第2章 材料的组织结构PPT讲稿.ppt

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1、第2章 材料的组织结构第1页，共87页，编辑于2022年，星期一2.12.1金属的晶体结构金属的晶体结构n 2.1.1 2.1.1 金属的金属的理想晶体结构理想晶体结构 n（一）晶体与非晶体（一）晶体与非晶体 一切物质都是由原子组成。根据原子在物一切物质都是由原子组成。根据原子在物质内部聚集状态的不同，可将物质分为晶体与质内部聚集状态的不同，可将物质分为晶体与非晶体两大类。非晶体两大类。晶体晶体：内部的原子是按一定规律排列，：内部的原子是按一定规律排列，各向异性。各向异性。非晶体非晶体：内部的原子排列无规律。各向同性。：内部的原子排列无规律。各向同性。第第2章章 材料的组织结构材料的组织结构第

2、2页，共87页，编辑于2022年，星期一（二）晶体结构的基本知识（二）晶体结构的基本知识任何一种晶体都有自己的特任何一种晶体都有自己的特定的晶体结构，不可能有两种晶体定的晶体结构，不可能有两种晶体具有完全相同的晶体结构。为了便具有完全相同的晶体结构。为了便于研究，可抽象为空间点阵。于研究，可抽象为空间点阵。2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第3页，共87页，编辑于2022年，星期一（二）晶体结构的基本知识（二）晶体结构的基本知识 1 1、晶格、晶胞和晶晶格、晶胞和晶格常数格常数 在讨论晶体结构时，在讨论晶体结构时，假设晶体里的原子（或离假设晶体里的原子（或离子）是一些静止不动的小

3、子）是一些静止不动的小球。各种晶体结构就可以球。各种晶体结构就可以看成是这些小球按一定的看成是这些小球按一定的几何方式紧密排列堆积而几何方式紧密排列堆积而成。成。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第4页，共87页，编辑于2022年，星期一 1 1、晶格、晶胞和晶格常数、晶格、晶胞和晶格常数n（1 1）晶格晶格 描述原子在晶体中排描述原子在晶体中排列规律的三维空间几何点列规律的三维空间几何点阵。阵。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第5页，共87页，编辑于2022年，星期一（2 2）晶胞）晶胞 晶格中能够代表晶格中能够代表晶格特征的最小几何晶格

4、特征的最小几何单元。单元。晶胞在空间的重晶胞在空间的重复排列构成整个晶格。复排列构成整个晶格。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第6页，共87页，编辑于2022年，星期一（3 3）晶格参数与晶格常数）晶格参数与晶格常数 晶格参数晶格参数：描：描述晶胞大小与形状述晶胞大小与形状的几何参数的几何参数。包括包括晶胞的三个棱边长晶胞的三个棱边长度度a a、b b、c c和三棱边和三棱边夹角夹角、共共六个参数。六个参数。晶格常数晶格常数：晶：晶胞的三个棱边长度。胞的三个棱边长度。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第7页，共87页，编辑于2022年，星期

5、一2 2、晶面和晶向晶面和晶向 晶面晶面：金属晶体中，金属晶体中，由一系列原子由一系列原子构成的平面构成的平面。晶面族晶面族2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第8页，共87页，编辑于2022年，星期一2 2、晶面和晶向晶面和晶向晶向晶向：通过两个或：通过两个或两个以上原子中心的直两个以上原子中心的直线，代表晶格空间的一线，代表晶格空间的一定方向。定方向。在同一晶格中不同晶在同一晶格中不同晶面晶向上原子排列的疏面晶向上原子排列的疏密程度的不同，原子间密程度的不同，原子间结合力不同，从而在不结合力不同，从而在不同的晶面和晶向上显示同的晶面和晶向上显示出不同的性能，是晶体出

6、不同的性能，是晶体各向异性各向异性的原因。的原因。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第9页，共87页，编辑于2022年，星期一晶向族晶向族2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第10页，共87页，编辑于2022年，星期一（三）金属晶格的常见类型（三）金属晶格的常见类型晶体描述了金属晶体内部的排晶体描述了金属晶体内部的排列规律，金属晶体结构的主要差别列规律，金属晶体结构的主要差别在于在于晶格形式晶格形式及及晶格常数晶格常数的不同。的不同。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第11页，共87页，编辑于2022年，星期一（三）金

