机械工程材料-第二章-金属的晶体结构与结晶课件

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2,TW,第二章 金属晶体机构与结晶,2.1,晶体结构,2.2,结晶,2.3,铁碳合金相图,2TW第二章 金属晶体机构与结晶2.1 晶体结构,金属的晶体结构,2-1,金属的,性能,主要是由金属,内部组织结构,决定的。,因此，了解金属内部结构及其对,金属性能,的影响、对,选用,和,加工,金属材料有重要的意义。,金属的晶体结构2-1 金属的性能主要是由金属内部组织结构,金属的晶体结构,2-1,一、纯金属的晶体结构 1.晶体结构的基本知识,（1）晶体与非晶体,晶体,的原子是按一定的几何形状作,有规律,的重复排列，如,金刚石、石墨、冰、固态金属与合金,等，晶体,有固定熔点,。,非晶体,的原子是,无规律,杂乱地堆积在一起，如,玻璃、沥青、松香,等，非晶体,没有固定的熔点,。,金属的晶体结构2-1一、纯金属的晶体结构 1.晶体结,金属的晶体结构,2-1,（2）晶格与晶胞,用于描述原子在晶体中规律排列方式的空间格子称为,晶格,。晶格中直线的交点称为,结点,。,晶格中能代表原子排列规律的基本几何单元称为,晶胞,。,金属的晶体结构2-1（2）晶格与晶胞,金属的晶体结构,2-1,晶向,晶格中由原子所组成的任一直线，代表晶体空间的一个方向。,金属的晶体结构2-1晶向 晶格中由原子所组成的任,金属的晶体结构,2-1,晶面,晶格中各方位上的原子组成的平面。,金属的晶体结构2-1晶面晶格中各方位上的原子组成的平面。,金属的晶体结构,2-1,2. 常见的晶格类型,（1）体心立方晶格,体心立方晶格的晶包为一个立方体，立方体的八个顶角各排列着一个原子，立方体中心有一个原子。,属于这种晶格类型的金属有Cr、W、Mo、V、-Fe等 。,金属的晶体结构2-12. 常见的晶格类型 体心立,金属的晶体结构,2-1,体心立方晶格,晶格常数：a(a=b=c),原子半径：,原子个数：2,致密度：68%,常见金属： 、铬、钨、钼、钒等,金属的晶体结构2-1体心立方晶格晶格常数：a(a=b=c),金属的晶体结构,2-1,（2）面心立方晶格,面心立方晶格的晶包也是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各排列着一个原子。,属于这种晶格类型的金属有,Al、Cu 、Ni、Pb、Au、Ag、-Fe,等 。,金属的晶体结构2-1（2）面心立方晶格 面心立,金属的晶体结构,2-1,面心立方晶格,-Fe,金属的晶体结构2-1面心立方晶格-Fe,金属的晶体结构,2-1,（3）密排六方晶格,密排六方晶格的晶包是一个六方柱体，柱体的十二个顶角和上、下面中心各排列着一个原子，在上、下面之间还有三个原子。,属于这种晶格类型的金属有,Mg、 Zn 、Be、-Ti,等 。,金属的晶体结构2-1（3）密排六方晶格 密排,金属的晶体结构,2-1,密排六立方晶格,晶格常数：底边长a，高c,原子半径：,原子个数：6,致密度：74%,常见金属： 、镁、锌、铍等,金属的晶体结构2-1密排六立方晶格晶格常数：底边长a，高c,金属的晶体结构,2-1,3. 多晶体结构,晶体内部原子排列方向（称晶格位向）完全一致的晶体称为,单晶体,。,晶粒与晶粒之间的界面称为,晶界,。,由许多小晶体组成的晶体称为,多晶体,。,晶格排列方向基本相同的小晶体称为,晶粒,。,金属的晶体结构2-13. 多晶体结构晶体内部原子排列方,金属的晶体结构,2-1,4. 纯金属的实际晶体结构,晶体缺陷,：晶体中原子规律排列受到破坏的区域，称为晶体缺陷。,（1）点缺陷,呈点状分布的缺陷，常见的有,晶格空位、间隙原子、置换原子,。,金属的晶体结构2-14. 纯金属的实际晶体结构晶体缺陷,金属的晶体结构,2-1,点缺陷造成,晶格畸变,，使金属,强度、硬度、电阻率,增加，,塑性、韧性,下降。,金属的晶体结构2-1点缺陷造成晶格畸变，使金属强度、硬度、电,金属的晶体结构,2-1,（2）线缺陷,呈线状分布的缺陷，主要是各种位错。,晶面上下两部分晶体间产生原子错排现象，称为,位错。,位错密度增加，能,提高金属强度,。,金属的晶体结构2-1（2）线缺陷 晶面上下两部分晶体间产生,金属的晶体结构,2-1,（3）面缺陷,呈面状分布的缺陷，主要是,晶界,和,亚晶界,。