第2章材料組織ppt課件

1、第2章 工程資料的組織構(gòu)造2.12. 22. 3純金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶非金屬資料的構(gòu)造簡介合金的晶體構(gòu)造與結(jié)晶學(xué)習(xí)目的: 經(jīng)過本章的學(xué)習(xí)，了解常用資料的組織構(gòu)造，了解和掌握鐵碳合金相圖的內(nèi)容與運用。本章重點內(nèi)容:1.金屬的結(jié)晶條件、規(guī)律及控制 2.鐵碳合金的根本組織 3.鐵碳合金相圖的內(nèi)容與意義與運用2.1.1 2.1純金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶晶體：資料的原子(離子、分子)在三維空間呈規(guī)那么 的周期性陳列的物體。如金剛石、水晶、金屬等。非晶體：資料的原子(離子、分子)在三維空間無規(guī) 那么陳列的物體。如松香、石蠟、玻璃等。晶體構(gòu)造晶體中原子(離子或分子)規(guī)那么陳列的方式。 晶格假設(shè)經(jīng)過原子結(jié)點的中心

2、劃出許多空間直線所構(gòu)成的空間格架。 晶胞能反映晶格特征的最小組成單元。晶格常數(shù)晶胞的三個棱邊的長度a,b,c。第2章金屬的晶體構(gòu)造純金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶1.根本概念2.112 常見的金屬晶體構(gòu)造 1 體心立方晶格有：鉬(Mo)、鎢、釩、鉻、鈮、-Fe等。2面心立方晶格3密排六方晶胞有：鋁、銅、鎳、金、銀、-Fe等。有：鎂、鎘(Cd)、鋅、鈹(Be)等。2.1.1金屬的晶體構(gòu)造第2章 22.1.2實踐金屬的晶體構(gòu)造1.多晶體構(gòu)造晶粒晶界位向各向同性2.1.2 實踐金屬的晶體構(gòu)造3第2章 2.1.2 實踐金屬的晶體構(gòu)造2.實踐金屬中的晶體缺陷(1)點缺陷三維尺度上都很小，不超越幾個原子直徑的缺陷。

3、 空位 空位 間隙原子 間隙原子(2)線缺陷二維尺度很小而第三維尺度很大的缺陷。 刃型位錯 螺型位錯 刃型位錯(3)面缺陷二維尺度很大而第 三維尺度很小的缺陷。 晶界 亞晶界 晶界4第2章 金屬晶體缺陷的影響 ？ 點缺陷-呵斥部分晶格畸變,使金屬的電阻率;屈服強度添加, 密度發(fā)生變化。 線缺陷-構(gòu)成位錯對金屬的機械性能影響很大，位錯極少時，金屬強度很高，位錯密度越大，金屬強度也會提高。 面缺陷-晶界和亞晶界越多，晶粒越細，金屬強度越高。 金屬塑性變形的才干越大，塑性越好。2.1.2 實踐金屬的晶體構(gòu)造第2章 52.1.3純金屬的結(jié)晶 第2章 6液態(tài)L固態(tài)S S可以是非晶體。 一種原子陳列形狀過

4、渡為另一種原子 規(guī)那么陳列形狀(晶態(tài))的轉(zhuǎn)變過程。一LS晶態(tài)SS晶態(tài)1 冷卻曲線與過冷度液態(tài)金屬在結(jié)晶時的溫度時間曲線 一次結(jié)晶二次結(jié)晶凝固結(jié)晶2.1.3 純金屬的結(jié)晶1.金屬結(jié)晶的根本規(guī)律過冷度實際結(jié)晶溫度 和實踐結(jié)晶溫 度之差。 T = T0T1 冷卻速度越快，過冷度越大過冷液態(tài)金屬的實踐結(jié)晶 溫度總是低于實際結(jié)晶 溫度的景象。2.1.3 純金屬的結(jié)晶 第2章 7 只需當(dāng)液體的過冷度到達一定的大小，結(jié)晶過程才干開場進展過冷是金屬結(jié)晶的必要條件。(2)結(jié)晶的普經(jīng)過程2.1.3純金屬的結(jié)晶 第2章 8形核自發(fā)形核 非自發(fā)形核 長大 樹枝狀長大結(jié)晶過程2.1.3 純金屬的結(jié)晶 第2章 9平面長大

