵碳合金相圖2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖 Cu-NiCu-Ni合金相圖建立合金相圖建立的具體步驟：的具體步驟： n（1 1）配制配制一系列不一系列不同成分的銅鎳合金。同成分的銅鎳合金。n（2 2）將上述合金）將上述合金熔熔化化后分別測定它們的后分別測定它們的冷卻冷卻曲線并找出曲線并找出臨界點臨界點。n （3 3）將各合金臨界）將各合金臨界點標在以溫度為縱坐標、點標在以溫度為縱坐標、以成分為橫坐標的坐標系以成分為橫坐標的坐標系中。中。 n（4 4）將臨界點溫度）將臨界點溫度中，相同物理意義的點中，相同物理意義的點連連接接起來。起來。2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相

18、圖2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖相圖分析相圖分析 圖中圖中A A、B B分別為分別為CuCu、NiNi的熔點；兩的熔點；兩相區(qū)的存在，說明該合金相區(qū)的存在，說明該合金的結晶是在一定的溫度范的結晶是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的，不同于純金圍內(nèi)進行的，不同于純金屬。只有滿足形成無限置屬。只有滿足形成無限置換固溶體的兩組元才能形換固溶體的兩組元才能形成這類相圖。成這類相圖。2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖合金結晶過程分析合金結晶過程分析：合金的含量不同，結晶：合金的含量不同，結晶溫度不同。溫度不同。2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳

19、合金相圖2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖 設設W Wm m和和W Wn n為為t t0 0溫度下液相和固相的相對重量，溫度下液相和固相的相對重量，則：則：mkknWWnm%100mnknWm%100mnmkWn2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖n（一）共晶相圖（一）共晶相圖 共晶相圖共晶相圖：二組元在液態(tài)下無限互溶，：二組元在液態(tài)下無限互溶，在固態(tài)下有限溶解并發(fā)生共晶反映的合金在固態(tài)下有限溶解并發(fā)生共晶反映的合金系形成共晶相圖。系形成共晶相圖。共晶反應共晶反應：從某種：從某種成分固定成分固定的合金的合金溶溶液液中，在一定中，

20、在一定恒溫恒溫下同時下同時結晶結晶出兩種成分出兩種成分和結構都不同的和結構都不同的固相固相的反應。的反應。2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖共晶相圖共晶相圖合金系分類合金系分類共晶合金共晶合金亞共晶合金亞共晶合金過共晶合金過共晶合金2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖圖中圖中L L為液相；為液相；為為S Sn n（錫）溶于（錫）溶于P Pb b（鉛）中形成的固（鉛）中形成的固溶體；溶體； 為為P Pb b 溶于溶于S Sn n 中形成的固溶體。中形成的固溶體。2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵

21、碳合金相圖反應產(chǎn)物：兩相混合物共晶組織或共晶體。反應產(chǎn)物：兩相混合物共晶組織或共晶體。2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖 M M點（點（w wSnSn=19%=19%），），N N點（點（w wP Pb b=2.5%=2.5%），），A A、B B分別為分別為鉛鉛和和錫錫的熔點，的熔點，F(xiàn) F、G G點分別為點分別為、室溫下近似的溶解度室溫下近似的溶解度點。點。E E點為共晶點點為共晶點（w wSnSn=61.9%=61.9%）。）。2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相圖相圖 共析反應共析反應：由一：由一種種固相固相在在恒溫恒溫下同時

22、下同時轉(zhuǎn)變成兩種新的固相轉(zhuǎn)變成兩種新的固相的反應。的反應。edc2.5 2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 轉(zhuǎn)變溫度較低，轉(zhuǎn)變溫度較低，原子擴散困難，容易原子擴散困難，容易獲得較大的過冷度。獲得較大的過冷度。得到的兩相共析組織得到的兩相共析組織要比共晶組織更為細要比共晶組織更為細小均勻。小均勻。1.工業(yè)純鐵的定義：工業(yè)純鐵的定義：2.晶格特點：晶格特點：13941538時，呈體心立方晶格時，呈體心立方晶格(-Fe)， 9121394時，呈面心立方晶格時，呈面心立方晶格( Fe)，912以下以下時呈體心立方晶格時呈體心立方晶格( Fe)。 同素異晶轉(zhuǎn)變是鋼可以進行各種同素異晶轉(zhuǎn)變是鋼可以進行各種熱