,晶体缺陷产生晶格畸变，使金属的,强度、硬度,提高，,韧性,下降。,金属的晶体结构2-1（3）面缺陷 晶体缺陷产生晶格畸变，使,金属的晶体结构,2-1,二、合金的晶体结构,1.合金的基本概念,合金：,两种或两种以上的金属与金属，或金属与非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质。,例如，钢和生铁是Fe与C的合金，黄铜是Cu和Zn的合金。,组元：,组成合金最基本的物质。可以是元素，也可以是化合物。,黄铜的组元是铜和锌；青铜的组元是铜和锡。铁碳合金中的Fe3C，镁硅合金中的Mg2Si。,合金系：,组元不变，当组元比例发生变化，可配制出一系列不同成分、不,同性能的合金，这一系列的合金构成一个“合金系统”，简称合金系。,相:,合金中结构相同、成分、性能均匀的组成部分（和其他部分以界面分开）。,金属的晶体结构2-1二、合金的晶体结构1.合金的基本概念合金,金属的晶体结构,2-1,2.合金的基本相,合金中的相按结构可分为：,固溶体、金属化合物,。,（1）固溶体,固溶体是指合金中两组元在,固态下相互溶解,而形成的,均匀固相,。,溶剂,是组成固溶体的两个组元中，能够,保持,其,原有晶格类型,的组元；,溶质,是,失去原有晶格类型,的组元。,特征：,固溶体的晶格仍然保持溶剂的晶格类型。,金属的晶体结构2-12.合金的基本相合金中的相按结构可分为：,金属的晶体结构,2-1,1）置换固溶体,溶质原子置换了溶剂晶格中的一些溶剂原子而形成的固溶体。,置换固溶体,金属的晶体结构2-11）置换固溶体溶质原子置换了溶剂晶格中的,金属的晶体结构,2-1,2）间隙固溶体,溶质原子嵌入溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体。,由于在溶剂晶格中溶入了溶质元素，必然造成溶剂晶格的畸变。,组成：,原子半径较小（小于0.1nm)的非金属元素溶入金属晶体的间隙。,影响因素：,原子半径和溶剂结构。,溶解度：,一般都很小，只能形成有限固溶体（间隙有限）。,金属的晶体结构2-12）间隙固溶体溶质原子嵌入溶剂晶格的间隙,金属的晶体结构,2-1,（2）金属化合物,合金组元间发生,相互作用,而形成一种具有金属特性的物质。,1.正常价化合物：,如Mg,2,Si, Mg,2,Sn, Mg,2,Pb, Cu,2,Se等。,2.电子化合物：,不遵守原子价规律，但有一定的电子浓度的化合物。,如Cu,3,Al, CuZn,3, Cu,5,Zn,8,等。,3.间隙化合物：,由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的金属化合物。,金属的晶体结构2-1（2）金属化合物 合金组元,金属的结晶,2-2,物质从液态到固态的转变过程称为,凝固,。,材料的凝固分为两种类型：,1.,晶体,，我们称之为结晶；,2.,非晶体,，非晶态材料在凝固过程中是逐渐变硬的。,结晶是由一种相(液相)转变为另一种相(固相)的过程，即是,相变过程,。,金属的结晶2-2 物质从液态到固态的转变过程称为,金属的结晶,2-2,T,o,时间,温度,理论冷却曲线,实际冷却曲线,T,1,结晶平台(是由结晶潜热导致),一、冷却曲线和过冷度,结晶只有在理论结晶温度以下才能发生，这种现象称为,过冷。,理论结晶温度与实际结晶温度的差值称为,过冷度(,T)，,即,T=T,0,T,1,。,纯金属结晶时的冷却曲线,孕育期,冷速越大，过冷度越大,金属的结晶2-2To时间温度理论冷却曲线实际冷却曲线T1结,金属的结晶,2-2,液态金属,形核,晶核长大,完全结晶,结晶过程:,晶核形成,和,晶核长大,两个基本过程。,金属的结晶2-2液态金属形核晶核长大完全结晶结晶过程:晶核形,金属的结晶,2-2,晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。,晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。,每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。