5、2.1.3 純金屬的結(jié)晶 第2章 10(1)晶粒度單位面積上的晶粒數(shù)目或晶粒的平均線長度(或直徑)。(3)過冷度對形核一長大的影響過冷度T提高，N提高、G提高過冷T太高，N降低、G降低(2)晶粒大小對力學(xué)性能的影響晶粒越細，金屬的強度、硬度越高，塑性、韌性越好1.金屬結(jié)晶后的晶粒大小2.1.3 純金屬的結(jié)晶 第2章 11(4)晶粒大小的控制提高過冷度蛻變處置 在液態(tài)金屬中參與孕育劑或蛻變劑作為非自發(fā)晶核的中心，以細化晶粒和改善組織。振動、攪拌等 2.2 合金的晶體構(gòu)造與結(jié)晶 合金的晶體構(gòu)造與結(jié)晶12 合金的相構(gòu)造2.22.2.11.根本概念合金 組元 合金系相 組織第2章(1)合金 由兩種或兩

6、種以上的金屬元素或金屬元素和非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。 普通黃銅：Cu+Zn 45鋼: 鐵碳合金 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章13 合金除具備純金屬的根本特性外，還可以擁有純金屬所不能到達的一系列機械特性與理化特性,如高強度、高硬度、高耐磨性、 強磁性、耐蝕性等。(2)組元 組元可以是金屬、非金屬或穩(wěn)定化合物。 組成合金的獨立的，最根本的單元 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章14(3)合金系 假設(shè)干給定組元，以不同配比，配制出的一系列不同成分、不同性能的合金(4)相在固態(tài)下，物質(zhì)可以是單相的，也可以是多相的。鐵在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中，會出現(xiàn)相的變化。純鐵是單相的，而鋼普通是雙相或是多相的。

7、固態(tài)白銅(銅與鎳二元合金)是單相的。合金中有兩類根本相：固溶體和金屬化合物。 在物質(zhì)中，凡是成分一樣，構(gòu)造一樣并與其他部分以界面分開的均勻組成部分，稱為相。 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章15(5)組織合金的組織是由數(shù)量、大小、外形和分布方式不同的各種相所組成的。不同組織具有不同的性能。由不同組織構(gòu)成的資料具有不同的性能。同一種鋼經(jīng)過不同的熱處置可以獲得不同的組織，從而獲得不同的性能。45鋼經(jīng)過不同的熱處置可以獲得珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體等組織。并獲得不同的性能。組織是指用肉眼或顯微鏡等所察看到的資料的微觀形貌。 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章16(1)固溶體合金中兩組元在液態(tài)和固態(tài)

8、下都相互溶解，共同構(gòu)成一種成分和性能均勻的、且構(gòu)造與組元之一一樣的固相，稱為固溶體。固溶體溶劑+溶質(zhì)一種固相可以堅持其原有晶格類型并與固溶體晶格一樣的組元稱為溶劑。失去原有晶格類型的組元稱為溶質(zhì)，普通在合金中含量較少。 2.2.1合金的相構(gòu)造17第2章2.合金的相構(gòu)造固溶體的分類根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置，可將固溶體分為：間隙固溶體和置換固溶體。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中分布能否有規(guī)律可將固溶體分為：有序固溶體和無序固溶體。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度可將固溶體分為：有限固溶體和無限固溶體。溶解度：指溶質(zhì)在固溶體中的極限濃度。 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章18間隙固溶體溶質(zhì)原子進入

9、溶劑晶格中的間隙之中構(gòu)成的固溶體。置換固溶體溶質(zhì)原子占據(jù)在溶劑晶格的某些結(jié)點上，使晶格上的某些溶劑原子被置換而構(gòu)成的固溶體。間隙固溶體置換固溶體 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章19 溶質(zhì)與溶劑以任何比例都能互溶，固溶度達100，那么稱為無限固溶體，否那么為有限固溶體。間隙固溶體溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比應(yīng)小于059方可。直徑較大的原子所組成的晶格，其空隙的尺寸也較大。過渡族元素(溶劑)與尺寸較小的元素C 、N、H、B等易構(gòu)成間隙固溶體。溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶解度普通很小,所以間隙固溶體都是有限固溶體。溶質(zhì)原子將使間隙固溶體發(fā)生畸變，其濃度越大，畸變越大。 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章20置換