7、属晶格的常见类型（三）金属晶格的常见类型（1 1）体心立方晶格）体心立方晶格 晶胞是一个立方体，在晶胞的中心和每个顶角各有一个原子。晶胞是一个立方体，在晶胞的中心和每个顶角各有一个原子。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构 每个体心立方晶格的原子数为：每个体心立方晶格的原子数为：（1/81/8）8+1=28+1=2个。个。塑性较好。塑性较好。第12页，共87页，编辑于2022年，星期一（三）金属晶格的常见类型（三）金属晶格的常见类型n（2 2）面心立方晶格）面心立方晶格 晶格属于立方晶系，在晶胞的晶格属于立方晶系，在晶胞的8 8个顶角和个顶角和6 6个面的中心各有一个面

8、的中心各有一个原子。个原子。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构n 每个面心立方晶格的原子数为：每个面心立方晶格的原子数为：（1/81/8）8+8+（1/21/2）6=46=4个。个。塑性优于体心立方晶格的金属。塑性优于体心立方晶格的金属。第13页，共87页，编辑于2022年，星期一（三）金属晶格的常见类型（三）金属晶格的常见类型n（3 3）密排六方晶格）密排六方晶格 晶格属于六方棱柱体，在六棱柱晶格属于六方棱柱体，在六棱柱晶胞的晶胞的1212个项角上各有一个原子，两个项角上各有一个原子，两个端面的中心各有一个原子，晶胞内个端面的中心各有一个原子，晶胞内部有三个原子。部

9、有三个原子。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构n 每个密排六方晶胞原子数为每个密排六方晶胞原子数为:（1/61/6）12+12+（1/21/2）2+32+36 6个个 较脆较脆第14页，共87页，编辑于2022年，星期一（三）金属晶格的常见类型（三）金属晶格的常见类型金属的晶格类型不同，性能必金属的晶格类型不同，性能必然存在差异。即使晶格类型相同，由然存在差异。即使晶格类型相同，由于各元素的原子大小和原子间距的不于各元素的原子大小和原子间距的不同；金属的晶格类型和晶格常数发生同；金属的晶格类型和晶格常数发生改变时，金属的性能也会发生相应的改变时，金属的性能也会发生相应

10、的变化。变化。2.1.1 2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构第15页，共87页，编辑于2022年，星期一2.1.22.1.2、金属的实际晶体结构、金属的实际晶体结构1.点缺陷点缺陷（零（零维缺陷）：空位，缺陷）：空位，间隙原子，隙原子，杂质原子原子 2.线缺陷（一缺陷（一维缺陷）：位缺陷）：位错 3.面缺陷（二面缺陷（二维缺陷）：晶界，缺陷）：晶界，亚晶界，晶界，层错，孪晶界晶界2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构第16页，共87页，编辑于2022年，星期一2.1.22.1.2、金属的、金属的实际晶体结构实际晶体结构n（一）、点缺陷（一）、点缺陷 空位和空

11、位和间隙原子间隙原子 以某个点为中心、在它的周围以某个点为中心、在它的周围造成原子排列不规则，产生晶格畸造成原子排列不规则，产生晶格畸变相的晶体缺陷变相的晶体缺陷。n1 1、间隙原子间隙原子：在晶格的间隙：在晶格的间隙处出现多余原子的晶体；处出现多余原子的晶体；间隙原子间隙原子晶格空位晶格空位置换原子置换原子2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构n2 2、晶格空位晶格空位：在晶格的结：在晶格的结点处出现缺少原子的晶体；点处出现缺少原子的晶体；n3 3、置换原子置换原子：在晶格的结点：在晶格的结点处出现原子直径不同的异类原子。处出现原子直径不同的异类原子。n点缺陷使金属抵抗

12、塑性变点缺陷使金属抵抗塑性变形的能力提高形的能力提高，从而使金属强，从而使金属强度提高。度提高。第17页，共87页，编辑于2022年，星期一（二）、线缺陷（二）、线缺陷位错位错 晶体中某一列或若晶体中某一列或若干列原子发生了有规律干列原子发生了有规律的错排现象。的错排现象。应力力场2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构特点特点：受力后沿某：受力后沿某些晶面移动，导致金些晶面移动，导致金属变形，互相作用，属变形，互相作用，使位错使位错 的阻力增大，的阻力增大，金属强度提高。金属强度提高。第18页，共87页，编辑于2022年，星期一（三）面缺陷（三）面缺陷晶界和亚晶界晶界和亚