,金属的结晶2-2晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产,金属的结晶,2-2,晶核的形成方式,自发晶核,:晶核完全是由液体中瞬时短程有序的原子团形成。,非自发晶核,:晶核依靠液体中存在的固体杂质或容器壁形成。,自发晶核和非自发晶核同时存在，但,非自发晶核起优先、主导,作用,金属的结晶2-2晶核的形成方式,金属的结晶,2-2,晶核的长大方式,树枝状,（1）,均匀长大,：当过冷度很小时，结晶以均匀长大方式进行。,（2）,树枝形式长大,：实际冷却速度较大，因而主要以树枝形式长大，由于晶核棱角处的散热条件好、生长快，先形成枝干，而枝干间最后被填充。,均匀长大,树枝状长大,金属的结晶2-2晶核的长大方式树枝状（1）均匀长大：当过冷,金属的结晶,2-2,晶粒度,实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。,晶粒细小金属,强度、塑性、韧性,好，且,晶粒愈细小，性能愈好,。,标准晶粒度共分,八级,，一级最粗，八级最细。通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。,金属的结晶2-2 晶粒度标准晶粒度共分八级，一级,金属的结晶,2-2,影响晶粒度的因素,（1）结晶过程中的形核速度N（形核率）,（2）长大速度G（长大率）,细化晶粒,的方法,1.促进形核率N,2.抑制长大,率G,金属的结晶2-2影响晶粒度的因素,金属的结晶,2-2,（1）,提高冷却速度（增大过冷度）,：,不同过冷度T对形核率N和成长率G的影响不同。,过冷度等于零时，结晶没有发生。,（2）,变质处理:,在液态金属浇注前加入可成为非自发晶核的固态,变质剂,，增加晶核数，,提高形核率,，达到细化晶粒的目的。,通常在钢中加入,铝、钒,，向铸铁液中加入,硅铁合金,。,（3）,机械振动、超声振动、电磁搅拌：,使结晶过程中形成的枝晶折断裂碎，,增加晶核数,，达到细化晶粒的目的。,工业上控制晶粒大小的方法,金属的结晶2-2（1）提高冷却速度（增大过冷度）：工业上控制,金属的结晶,2-2,Al-Si合金组织,金属的结晶2-2Al-Si合金组织,金属的结晶,2-2,金,属,铸,锭,金属的结晶2-2金,金属的结晶,2-2,金属铸锭,可看作形状简单的大型铸件，是金属型材的,基础坯材,。,在实际生产中，液态金属被浇注到,锭模,中便得到,铸锭,，而注入到,铸型模,具,中成型则得到,铸件,。,铸锭的组织及其存在的,缺陷,对其加工和使用性能有着直接的影响。,金属的结晶2-2金属铸锭可看作形状简单的大型铸件，是金属型材,金属的结晶,2-2,1、,表层细晶区,接触金属模壁的液态金属层被激冷，,大的过冷度,使形核率很大，同时,金属模壁,还能促进,非自发晶核,的产生。,特点,:,组织致密、均匀，力学性能好，很薄，对性能影响不大,但若采取强制水冷等措施，扩大增厚表层细晶粒区，对改善提高金属性能有积极意义。,金属的结晶2-21、表层细晶区 特点:,金属的结晶,2-2,2、,柱状晶粒区,模壁温度逐渐升高，使金属液的,冷却速度,逐渐,降低,，过冷度减小，,形核率降低,，由于,垂直模壁方向散热较快,，晶粒,沿此方向长大较快,， 形成,垂直于模壁,向内部金属液生长的柱状晶粒区。,特点：,1、柱状晶粒的,力学性能有方向性,。,2、,承受,单向载荷,的机械零件,，如,汽轮机叶片,，采用,定向结晶,以获得方向性强的柱状晶粒区，提高使用性能,金属的结晶2-22、柱状晶粒区 特点：,金属的结晶,2-2,3、,中心等轴晶粒区,剩余金属液的散热冷却已,无明显的方向性,，趋于,均匀冷却,，同时液态金属中的,杂质,也集聚到这最后结晶的中心部分，在不大的过冷度下最后形成,晶粒粗大,的等轴晶粒区。,特点：,力学性能无方向性,，,组织疏松,，易生成,杂质、气孔,、,微缩孔,等缺陷，影响力学性能。,金属的结晶2-23、中心等轴晶粒区 特点：,金属的结晶,2-2,铸锭的缺陷：,缩孔、疏松、气孔、偏析。,缩孔,缩松,铸件中的气孔,硫在钢锭中偏析的模拟结果,金属的结晶2-2 铸锭的缺陷：缩孔缩松铸件中的气孔硫在钢锭中,金属的结晶,2-2,二、合金的结晶,合金结晶同,纯金属,一样也遵循,形核、长大,的规律。,但合金的成分中包含有,两个以上的,组元,，并且同一合金系中各合金的比例成分不同，所以合金在结晶过程中其组织的形成及变化规律要比纯金属复杂得多。