10、固溶體無限固溶體一定是置換固溶體。置換固溶體也可以是有限固溶體。兩組元晶體構(gòu)造一樣，原子半徑和電化學(xué)特性接近，那么容易構(gòu)成置換固溶體。無限固溶體構(gòu)成條件兩組元晶體構(gòu)造一樣是必要條件。溶劑原子半徑rA與溶質(zhì)原子半徑rB的相對差(rArB)rA小于8%左右時。 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章21第2章22碳在 Fe中的間隙固溶體銅和金形成的置換固溶體第2章23固溶體的性能固溶體與純金屬相比強度、硬度升高。這種經(jīng)過構(gòu)成固溶體使金屬強度和硬度提高的景象稱為固溶強化。它是強化金屬資料的重要途徑之一。固溶體的強度和塑性、韌性之間有較好的配合，所以，其綜合性能較好，常作為構(gòu)造合金的基體相。 固溶體與純金屬相比

11、電阻率上升，導(dǎo)電率下降等。 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章24固溶強化的緣由 由于溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬滑移變形變得更加困難，變形抗力增大，從而提高合金的強度和硬度。 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章25(2)金屬化合物 它是合金組元相互作用構(gòu)成的晶格類型和特性完全不同于任一組元的新相。金屬化合物普通具有復(fù)雜的晶體構(gòu)造，熔點高，硬而脆。合金中出現(xiàn)金屬化合物時，常能提高合金的強度、硬度和耐磨性，但會降低塑性和韌性。 根據(jù)合金中金屬化合物相構(gòu)造的性質(zhì)和特點，可大致劃分為正常價化合物、電子化合物及間隙化合物三類。 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章26a第2

12、章27 當(dāng)金屬化合物呈細小顆粒均勻分布在固溶體基體上時，將顯著提高合金的強度、硬度和耐磨性(此景象稱為彌散強化)。因此，金屬化合物主要用來作為碳鋼、各類合金鋼、硬質(zhì)合金及有色金屬的重要組成相及強化相。而性能除固溶強化影響外，還取決于金屬化合物的種類和數(shù)量。彌散強化 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章28機械混合物 工業(yè)合金中其組織僅由化合物單相組成的情況是不存在的。由于化合物固然有很高的硬度，但脆性太大，無法運用。固溶體組成的合金，往往由于強度、硬度等不夠高，運用遭到一定限制。絕大多數(shù)的工業(yè)合金，其組織均為固溶體與少量化合物(一種或幾種)所構(gòu)成的機械混合物。合金的性能取決于其形狀、大小、數(shù)量、種類等

13、。 2.2.1合金的相構(gòu)造第2章292.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 30合金相圖 相圖是表示在平衡形狀下合金系中各種合金形狀、組織與溫度、成分之間關(guān)系的一種簡明示圖，也稱為平衡圖或形狀圖。合金的結(jié)晶2.2.2 合金的結(jié)晶1. 鐵碳合金相圖的表示方法2.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 31橫坐標(biāo)表示合金成分即碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)縱坐標(biāo)表示溫度2.鐵碳合金相圖的建立 3.Fe-Fe3C相圖的意義 1純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變 2.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 322.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 33(2)鐵碳合金的根本相鐵素體(F) 奧氏體 (A)滲碳體(Fe3C)室溫時的性能與純鐵類似，強度、硬度低，塑性和韌性好。

14、具有一定的強度和硬度，塑性也很好。 硬度很高約1000HV，塑性、韌性幾乎為零，極脆。 鐵素體與滲碳體F+Fe3C組成的珠光體(P)、奧氏體與滲碳體A+Fe3C組成的高溫萊氏體(Ld)珠光體與滲碳體P + Fe3C組成的低溫萊氏體(Ld)三種復(fù)相組織碳溶于-Fe中的間隙固溶體碳溶于-Fe中的間隙固溶體鐵與碳構(gòu)成的金屬化合物2.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 34(3)相圖中的特性點、線的意義、 相區(qū)相的組成及各區(qū)域的組織特性點A、C、D、E、G、P、S、Q特性線ACD AECF ECF PSK GS GP ES PQ 相區(qū)相的組成L、A、F、L+A、L+Fe3C、A+F、A+Fe3C、F+Fe3C