13、晶界 晶界晶界：不同位向的两晶粒：不同位向的两晶粒之间的过渡层。之间的过渡层。亚晶亚晶：晶粒内部尺寸很：晶粒内部尺寸很小、位向差很小的小晶块。小、位向差很小的小晶块。亚晶界亚晶界：亚晶之间的界：亚晶之间的界面。面。面缺陷面缺陷：晶界和亚晶界。：晶界和亚晶界。亚晶界晶界晶界晶界亚晶界晶界晶界晶界2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构面缺陷是位错运动的障面缺陷是位错运动的障碍，晶粒、亚晶越细小，界碍，晶粒、亚晶越细小，界面越多，晶格畸变越大，位面越多，晶格畸变越大，位错阻力越大，金属强度越高。错阻力越大，金属强度越高。第19页，共87页，编辑于2022年，星期一晶界和晶界和亚

14、晶界晶界位位错2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构第20页，共87页，编辑于2022年，星期一2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n（一）、基本概念（一）、基本概念n1 1、合金合金：两种或两种以上的金属元素或金：两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的新金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的新金属。属。n 、组元组元：组成合金最基本、能独立存在：组成合金最基本、能独立存在的物质（可以是化学元素也可以是稳定的化合的物质（可以是化学元素也可以是稳定的化合物）。物）。n3 3、合金系合金系 ：有相同组元而成分比例：有相同组

15、元而成分比例不同的一系列合金。不同的一系列合金。n4 4、相相 ：在合金中，：在合金中，化学成分一致化学成分一致、物理物理状态相同状态相同，与其他部分有明显界面的部分。，与其他部分有明显界面的部分。第21页，共87页，编辑于2022年，星期一2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n 、显微组织和组织组成物、显微组织和组织组成物 组织组织：由单相或多相组成的具有一：由单相或多相组成的具有一定形态的聚合物。定形态的聚合物。显微组织显微组织：显微镜下看到的相和晶：显微镜下看到的相和晶粒的形态、大小和配置状态。粒的形态、大小和配置状态。组织组成物组织组成物：构成显微组织的独立：构

16、成显微组织的独立部分，它可以是单相或多相混合物。部分，它可以是单相或多相混合物。第22页，共87页，编辑于2022年，星期一2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点通常所指的组织通常所指的组织：n（1 1）基本结构是纯金属，或是化合物等；）基本结构是纯金属，或是化合物等；n（2 2）晶粒是粗的，还是细的；）晶粒是粗的，还是细的；n（3 3）第二相分布，是在晶界还是在晶内；）第二相分布，是在晶界还是在晶内；n（4 4）第二相形状，是片状、粒状、网状等；）第二相形状，是片状、粒状、网状等；n（5 5）第二相分散度，是大还是小。）第二相分散度，是大还是小。第23页，共87页，编辑

17、于2022年，星期一2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点 1 1、固溶体、固溶体 固溶体固溶体：一种组元均匀的溶解在另一：一种组元均匀的溶解在另一组元中而形成的晶体相。组元中而形成的晶体相。固溶体是单相，晶格类型与溶剂相同。固溶体是单相，晶格类型与溶剂相同。溶剂溶剂：晶格保持不变的组元。：晶格保持不变的组元。溶质溶质：晶格消失的组元。：晶格消失的组元。第24页，共87页，编辑于2022年，星期一2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n（1 1）置换固溶体）置换固溶体当溶质原子代替了溶当溶质原子代替了溶剂晶格的某些结点原子剂晶格的某些结点原子而形成的

18、固溶体而形成的固溶体。n形成无限固溶体的条形成无限固溶体的条件件：两组元具有相同的晶格，：两组元具有相同的晶格，原子直径相差很小。原子直径相差很小。第25页，共87页，编辑于2022年，星期一2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n（2 2）间隙固溶体）间隙固溶体溶质原子分布在溶剂晶格间溶质原子分布在溶剂晶格间隙处而形成的晶体相。隙处而形成的晶体相。形成条件形成条件：两组元直径相差较：两组元直径相差较大。大。由于两组元原子大小和性能由于两组元原子大小和性能上的差别，导致晶格发生畸变、上的差别，导致晶格发生畸变、歪扭，使晶体的位错运动阻力增歪扭，使晶体的位错运动阻力增大，合

