工程材料及加工+铁碳合金+热处理

《工程材料及加工+铁碳合金+热处理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第二章铁碳合金第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶转变一、晶体与非晶体晶体：原子（或分子）在三维空间的排列有规则的固态物质；非晶体：原子（或分子）是无规则地堆积在一起；晶体与非晶体的区别：晶体具有固定的熔点或凝固点；各向异性而非晶体则没有固定的熔点，各向同性。晶体在一定的条件下可以转变成非晶体，近年来，采用特殊的制备方法已能获得非晶态的金属和合金。二、金属的结晶金属及其合金绝大多数都是晶体晶体的特性：内部原子或分子呈规则排列，有固定的熔点，规则的形状。物质从液态变成固态的过程称为凝固凝固后得到的固体如果是晶体，这种凝固称为结晶金属的结晶就是由液体转为晶体的过程

2、，也即金属原子由无序转为有序排列的过程纯金属的结晶过程：纯金属的结晶过程：纯金属的结晶试验，测出纯金属的冷却曲线总结：实际的结晶温度总是低于理论的结晶温度，即结晶过冷现象理论结晶温度与实际结晶的温度之差，称为过冷度冷却速度愈快，实际结晶温度就愈低，过冷度就愈大，其结晶速度愈快金属的结晶过程是遵循：形核、核心长大的基本规律，即在液态金属中先形成小的固体晶核，晶核长大直至晶核长大到互相接触，结晶终了长大方式：晶体最常见的长大方式是树枝状长大。由上所述：固态金属是由多晶体构成每一个晶核长成的是一个小单晶体,称为晶粒。晶粒之间的界限称为晶界每个晶粒内部原子按一定的

3、方向排列，不同晶粒之间原子排列取向不同，晶界是2-3个原子厚度排列紊乱的过渡层。金属晶粒的大小对其力学性能影响很大晶粒愈细小，其强度硬度愈高，而且塑性和韧性愈好，即力学性能愈好因此在整个金属材料加工过程，晶粒粗化是不允许的而细化晶粒是金属热加工中的重要任务。金属结晶时细化晶粒的主要途径是：1.加快冷却速度，增加晶核的数目2.在金属液体中，加入外来晶核，增加晶核数目，以达到细化晶粒的目的。这种工艺即变质处理，所加入的物质即变质剂用热处理或压力加工方法也可以使固态金属晶粒细化二．纯金属的晶体结构金属晶体：即原子按一定规律排列的金属晶格：能够反映晶体中原子排列规

4、律的空间网格晶胞：在晶格中取出能够反映晶格排列规律的最小单元称为晶胞。一般为平行六面体。晶格常数：反映晶胞大小形状的参数有六个。abcαβγ单位为“埃”,abc为晶格常数各种金属晶体结构的主要差别就在于其晶格类型和晶格常数的不同。常见的金属晶格1、体心立方晶格体心立方晶格的晶胞它是一个立方体。在晶胞的中心和八个角上各有一个原子，晶胞角上的原子为相邻的八个晶胞所共有，每个晶胞实际上只占有1／8个原子。而中心的原子为该晶胞所独有。故晶胞中实际原子数为8×1／8＋1＝2（个）。具有体心立方晶格的金属有：α-Fe、Cr、V、Nb、Mo、W等2、面心立方晶格面心立方

5、晶格也是一个立方体，在晶胞的每个角上和晶胞的六个面的中心都排一个原子，晶胞角上的原子为相邻的八个晶胞所共有，而每个面中心的原子为两个晶胞共有。所以，面心立方晶胞中原子数为8×1／8＋6×1／2＝4（个）。具有面心立方晶格的金属有：γ-Fe、Al、Ni、Mn、Au、Ag等密排立方晶格，如图。具有密排六方晶格的金属有：Mg、Zn、Cd、Be等三．金属的同素异晶转变大多数金属固态下从高温到室温其晶格类型都将保持不变。但有些金属如铁、锡、钛、锰等金属固态时，在不同温度范围呈现出不同的晶格，这种随着温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象称为同素异晶转变。例如铁，如

6、图：固态金属的同素异晶转变也称为固态相变。同素异晶转变对热处理有重要的意义一般称液态向固态的转变成为一次结晶。固态之间的相变称为二次结晶或重结晶。同素异晶转变时，随着晶格类型的恶化，其密度也发生变化，例如γ—Fe→α—Fe转变时，铁的体积要膨胀。这种体积变化的不均匀时就会产生内应力。也称为组织应力（热胀冷缩不均匀时产生的内应力成为热应力）第二节铁碳合金的基本组织由于纯金属性能的局限性，不能满足各种场合的要求。因此，目前使用的金属材料绝大多数是合金。合金：两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素熔合在一起，构成的具有金属特性的物质。下面再介绍几个关于合金

7、的观念。组元：组成合金的最基本的独立的物质称为组元。组元可以是纯金属也可以是化合物。由几种组元组成的合金就称为几元合金。如二元合金。相：在合金中，凡化学成分和晶格类型相同并与其他部分由界面分开的均匀部分称为相。如单相合金，双相合金……显微组织:用放大镜或显微镜观察到,合金内部各组成相的相对大小、形状、数量、分布的综合即显微组织。溶解度：合金中的组织相当复杂，并随着成分、温度和冷却速度而变化。一般合金中的组织可分为：固溶体、金属化合物和机械混合物。一、固溶体当两种组元熔合到一起并保持其中一种组元晶格类型时，形成的这种新物质称为固溶体。保持晶格类型的组元称为溶

8、剂组元，另一组元称为溶质组元。铁碳合金中，铁为溶剂组元，碳为溶质组