02第二讲：铁碳合金.ppt

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1、一、金属及合金的晶体结构1、金属的结晶结晶：是液态金属冷却到凝固温度时，原子由不规则排列的无序状态，逐步转变为按一定规则有序排列的过程。晶核长大形成晶核全部结晶晶粒晶粒的大小对金属材料的力学性能有很大影响：晶粒越细小，金属的强度、塑性和韧性越好（细晶强化）。2、纯金属的晶体结构自然界中的固体物质可分为晶体物质和非晶体物质。晶体：内部原子按一定几何形状作有规律地重复排列的物质。（如金刚石、石墨、金属与合金等）非晶体：内部原子无规律的堆积的物质。（如沥青、松香、玻璃等）。普通的金属材料都是多晶体物质，晶体

2、内部的原子按一定的规则排列。用射线分析的方法可以研究晶体内部的结构。晶粒晶界多晶体结构晶体中原子排列晶格晶胞晶胞是晶格中一个最基本的单元（又称简单立方晶格），其各边长度以埃（）来度量（1=1/108cm），通常用它来描述晶体的结构，。纯金属晶体结构的类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格如：W、Mo、Cr、V、K、Na、α—Fe、δ—Fe如：Au、Ag、Al、Cu、Ni、Pb、γ—Fe如：Mg、Zn、Be3、金属的同素异构转变大多数金属结晶后晶格形式是不变的，但有些金属的晶格随温度的改变其类型将发生

3、改变（如铁、钛、钴等），此现象称为“同素异构转变。试验材料：直径为2mm的纯铁丝现象：（1）逐渐加热，铁丝下垂；（2）加热到912℃时，铁丝突然回升；（3）继续加热，铁丝又重新下垂；1394℃912℃δ—Feγ—Feα—Fe这表明纯铁在加热直至熔化前，或凝固后的继续冷却过程中有两次晶体结构的转变。其变化过程如下：（体心立方）（面心立方）（体心立方）纯铁的同素异构转变性质，在其通过不同的热处理来改变钢的组织和性能上有重要的实用价值。实验证明：γ—Fe比容比α—Fe小（单位质量的体积），因此当铁丝加热到9

4、12℃以上，α—Fe转变为γ—Fe时，必然产生收缩。铁的同素异构转变，是铁原子重新排列的过程，实质上也是一种结晶过程（一般称为“重结晶”）。δ—Feγ—Feα—Fe4、合金的晶体结构合金：两种或两种以上金属元素组成的，具有金属特征的新物质。组成合金最基本的、独立的物质称为组元。组元可以是元素（金属或非金属元素）；也可以是金属化合物。组元不同比例的组合，构成不同成分的合金，称为合金系。比如，铁碳合金、铜锌合金等金属组元非金属组元二元合金合金在固态时的晶体组织结构一般分为三种：（1）固溶体——各组元在固态

5、下相互溶解而形成的均匀固体组织。置换固溶体间隙固溶体固溶体仍保持溶剂（基本组元）晶格的类型。它不但可保持溶剂组元的塑性和韧性，而且溶质原子能使合金晶格畸变，增加变形抗力，导致强度、硬度升高称为“固溶强化”。是提高金属力学性能的重要途径之一。溶质原子溶剂原子溶剂原子溶质原子（2）化合物——各组元间按一定的原子数量比，发生相互作用而生成的新物质。+化合物具有与各组元原有晶格不同的特殊晶格，一般为高熔点、高硬度、脆性大。化合物是金属材料中重要的强化物质。组元1组元2新物质（3）机械混合物——各组元在固态下既

6、不溶解，也不化合，而以混合形式组合在一起的物质。机械混合物可以是固溶体和化合物两组元之间的混合。+固溶体化合物混合物机械混合物中各组元仍保持原来各自的晶格和性能，其综合性能取决于各组元的相对数量、晶体形状、晶体大小及分布等。二、铁碳合金的组织结构由铁和碳组成的合金称为“铁碳合金”，钢和铸铁均属于铁碳合金。铁（Fe）和碳（C）在不同的成份含量、不同的温度条件下，可以形成化合物、固溶体、机械混合物等组织形态，不同的组织形态形成了铁碳合金不同的性能。组织（相）：在显微镜下观察到具有某种形貌或特征的组成部分。

7、含碳量为0.8%钢的显微组织含碳量为1.2%钢的显微组织含碳量为0.45%钢的显微组织纯铁的显微组织铁碳合金的几种基本组织如下：1、铁素体（F）——铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的的固溶体。铁原子碳原子因为铁素体的基体为体心立方晶格，原子间的空隙很小（α-Fe的间隙半径为0.364埃，碳原子的半径为0.77埃），故溶碳能力较差，室温下仅可溶0.006%的碳，在727℃时溶碳量最大，但也只有0.0218%的碳。所以铁素体的显微组织与纯铁没有明显的差别。铁素体的力学性能为：强度、硬度很低（σb=180∼2

8、80MPa，50∼80HBS），而塑性、韧性良好（δ=30%∼50%，Ψ=70%∼80%αk=160∼200J/cm2）。2、奥氏体（A）——奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的的固溶体。铁原子碳原子因为奥氏体的基体为面心立方晶格，原子间的空隙较大（γ-Fe的间隙半径为0.52埃），故溶碳能力较高，727℃时的溶碳量为0.77%，1148℃可达2.11%。奥氏体是高温下存在的组织（727℃以上）。奥氏体的力学性能为：有一定的强度和硬度（σb=400MPa，1