19、金塑性变形抗力增大，由大，合金塑性变形抗力增大，由此强化了合金。此强化了合金。固溶强化固溶强化：因形成固溶体而：因形成固溶体而引起合金强度、硬度升高，但塑引起合金强度、硬度升高，但塑性和韧性下降的现象。性和韧性下降的现象。第26页，共87页，编辑于2022年，星期一2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n 2 2、金属化合物、金属化合物 合金中各组元原子按一定整数比结合金中各组元原子按一定整数比结合而形成的晶体相。合而形成的晶体相。金属化合物也是单相，可看成是一金属化合物也是单相，可看成是一个组元。个组元。第二相（弥散）强化：第二相（弥散）强化：在合金中，在合金中，金属化

20、合物若以细小的粒状均习分布在金属化合物若以细小的粒状均习分布在固溶体相的基体上使合金的强度、硬度固溶体相的基体上使合金的强度、硬度进一步提高的现象。进一步提高的现象。第27页，共87页，编辑于2022年，星期一2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n 3 3、机械混合物、机械混合物 两种以上的相紧密混合而成的独两种以上的相紧密混合而成的独立整体。立整体。机械混合物的性能取决于各组成机械混合物的性能取决于各组成相的性能，及其数量、形状、大小与分相的性能，及其数量、形状、大小与分布等。布等。第28页，共87页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 非金属材料的结构非金属材料

21、的结构n2.2.1 2.2.1 陶瓷材料结构特点陶瓷材料结构特点 1 1、键合类型键合类型（离子键和共价键）（离子键和共价键）特点特点：熔点高、硬度高、耐腐蚀、塑性差。：熔点高、硬度高、耐腐蚀、塑性差。n2.2.组织组织 （1 1）晶体相：化合物或以化合物为基体的）晶体相：化合物或以化合物为基体的固溶体；固溶体；（2 2）玻璃相：结构为离子多面体构成的空间）玻璃相：结构为离子多面体构成的空间网格，呈不规则排列网格，呈不规则排列,30%,30%；特点特点：熔点低、热稳定性差，使陶瓷在高温：熔点低、热稳定性差，使陶瓷在高温下容易产生蠕变，降低高温强度。下容易产生蠕变，降低高温强度。（3 3）气相：

22、陶瓷组织中的气孔）气相：陶瓷组织中的气孔,5%,5%。第29页，共87页，编辑于2022年，星期一2.2.2 2.2.2 高分子材料的结构特点高分子材料的结构特点n主要组分是高分子化合物，以及各种添加剂。主要组分是高分子化合物，以及各种添加剂。n添加剂添加剂：为改善：为改善高分子材料高分子材料的使用性能或成形工艺的使用性能或成形工艺而加入的其它成分。包括而加入的其它成分。包括填料填料、增塑剂增塑剂、固化剂固化剂、稳定剂稳定剂、润滑剂润滑剂、着色剂着色剂、阻燃剂阻燃剂、抗静电剂抗静电剂等。等。n单体单体：可以聚合成大分子链的小分子化合物。：可以聚合成大分子链的小分子化合物。n链节链节：大分子链的

23、重复结构单元。：大分子链的重复结构单元。n聚合度聚合度：一个大分子链中链节的数量。反映其长短及：一个大分子链中链节的数量。反映其长短及相对分子质量的大小。相对分子质量的大小。2.2 2.2 非金属材料的结构非金属材料的结构第30页，共87页，编辑于2022年，星期一2.2.2 2.2.2 高分子材料的结构特点高分子材料的结构特点n1 1、大分子链的形态、大分子链的形态 （1 1）线型结构：由许多链节连成一条长链，支链的存在使线型高聚物的性）线型结构：由许多链节连成一条长链，支链的存在使线型高聚物的性能钝化。能钝化。（2 2）体型结构：大分子链之间通过支链或化学链连接成一体的交联结构，）体型结构

24、：大分子链之间通过支链或化学链连接成一体的交联结构，在空中呈网状。特点是耐热性好、尺寸稳定、机械强度好，但弹性、塑性在空中呈网状。特点是耐热性好、尺寸稳定、机械强度好，但弹性、塑性低，脆性大，不能塑性加工，材料不能反复使用。低，脆性大，不能塑性加工，材料不能反复使用。2.2 2.2 非金属材料的结构非金属材料的结构第31页，共87页，编辑于2022年，星期一2.2.2 2.2.2 高分子材料的结构特点高分子材料的结构特点n2 2、大分子的聚集态结构、大分子的聚集态结构 特点特点：分子间力大，容易聚集：分子间力大，容易聚集为液态和固态，无气态。分为无为液态和固态，无气态。分为无定型（分子排列杂乱

