第2章 铁碳合金金属材料工艺基础.ppt

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1、第2章 铁碳合金1晶体结构n晶体与非晶体：根据物质内部原子的聚集状态不同，可将固体物质分为晶体和非晶体。晶体物质内部的原子按一定次序作有规则排列。第1节 纯铁的晶体结构和同素异构转变晶体非晶体n晶格：为了便于分析和描述晶体中原子的排列情况，可示意地将每个原子看成一个点，这些点代表原子的平衡位置，把这些点用假想线条连接起来，得到一个抽象化了的空间格架，叫做晶格晶格。晶格中的点叫做结点结点。晶格晶格晶体晶体n晶胞：晶格中能完整反映晶格特征的最小几何单元。晶格晶格晶体晶体晶胞晶胞90%以上的金属晶体属于体心立方、面心立方和密排六方晶格三种:2典型的金属晶体结构n体心立方晶格 每个晶胞中有1+81/8

2、=2个原子。铬、-铁、钨、钼属于这类结构。八个顶角上的每个原子属于八个晶胞n面心立方晶格每个晶胞共有61/2+81/8=4个原子。铜、铝、-铁、镍等。n密排六方晶格每个晶胞共有121/6+21/2+3=6个原子。铍、镁、锌等。3纯金属的结晶过程和同素异构现象n结晶：金属由液态转化为晶体的过程。纯金属的冷却曲线过冷过冷度=理论结晶温度-实际结晶温度过冷度的大小与冷却速度密切相关n结晶过程的两个阶段形核，包括自发晶核和外来晶核长大，以晶核为中心，按一定的几何形状不断排列起来，形成晶体，直到与相邻的晶体相互接触，液态金属耗尽，结晶过程结束，形成多晶体结构。形核与长大过程同时进行，长大在各个方向不均衡

3、。形核形核、长大同时进行多晶体过冷金属液结晶过程见动画2-1-81n晶体的粒度及对力学性能的影响晶体越细，晶界越多。由于晶界处晶体排列方向不同，犬牙交错，互相咬合加强了金属的结合力，故金属晶粒越细，力学性能越好。细化晶粒是金属加工工艺的一项重要任务。n细化晶粒的方法增加冷却速度孕育变质处理热处理、压力加工。冷却速度的影响见动画2-1-101n金属的同素异构转变同素异构转变：随着温度的改变，固态金属的晶格结构 也随之改变的现象称为同素异晶转变。见动画纯铁的同素异构转变第二节 铁碳合金的基本组织n关于合金的几个重要概念合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素熔合在一起所得到的具有金属

4、性质的物质。组元：组成合金最基本、独立的物质。一般是组成合金的元素，有时也可以是稳定的化合物。二元合金、三元合金。相：合金中成分、结构及性能相同的均匀组成部分。相与相之间有明显的界面。合金的性能是由合金组成相本身的结构性能和各相的组合情况决定。组织：用金相观察方法，在金属及合金的内部看到的涉及晶体或晶粒大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况，也称显微组织。n基本相结构合金中的相按结构可分固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体，叫做固溶体。根据溶质在溶剂晶格中的位置，有两类：固溶体金属化合物置换固溶体：溶质原子代替部分溶剂原子占据结点位置形成的固溶体。间隙固溶体：溶质

5、原子在溶剂晶格各结点的间隙位置。固溶强化：溶质原子使固溶体的强度、硬度升高的现象。见动画置换固溶体见动画间隙固溶体金属化合物：组成合金的组元，按一定原子数量比例相互化合而成的完全不同于原组元晶格的新相，且具有金属特性的固体合金称为金属化合物。金属化合物一般具有较高的熔点、较大的脆性和较高的硬度。n机械混合物：当组成合金的组元不能完全溶解或完全化合时，则形成由两相或多相构成的组织，称为机械混合物。其性能取决于各个组成相的相对数量、形状、大小和分布情况。单相合金多相合金n铁碳合金的基本相和组织液相（L）高温铁素体（）：碳在-Fe中形成的间隙固溶体；奥氏体（、A）：碳溶于-Fe形成的间隙固溶体。溶碳

6、能力较强（2.11%），高温组织；铁素体（、F）：碳在-Fe中形成的间隙固溶体。最大溶碳量0.0218%；渗碳体(Fe3C)：铁与碳形成的金属化合物，硬而脆，含碳量6.69%，在一定条件下分解。铁铁素素体体在在显显微微镜镜下下为为明明亮亮的的多边形晶粒多边形晶粒，但晶界曲折。，但晶界曲折。奥奥氏氏体体在在显显微微镜镜下下也也是是呈呈多多边边形形晶晶粒粒，但但晶晶界界较较铁铁素素体体平平直直，并并存有双晶带。存有双晶带。n两个机械混合物珠光体（P）：由铁素体和渗碳体两相组成，含碳量0.77%的铁碳合金在共析转变时的产物。性能介于铁素体和渗碳体之间。莱氏体：奥氏体和渗碳体的机械混合物。含碳量在4.

7、3%的铁碳合金共晶反应的产物。性能类似于渗碳体。第三节 铁碳合金状态图（相图）1铁碳合金状态图的分析铁碳合金状态图是以温度为纵坐标，合金成分（碳质量分数）为横坐标的图形。横坐标仅标出碳质量分数小于6.69部分，实际上是FeFe3C图。铁碳合金状态图左上角部分已经进行了简化，但并不影响其在工程上的实际应用。范围：06.69%C,Fe-Fe3C.n各特性点（临近点）：重点理解A、C、E、G、S、P。n各特性线n两个重要反应共晶反应共析反应：n钢、铁的成分范围和组织特点工业纯铁 含碳量小于0.0218%.钢 含碳量从0.02182.11%的铁碳合金。亚共析钢（0.0218C%0.77%）共析钢(0.

8、77%C)过共析钢(0.77%C%2.11%)生铁 含碳量2.11%6.69%之间的铁碳合金。亚共晶生铁（2.11%C%4.3%）共晶生铁（4.3%C）过共晶生铁（4.3%C%6.69%）2钢在缓慢冷却条件下的组织转变共析钢：LAP（F+Fe3C）。n共析反应：A(0.77%C)P（F0.0218+Fe3C6.69）见动画2-1-211室温组织：P亚共析钢：亚共析钢：LL+AAA+FF+P见动画2-1-221室温组织：F+P过共析钢：LL+AAA+Fe3CP+Fe3C见动画2-1-231室温组织：P+Fe3C共晶生铁：LLd（A+Fe3C）Ld+Fe3CLd（P+Fe3C）+Fe3C见动画2-1-241