23、處理的基礎熱處理的基礎。一、工業(yè)純鐵一、工業(yè)純鐵3.性能特點：性能特點：晶粒越細晶粒越細，強度越高強度越高。工業(yè)純鐵具有良好的塑性，但強度較低，很少用來制造工業(yè)純鐵具有良好的塑性，但強度較低，很少用來制造機械零件。機械零件。 2.5.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖1. 1.鐵素體鐵素體 碳溶于碳溶于 -Fe中形成的中形成的間隙間隙固溶體稱為固溶體稱為鐵素體鐵素體(ferrite)，用符號用符號F表示。表示。 鐵素體仍保持鐵素體仍保持 -Fe的體心立方晶格，其晶格間隙的直的體心立方晶格，其晶格間隙的直徑很小，所以其溶碳能力極差。其性能與純鐵相似，強度徑很小，所以其溶碳能力極差。其性能與純鐵相似，強

24、度和硬度較低，塑性和韌性好。和硬度較低，塑性和韌性好。 在顯微鏡下，鐵素體呈在顯微鏡下，鐵素體呈明亮的多邊形晶粒明亮的多邊形晶粒，如圖所示。，如圖所示。二、鐵碳合金中的相二、鐵碳合金中的相 鐵素體在鐵素體在770以下具有鐵磁性，在以下具有鐵磁性，在770以上則失以上則失去鐵磁性。去鐵磁性。 碳溶于碳溶于 -Fe-Fe中形成的間隙固溶體稱為中形成的間隙固溶體稱為奧氏體奧氏體，以，以符號符號A表示。由于表示。由于 -Fe-Fe是面心立方晶格，晶格間隙的直是面心立方晶格，晶格間隙的直徑要比徑要比 -Fe大，故溶碳能力也較大。在大，故溶碳能力也較大。在727727時溶碳量時溶碳量為為wC C0.77%

25、0.77%，隨著溫度升高溶碳量逐漸增多，在，隨著溫度升高溶碳量逐漸增多，在11481148時溶碳量最大時溶碳量最大( (wC C2.11%)2.11%)。 奧氏體具有很好的奧氏體具有很好的塑性和塑性和韌性韌性，硬度為，硬度為160160220220HBS，伸長率伸長率為為404050%50%，易于，易于鍛鍛壓成型壓成型。2.奧氏體奧氏體 奧氏體奧氏體存在于存在于727以上的高溫范圍內(nèi)，高以上的高溫范圍內(nèi)，高溫下奧氏體的顯微組織溫下奧氏體的顯微組織如右圖所示。如右圖所示。 滲碳體滲碳體(cementite)是鐵和碳形成的一種具有復雜晶格的是鐵和碳形成的一種具有復雜晶格的間隙化合物間隙化合物，用化

26、學式，用化學式Fe3C表示。表示。 滲碳體中碳的含量滲碳體中碳的含量(含碳量含碳量)為為6.69%，熔點為，熔點為1227。有磁性轉(zhuǎn)變，它在有磁性轉(zhuǎn)變，它在230以下具有弱鐵磁性，硬度很高以下具有弱鐵磁性，硬度很高(9501050HV)，而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大。，而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大。 3 滲碳體滲碳體 滲碳體呈滲碳體呈片層片層狀、狀、球球狀、狀、網(wǎng)網(wǎng)狀或狀或條條狀等。狀等。 滲碳體是滲碳體是鋼鐵材料中主要的強化相鋼鐵材料中主要的強化相，它的形態(tài)，它的形態(tài)與分布對鋼鐵材料的性能有很大影響。在一定條件與分布對鋼鐵材料的性能有很大影響。在一定條件下會發(fā)生分解，形成石墨狀的自由碳，

27、這在鑄鐵中下會發(fā)生分解，形成石墨狀的自由碳，這在鑄鐵中有重要意義。有重要意義。 石墨石墨(graphite)是是Fe-C合金中游離存在的碳，以符合金中游離存在的碳，以符號號G表示。它以簡單六方晶格結構存在。強度、塑性、表示。它以簡單六方晶格結構存在。強度、塑性、硬度都很低。硬度都很低。 在鋼中通常是在鋼中通常是不允許不允許它存在，在鑄鐵材料中可增它存在，在鑄鐵材料中可增加鑄鐵的切削加工性和降低鑄鐵的脆性并能保證一定加鑄鐵的切削加工性和降低鑄鐵的脆性并能保證一定的強度和韌性，通過石墨化處理使化合狀態(tài)的碳轉(zhuǎn)變的強度和韌性，通過石墨化處理使化合狀態(tài)的碳轉(zhuǎn)變成游離碳的石墨，使鑄鐵由成游離碳的石墨，使鑄