25、不规则）和定型（分子排列杂乱不规则）和结晶型（分子排列规整有序）。结晶型（分子排列规整有序）。结晶型高聚物结晶型高聚物：由晶区和非晶：由晶区和非晶区组成。结晶度为区组成。结晶度为50508080。无定型高聚物结构无定型高聚物结构：大分子呈：大分子呈远程无序、近程有序排列。远程无序、近程有序排列。2.2 2.2 非金属材料的结构非金属材料的结构第32页，共87页，编辑于2022年，星期一2.2.2 2.2.2 高分子材料的结构特点高分子材料的结构特点n3 3、高聚物的物理、力学状态、高聚物的物理、力学状态 （1 1）玻璃态：玻璃态：在温度低于在温度低于T Tg g时高聚物处于玻时高聚物处于玻璃态

26、，璃态，T Tg g称为玻璃化温度。是塑料的称为玻璃化温度。是塑料的应用状态，应用状态，T Tg g越高越好。越高越好。（2 2）高弹态：高弹态：是塑料的应用状态，是塑料的应用状态，T Tg g越低越低越好。越好。（3 3）黏流态：黏流态：是高聚物成形加工的工艺状态。是高聚物成形加工的工艺状态。较高的刚度和硬度，既韧又硬的较高的刚度和硬度，既韧又硬的皮革态。皮革态。2.2 2.2 非金属材料非金属材料的结构的结构第33页，共87页，编辑于2022年，星期一2.2.2 2.2.2 高分子材料的结构特点高分子材料的结构特点n 4 4、高分子的老化：、高分子的老化：在热、光、化在热、光、化学、生物、

27、辐射作用下其性能和结学、生物、辐射作用下其性能和结构发生变化（硬化、脆化、发软、构发生变化（硬化、脆化、发软、发黏）。实质是大分子链的结构通发黏）。实质是大分子链的结构通过交联和降解发生变化。过交联和降解发生变化。2.2 2.2 非金属材料非金属材料的结构的结构第34页，共87页，编辑于2022年，星期一2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 结晶结晶：金属从液态变成固态：金属从液态变成固态的过程。的过程。1.1.结晶过程结晶过程 1 1）晶核的产生；）晶核的产生；2 2）晶核的长大。）晶核的长大。第35页，共87页，编辑于2022年，星期一2.3 2.3 金属的结晶与细晶强

28、化金属的结晶与细晶强化 1 1）液态金属在冷却过程中，由于热量向外散失，温度不断下降；）液态金属在冷却过程中，由于热量向外散失，温度不断下降；n2 2）当冷却到某一温度时开始结晶，结晶放出的热补偿了向外散失）当冷却到某一温度时开始结晶，结晶放出的热补偿了向外散失的热量；的热量；n3 3）结晶结束，温度重新下降。）结晶结束，温度重新下降。理论结晶温度纯金属金属多数合金多数合金实际开始结晶温度实际冷却曲冷却曲线2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 2.2.结晶温度结晶温度 纯金属由液态转变为固态的纯金属由液态转变为固态的温度。温度。第36页，共87页，编辑于2022年，星期一2

29、.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化过冷现象过冷现象：金属实：金属实际结晶温度较理论结晶际结晶温度较理论结晶温度为低的现象。温度为低的现象。过冷度过冷度：理论结晶：理论结晶温度与实际结晶温度之温度与实际结晶温度之差。差。冷却速度越大，过冷却速度越大，过冷度越大，实际结晶温冷度越大，实际结晶温度越低。度越低。2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化第37页，共87页，编辑于2022年，星期一2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化3.3.晶核的形成与细晶强化晶核的形成与细晶强化 自发晶自发晶：由金属自身原子团形成晶核；：由金属自身原子团形成晶核；

30、非自发非自发晶晶：依服外来固体杂质形成晶核；：依服外来固体杂质形成晶核；细晶强化：细晶强化：金属的强度、塑性和韧性都随金属的强度、塑性和韧性都随晶粒的细化而提高。晶粒的细化而提高。2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化第38页，共87页，编辑于2022年，星期一试验证明试验证明：晶粒越细，金属的力学性能越好。：晶粒越细，金属的力学性能越好。晶粒大小对力学性能的影响晶粒大小对力学性能的影响2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化第39页，共87页，编辑于2022年，星期一晶粒大小对力学性能的影响晶粒大小对力学性能的影响晶粒的大小及其控制晶粒的大小及其控制1.增加