15、在恒溫下，由一定成分的液一樣時結(jié)晶出兩種一定成分固相的轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變:共析轉(zhuǎn)變:在恒溫下，由一定成分的固一樣時析出兩種一定成分的固相的轉(zhuǎn)變。 各區(qū)域的組織2.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 352.2.2 合金的結(jié)晶 第2章 362.2.2 合金的結(jié)晶 第2章 372.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 38(4)典型合金的冷卻過程及其組織鐵碳合金的分類 工業(yè)純鐵 wc0.0218%，室溫組織：鐵素體和三次滲碳體； 非合金鋼 0.0218%wc2.11%，根據(jù)室溫組織不同，又可以分為： 亞共析鋼 0.0218%wc0.77%，室溫組織：鐵素體和珠光體； 共析鋼 wc=0.77%，室溫組織：珠光體； 過共析

16、鋼 0.77%wc2.11%，室溫組織：珠光體和二次滲碳體。 白口鑄鐵 2.11%wc6.69%，根據(jù)室溫組織不同，又可以分為：亞共晶白口鑄鐵 2.11%wc4.3%，室溫組織：珠光體、低溫萊氏體 和 二次滲碳體； 共晶白口鑄鐵 wc=4.3%，室溫組織：低溫萊氏體；過共晶白口鑄鐵：4.3%wc6.69%，室溫組織：滲碳體和低溫萊氏體 2.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 39典型合金的冷卻過程分析共析鋼的冷卻過程分析 過wc=0.77%的點作一條垂直于橫軸的垂線(合金線)，與相圖分別交于1、2、3(S0點溫度，以這三點溫度為界，分析其冷卻過程。 1點以上:液相(L); 1點：從液相中結(jié)晶出奧氏體(

17、A); 2點:奧氏體; 23點(即S點):奧氏體。 3點(727):共析轉(zhuǎn)變，從奧氏體中同時析出鐵素體和滲碳體 , 稱為珠光體，其共析轉(zhuǎn)變式為:力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間，即強度較高，硬度適中，有一定塑性 性能與滲碳體類似，硬度很高，塑性極差。 2.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 40珠光體萊氏體(5)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金平衡組織和力學(xué)性能的影響對鐵碳合金平衡組織的影響 F+Fe3CF+PPP+Fe3CP+Fe3C+LdLdLd+Fe3C對鐵碳合金力學(xué)性能的影響 4.鐵碳合金相圖的運用2.2.2合金的結(jié)晶 41第2 章 (1)在選材方面的運用 要求塑性、韌性好的各種型材和建筑用鋼，應(yīng)選用碳的

18、質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的鋼；接受沖擊載荷，并要求較高強度、塑性和韌性的機械零件，應(yīng)選用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%0.55%的鋼；要求硬度高、耐磨性好的各種工具，應(yīng)選用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.55%的鋼；外形復(fù)雜、不受沖擊、要求耐磨的鑄件如冷軋輥、拉絲模、犁鏵等，應(yīng)選用白口鑄鐵。(2)在鑄造方面的運用 純組元和共晶成分的合金的流動性最好，縮孔集中，鑄造性能好。相圖中液相線和固相線之間間隔越小，液體合金結(jié)晶的溫度范圍越窄，對澆注和鑄造質(zhì)量越有利。合金的液、固相線溫度間隔大時，構(gòu)成枝晶偏析的傾向性大；同時先結(jié)晶出的樹枝晶妨礙結(jié)晶液體的流動，而降低其流動性，增多分散縮孔。所以，鑄造合金常選共晶或接近共晶的成分。澆注溫度

19、普通在液相線以上50100 。(3)在鍛造和焊接方面的運用 (4)在熱處置方面的運用 2.2.2合金的結(jié)晶 第2 章 42 合金為單相組織時變形抗力小，變形均勻，不易開裂，因此變形才干大。雙相組織的合金變形才干差些，特別是組織中存在有較多的化合物相時更是如此，由于他們都很脆。單相奧氏體形狀時，可獲得良好的塑性，易于鍛呵斥形。白口鑄鐵無論是在低溫還是高溫，組織中均有大量硬而脆的滲碳體，故不能鍛造 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，鐵碳合金的焊接性越差。確定各種熱處置工藝的加熱溫度存在同素異晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、固溶度變化的合金才干進展熱處置。 2.3 非金屬資料的構(gòu)造簡介 第2章 432.3.1 高分子資料的構(gòu)造非金屬資料的構(gòu)造簡介2.3單體CH2=CH2 鏈節(jié)