28、鐵由白口變?yōu)榛铱诎卓谧優(yōu)榛铱?，成為有用，成為有用的工程材料的工程材?鑄鐵鑄鐵)。4 石墨石墨鐵碳合金還有鐵碳合金還有兩兩個相，一個是個相，一個是鐵素體相，另一個是鐵素體相，另一個是液相液相。 在在Fe-Fe3C合金的顯微組織均被稱為合金的顯微組織均被稱為相組成物相組成物。 在室溫下，鐵碳合金中最主要的相是鐵素體和滲碳在室溫下，鐵碳合金中最主要的相是鐵素體和滲碳體。體。它們在鋼鐵材料中既可以獨立存在，也能以機械混它們在鋼鐵材料中既可以獨立存在，也能以機械混合物形式組成一些基本組織。合物形式組成一些基本組織。 (1)珠光體珠光體 珠光體珠光體(pearlite)是由鐵素體和滲碳體組成的機械是由鐵

29、素體和滲碳體組成的機械混合物，用符號混合物，用符號P表示。表示。綜合力學性能好。綜合力學性能好。 珠光體的顯微組織如圖所示。珠光體的顯微組織如圖所示。三、鐵碳合金中的基本組織三、鐵碳合金中的基本組織 碳的含量為碳的含量為4.3%4.3%的液態(tài)鐵碳合金，冷卻到的液態(tài)鐵碳合金，冷卻到11481148時，由時，由液態(tài)液態(tài)中中同時結晶出奧氏體和滲碳體的機械混合同時結晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物物稱為萊氏體稱為萊氏體( (ledeburite) )，用符號，用符號Ld表示。表示。 在在727727以下稱為以下稱為變態(tài)變態(tài)萊氏體，用符號萊氏體，用符號Ld表示，表示，其顯微組織如圖其顯微組織如圖4-44-

30、4所示。萊氏體的性能與滲碳體相所示。萊氏體的性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性很差。似，硬度很高，塑性很差。(2) (2) 萊氏體萊氏體 鐵素體鐵素體、滲碳體滲碳體和和珠光體珠光體是室溫平衡狀態(tài)下鐵碳合是室溫平衡狀態(tài)下鐵碳合金組織中基本的組成物。在室溫平衡狀態(tài)下，其機械金組織中基本的組成物。在室溫平衡狀態(tài)下，其機械性能如表所示。性能如表所示。名稱名稱符號符號結合類型結合類型(MN/m2)HB（% %）Ak( (J) )鐵素體鐵素體F或或碳在碳在-Fe-Fe中的固溶體中的固溶體( (體體心立方晶格心立方晶格) )23023080805050160160滲碳體滲碳體Fe3C鐵和碳的化合物鐵和碳的化合

31、物( (復雜晶復雜晶格格) )30308008000 00 0珠光體珠光體P鐵素體和滲碳體的層片鐵素體和滲碳體的層片狀機械混合物狀機械混合物7507501801802020252524243232 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的基礎是研究鐵碳合金的基礎。 在鐵碳合金中，鐵可與碳形成在鐵碳合金中，鐵可與碳形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系等一系列化合物。而穩(wěn)定的化合物可以視為一個獨立的組元，因此列化合物。而穩(wěn)定的化合物可以視為一個獨立的組元，因此整個鐵碳合金相圖可視為由整個鐵碳合金相圖可視為由Fe-Fe3C、Fe-Fe2C、Fe-FeC等一等一系列二元相圖構成。系列二元相圖構成。 在

32、鐵碳合金中，由于碳的質(zhì)量分數(shù)高于在鐵碳合金中，由于碳的質(zhì)量分數(shù)高于6.69%的鐵碳合金的鐵碳合金脆性極大，沒有使用價值，因而對鐵碳合金相圖只研究脆性極大，沒有使用價值，因而對鐵碳合金相圖只研究Fe-Fe3C部分。部分。 Fe-Fe3C相圖如圖所示。相圖如圖所示。鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 Fe-Fe3C相圖相圖簡化相圖簡化相圖 Fe-Fe3C相圖在相圖在1200以上高溫部分以上高溫部分相當于二元包晶相圖，在相當于二元包晶相圖，在1000以上高以上高溫部分相當于二元共晶相圖，在溫部分相當于二元共晶相圖，在1000以下部分相當于二元共析相圖，以下部分相當于二元共析相圖， 因此因此Fe-Fe3C相圖可