31、增加过冷度，冷度，提高形核率提高形核率 2.变质处理，理，促促进非自非自发形核形核浇注前浇注前向金属液体中加入一些促进生核或作为晶核向金属液体中加入一些促进生核或作为晶核的物质使金属晶粒细化的方法。的物质使金属晶粒细化的方法。3.振振动，打碎枝晶打碎枝晶 金属在结晶时，对液态金属附加振动、超声金属在结晶时，对液态金属附加振动、超声波振动和电磁振动等措施，使结晶的金属经波振动和电磁振动等措施，使结晶的金属经振动而破碎，增加了生核率，从而使晶粒细振动而破碎，增加了生核率，从而使晶粒细化。化。2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化第40页，共87页，编辑于2022年，星期一2.4

32、2.4 材料材料的同素异构现象的同素异构现象同素异构转变同素异构转变：金属在金属在固态固态下随着下随着温度的变化而改变，温度的变化而改变，由一种晶格转变为由一种晶格转变为另一种晶格的现象。另一种晶格的现象。同素异构晶同素异构晶体体：由同素异构转：由同素异构转变所得到的不同晶变所得到的不同晶格的晶体。格的晶体。（体心体方晶格）（面心立方晶格）（体心体方晶格）91213941538纯铁的同素异构转变第41页，共87页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 材料材料的同素异构现象的同素异构现象金属的同素异构转变金属的同素异构转变与液态金属的与液态金属的结晶过程结晶过程相似，遵循液体结晶的相似，遵循

33、液体结晶的一般规律：一般规律：n1 1、恒温转变；、恒温转变；n2 2、转变时有过冷现、转变时有过冷现象；象；n3 3、转变过程由生、转变过程由生核核和长大两个基本过程和长大两个基本过程组成。组成。2.4 2.4 材料材料的同素异构现象的同素异构现象第42页，共87页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 材料材料的同素异构现象的同素异构现象同素异构转变，晶核优先在原来晶粒的晶界处同素异构转变，晶核优先在原来晶粒的晶界处形成，并向旧晶粒中长大，直到旧晶粒全部消失为形成，并向旧晶粒中长大，直到旧晶粒全部消失为止。转变具有较大的过冷度和内应力。止。转变具有较大的过冷度和内应力。同素异构转变是铁的

34、一种重要特性。是钢同素异构转变是铁的一种重要特性。是钢和铁接受各种热处理，改变其组织和性能的依和铁接受各种热处理，改变其组织和性能的依据。据。控制冷却速度，可以改变同素异构转变后控制冷却速度，可以改变同素异构转变后的晶粒大小，改变金属的性能。的晶粒大小，改变金属的性能。2.4 2.4 材料材料的同素异构现象的同素异构现象第43页，共87页，编辑于2022年，星期一2.4.1 2.4.1 同分异构现象同分异构现象化学成分相同而分子结构中原子排化学成分相同而分子结构中原子排列不同的现象。列不同的现象。同分异构对高分子材料的性能影响同分异构对高分子材料的性能影响很大。很大。2.4 2.4 材料材料的

35、同素异构现象的同素异构现象第44页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图n2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 凝固凝固：一切物质从液态到固态的一切物质从液态到固态的转变过程。转变过程。若凝固后形成晶体结构，若凝固后形成晶体结构，该转变过程称为该转变过程称为结晶结晶。合金相图合金相图：在十分缓慢的冷却条在十分缓慢的冷却条件下，合金状态与成分之间关系的图件下，合金状态与成分之间关系的图形。形。(状态图、平衡图状态图、平衡图)。第45页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图n二元合金相图的建立及匀晶相二

36、元合金相图的建立及匀晶相图图 建立合金系的相图最主要是建立合金系的相图最主要是测定各种不同成分合金的测定各种不同成分合金的临界点临界点。测定方法测定方法：磁性分析、膨胀：磁性分析、膨胀分析、电阻测量、分析、电阻测量、X X射线分析及射线分析及热热分析法分析法等。等。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第46页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图匀晶相图匀晶相图：两组元组成的：两组元组成的合金合金系系，在液态无限互溶，在固态也能，在液态无限互溶，在固态也能无限互溶，形成固溶体的相图。无限互溶，形成固溶体的相图。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合

37、金相图第47页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 Cu-NiCu-Ni合金相图建立的合金相图建立的具体步骤：具体步骤：n（1 1）配制配制一系列不同成一系列不同成分的铜镍合金。分的铜镍合金。n（2 2）将上述合金）将上述合金熔化熔化后分别测定它们的后分别测定它们的冷却冷却曲曲线并找出线并找出临界点临界点。n （3 3）将各合金临界点标）将各合金临界点标在以温度为纵坐标、以成分为在以温度为纵坐标、以成分为横坐标的坐标系中。横坐标的坐标系中。n（4 4）将临界点温度中，）将临界点温度中，相同物理意义的点相同物理意义的点连接连接起来。起来。2.5 2

38、.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第48页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图相图分析相图分析 图中图中A A、B B分别分别为为CuCu、NiNi的熔点；两相区的存的熔点；两相区的存在，说明该合金的结晶是在一在，说明该合金的结晶是在一定的温度范围内进行的，不同定的温度范围内进行的，不同于纯金属。只有满足形成无限于纯金属。只有满足形成无限置换固溶体的两组元才能形成置换固溶体的两组元才能形成这类相图。这类相图。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第49页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图合金结晶过程

39、分析合金结晶过程分析：合金的含量不同，结晶温度不：合金的含量不同，结晶温度不同。同。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第50页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 设设W Wm m和和W Wn n为为t t0 0温度下液相和固相的相对重量，则：温度下液相和固相的相对重量，则：2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第51页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图n（一）共晶相图（一）共晶相图 共晶相图共晶相图：二组元在液态下无限互溶，：二组元在液态下无限互溶，在固态下有限溶解并发生共晶反映的合金在

40、固态下有限溶解并发生共晶反映的合金系形成共晶相图。系形成共晶相图。共晶反应共晶反应：从某种：从某种成分固定成分固定的合金的合金溶溶液液中，在一定中，在一定恒温恒温下同时下同时结晶结晶出两种成分出两种成分和结构都不同的和结构都不同的固相固相的反应。的反应。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第52页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图共晶相图共晶相图合金系分类合金系分类共晶合金共晶合金亚共晶合金亚共晶合金过共晶合金过共晶合金2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第53页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合

41、金相图相图图中图中L L为液相；为液相；为为S Sn n（锡）溶于（锡）溶于P Pb b（铅）中形成的固溶体；（铅）中形成的固溶体；为为P Pb b 溶于溶于S Sn n 中形成的固溶体。中形成的固溶体。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图反应产物：两相混合物共晶组织或共晶体。反应产物：两相混合物共晶组织或共晶体。第54页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 M M点（点（w wSnSn=19%=19%），），N N点（点（w wP Pb b=2.5%=2.5%），），A A、B B分分别为别为铅铅和和锡锡的熔点，的熔点，F F、G G点分别

42、为点分别为、室温下室温下近似的溶解度点。近似的溶解度点。E E点为点为共晶点（共晶点（w wSnSn=61.9%=61.9%）。）。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第55页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 共析反应共析反应：由一：由一种种固相固相在在恒温恒温下同时下同时转变成两种新的固相转变成两种新的固相的反应。的反应。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 转变温度较低，原转变温度较低，原子扩散困难，容易获得子扩散困难，容易获得较大的过冷度。得到的较大的过冷度。得到的两相共析组织要比共晶两相共析组织要比共晶组织更为细小均匀。组织更

43、为细小均匀。第56页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.2 2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 一、铁碳合金的基本相一、铁碳合金的基本相及组织及组织 铁碳合金在液态是可以无铁碳合金在液态是可以无限互溶，在固态时限互溶，在固态时C C能溶解于能溶解于FeFe的晶格中，形成间隙固溶体。的晶格中，形成间隙固溶体。当当C C量超过铁的溶解度时，多量超过铁的溶解度时，多余的余的C C便与便与FeFe形成化合物形成化合物FeFe3 3C C。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第57页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.2 2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金的基本相铁碳合金