33、以看成二元包晶相圖可以看成二元包晶相圖、二元共晶相圖和二元共析相圖三相圖、二元共晶相圖和二元共析相圖三種基本相圖的疊加。種基本相圖的疊加。一、一、 Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖分析相圖分析Fe-Fe3C相圖分析相圖分析ACD線：液相線，在此線以上的區(qū)域為液線：液相線，在此線以上的區(qū)域為液相，相， 當合金液冷卻到此線時開始結晶。當合金液冷卻到此線時開始結晶。AECF線：固相線，合金熔液冷卻到此線線：固相線，合金熔液冷卻到此線時結晶完畢，此線以下為固相區(qū)。時結晶完畢，此線以下為固相區(qū)。ECF線：共晶線，線：共晶線，1148，液態(tài)合金冷卻，液態(tài)合金冷卻到此線時，在恒溫條件下，將從液體中同到此

34、線時，在恒溫條件下，將從液體中同時結晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，時結晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，即發(fā)生共晶反應：所形成的共晶體為萊氏即發(fā)生共晶反應：所形成的共晶體為萊氏體。體。PSK線：共析線，代號線：共析線，代號A1。727，當合，當合金冷卻到此線時，從奧氏體中同時析出鐵金冷卻到此線時，從奧氏體中同時析出鐵素體和滲碳體的機械混合物，即共析反應素體和滲碳體的機械混合物，即共析反應：所形成的共析體為珠光體。：所形成的共析體為珠光體。Fe-Fe3C相圖分析相圖分析三條重要的特性曲線三條重要的特性曲線 GSGS線線-A3-A3線由奧氏體線由奧氏體析出鐵素體的開始線析出鐵素體的開始線. . E

35、SES線線- Acm- Acm線是從奧線是從奧氏體中析出二次滲碳體開始氏體中析出二次滲碳體開始析出線析出線 PQPQ線線-是碳在鐵素體是碳在鐵素體中的溶解度曲線中的溶解度曲線. .當鐵素體當鐵素體從從727C727C冷卻下來時要從鐵冷卻下來時要從鐵素體中析出三次滲碳體素體中析出三次滲碳體相圖中的點相圖中的點1組元的熔點組元的熔點： A (0, 1538) 鐵的熔點；D (6.69, 1227) Fe3C的熔點2同素異構轉(zhuǎn)變點：同素異構轉(zhuǎn)變點：N（0, 1394）-Fe -Fe；G（0, 912）-Fe -Fe 3碳在鐵中最大溶解度點：碳在鐵中最大溶解度點： P（0.0218，727）碳在-Fe

36、 中的 E（2.11，1148）碳在-Fe 中Q（0.0008，RT）室溫下碳在-Fe 中的三相共存點：三相共存點：S（共析點，0.77，727），（AF Fe3C）C（共晶點，4.3，1148），（ AL Fe3C）二、典型合金的結晶過程二、典型合金的結晶過程n根據(jù)成分，鐵碳合金的分類：根據(jù)成分，鐵碳合金的分類：工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵：Wc0.0218鋼鋼：Wc 0.02182.11n亞共析鋼（亞共析鋼（0.0218wc0.77n共析鋼（共析鋼（wc0.77）n過共析鋼（過共析鋼（0.77wc2.11）；）； 白口鐵（生鐵）白口鐵（生鐵）： Wc 2.116.69n亞共晶白口鑄鐵（亞共晶白口鑄鐵（

37、2.11wc4.3n共晶白口鑄鐵（共晶白口鑄鐵（wc4.3）n過共晶白口鑄鐵（過共晶白口鑄鐵（4.34.3wc6.696.69）；）； 1 1 共析鋼的結晶過程共析鋼的結晶過程顯微組織2 2 亞共析鋼的結晶過程：亞共析鋼的結晶過程：顯顯微微組組織織3 3 過共析鋼的結晶過程：過共析鋼的結晶過程：顯微組織4 4 共晶白口鐵的結晶過程：共晶白口鐵的結晶過程：顯顯微微組組織織5 5 亞共晶白口鐵的結晶過程亞共晶白口鐵的結晶過程6 6 過共晶白口鐵的結晶過程：過共晶白口鐵的結晶過程：A各相區(qū)的組織各相區(qū)的組織三、鐵碳合金的成分與性能的關系三、鐵碳合金的成分與性能的關系FF+FeFF+Fe3 3C CF+PPP+FeF+PPP+Fe3 3C CP+FeP+Fe3 3C C+Ld+Ld/ /LdLd/ /LdLd/ /+Fe+Fe3 3C C 0.0218 0.77 2.11 4.3 6.69 1 1、含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響、含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響三鐵碳合金成分、組織、性能之間的關系三鐵碳合金成分、組織、性能之間的關系三鐵碳合金成分、組織、性能三鐵碳合金成分、組織、性能之間的關系之間的關系2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖三鐵碳合金成分、組織、性能之間三鐵碳合金成分、組織、性能之間的關系的關