44、的基本相铁素体铁素体渗碳体渗碳体奥氏体奥氏体莱氏体莱氏体珠光体珠光体2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第58页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.2 2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图n（一）铁素体（一）铁素体碳原子固溶到碳原子固溶到FeFe中形成的间隙固中形成的间隙固溶体。溶体。常用常用“F”F”或或“”表示。表示。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图n 因因C C原子半径大于原子半径大于FeFe晶格中的晶格中的最大空隙半径，所以溶解度极低。最大空隙半径，所以溶解度极低。特点特点：n、含碳量很小，其力学性能与纯、含碳量很小，其力学性能与纯铁极为相近。铁极为相近。n、强度和

45、硬度低，而塑性和韧、强度和硬度低，而塑性和韧性好。性好。n、铁素体在、铁素体在770770以下具有磁以下具有磁 。第59页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.2 2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图（二）奥氏体（二）奥氏体 碳溶于面心立方晶格的碳溶于面心立方晶格的-Fe-Fe 中中形成的间隙固溶体形成的间隙固溶体。用符号用符号“A”A”或或 “”表示。表示。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图因因-Fe-Fe晶格中的最大空隙半晶格中的最大空隙半径大于径大于-Fe-Fe晶格中的最大空隙半径，晶格中的最大空隙半径，所以溶碳能力比所以溶碳能力比-Fe-Fe 高。高。特点特点：n、具有一定

46、强度和硬度，、具有一定强度和硬度，良好的韧性，低的塑性形变抗力。良好的韧性，低的塑性形变抗力。n、易于高温锻压成型。、易于高温锻压成型。第60页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.2 2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图n（三）（三）渗碳体渗碳体 铁与碳形成的具有复杂晶格的铁与碳形成的具有复杂晶格的间隙化合物。间隙化合物。FeFe3 3C C的含碳量为的含碳量为6.696.69，熔熔点为点为12271227。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图n特点特点：n、硬度高；、硬度高；n、脆性大，塑性、冲击韧、脆性大，塑性、冲击韧性几乎等于零。性几乎等于零。第61页，共87页，编辑于202

47、2年，星期一2.5.2 2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图n（四）珠光体（四）珠光体铁素体和渗碳体均匀分铁素体和渗碳体均匀分布的两相机械混合物。布的两相机械混合物。代代号为号为“P”P”。它是它是A A在冷却过程中在冷却过程中（727727的恒温下）发生的恒温下）发生共析转变共析转变得到的产物，平得到的产物，平均含碳量均含碳量0.77%0.77%。铁素体素体+珠光体珠光体2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图n特点特点：n、有较高的强度，硬、有较高的强度，硬度适中。度适中。n、具有一定的塑性和、具有一定的塑性和足够的韧性。足够的韧性。第62页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.2

48、2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图n（五）莱氏体（五）莱氏体A A和和FeFe3 3C C呈均匀分布呈均匀分布的机械混合物。也称高的机械混合物。也称高温莱氏体，温莱氏体，用符号用符号LdLd表表示。示。它是含碳量为它是含碳量为4.3%4.3%的的铁碳合金，在铁碳合金，在11481148时时发生发生共晶转变共晶转变，从液相，从液相中同时结晶出中同时结晶出A A和和FeFe3 3C C。珠光体珠光体+二次渗碳体二次渗碳体2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第63页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.2 2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图低温莱氏体低温莱氏体：P P和和FeFe3 3

49、C C的机械混合物。代号的机械混合物。代号LdLd表表示。示。它是在它是在727 727 以下以下高温莱氏体中的高温莱氏体中的A A发生共发生共析转变成析转变成P P而形成。是铁而形成。是铁碳合金在室温时的另一个碳合金在室温时的另一个基本组织。基本组织。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图特点特点：n、硬度高。、硬度高。n、塑性很差。、塑性很差。第64页，共87页，编辑于2022年，星期一2.5.2 2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图表示在极缓慢冷却（或加热）表示在极缓慢冷却（或加热）情况下，不同成分的铁碳合金的情况下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的一种图状态或组织随温度变化

50、的一种图形形。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第65页，共87页，编辑于2022年，星期一（一）（一）Fe-FeFe-Fe3 3c c相图的重要点、线、区相图的重要点、线、区2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第66页，共87页，编辑于2022年，星期一（一）（一）Fe-FeFe-Fe3 3c c相图的重要点、线、区相图的重要点、线、区2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图第67页，共87页，编辑于2022年，星期一（一）（一）Fe-Fe3cFe-Fe3c相图的重要点、线、区相图的重要点、线、区、FeFe3CFeFe3C相图中的主相图中的主要相区要相区ACDACD线以上：线以上：