,为了研究合金的性能与其成分、组织的关系，就必须借助于,合金相图,这一重要工具。,金属的结晶2-2二、合金的结晶 合金结晶同纯金属,铁碳合金相图,2-3,合金相图,又称状态图（平衡图），是表示在,平衡（极其缓慢加热或冷却）条件,下，合金系中各种合金,状态,与,温度,、,成分,之间关系的图形。,作用,：,1.,通过相图可了解合金系中不同成分的合金，在不同温度下的组织状态，在什么温度发生结晶和相变，存在几个相，每个相的成分是多少等。,2.,在生产实践中，相图可作为正确制定铸造、锻压、焊接、热处理工艺的重要依据。,铁碳合金相图2-3合金相图,铁碳合金相图,2-3,根据组元数, 一般分为二元相图、三元相图。,Fe-C二元相图,三元相图,铁碳合金相图2-3根据组元数, 一般分为二元相图、三元相图。,铁碳合金相图,2-3,同素异构转变,有些物质在,固态下,其,晶格类型,会随温度变化而发生变化，这种现象称为同素异构转变。,锡,，四方结构的,白锡,在13,下转变为金刚石立方结构的,灰锡,。,同素异构转变同样也遵循形核、长大的规律，但它是一个固态下的相变过程，即,固态相变,。,除,锡,之外，,铁、锰、钴、钛,等也都存在着同素异构转变。,铁碳合金相图2-3同素异构转变,铁碳合金相图,2-3,固态转变的特点,固态转变又称,二次结晶,或,重结晶,，它有着与结晶不同的特点：,形核在某些,特定部位,发生，如晶界、晶内缺陷、特定晶面等。,因为这些部位与新相结构相近，或者原子扩散容易。,因固态下扩散困难，所以,过冷倾向大,。,固态相变组织通常要比结晶,组织细,。,固态转变伴随,体积变化,，易产生,内应力,，使材料发生变形、开裂。,铁碳合金相图2-3固态转变的特点,铁碳合金相图,2-3,1.纯铁的的同素异构转变,-Fe,-Fe、 -Fe、-Fe都是铁的同素异构体。,1394,C,912,C,体心立方,面心立方,体心立方,- Fe,体积收缩,- Fe,体积膨胀,- Fe,铁碳合金相图2-31.纯铁的的同素异构转变-Fe-Fe、,铁碳合金相图,2-3,由于纯铁具有同素异构转变的特性，因此，生产中才有可能通过不同的,热处理工艺,来改变钢铁的组织和性能。,铁碳合金相图2-3 由于纯铁具有同素异构转变的特,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金,碳钢,+,铸铁,，是工业应用最广的合金。含碳量为0.0218% 2.11%的称钢,含碳量为 2.11% 6.69%的称铸铁。,Fe、C为组元，称为,黑色金属,。,Fe-C合金除Fe和C外，还含有少量Mn 、Si 、P 、S 、 N 、O等元素，这些元素称为杂质。,铁碳合金相图2-3铁碳合金碳钢+铸铁，是工业应用最广的合金,铁碳合金相图,2-3,铁,和,碳,可形成一系列稳定化合物： Fe,3,C、 Fe,2,C、 FeC。,含碳量大于Fe,3,C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。,实际所讨论的铁碳合金相图是,Fe- Fe,3,C,相图。,Fe,Fe,3,C,Fe,2,C,FeC,C,C%(at%),铁碳合金相图2-3铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、,铁碳合金相图,2-3,2.铁碳合金的基本相,（1）铁素体（F）,铁中溶入碳元素构成的固溶体，保持铁的体心立方晶格。（,晶界曲折,）,铁素体,铁碳合金相图2-32.铁碳合金的基本相（1）铁素体（F）,铁碳合金相图,2-3,定义：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体,晶格结构：体心立方晶格bcc,最大溶解度：0.0218%（727）,性能： R,m,(,b,)=180270MPa R,eL,(,s,)=100170MPa HBW=5080,A()=30%50% Z()=70%80% K(a,k,)=128160J/cm,2,铁素体室温时的性能与纯铁相似，,强度、硬度低,，,塑性、韧性好,。,铁素体（F或）,铁碳合金相图2-3 定义：碳溶于-Fe中所形成的间隙固,铁碳合金相图,2-3,（2）奥氏体（A）,铁中溶入碳元素构成的固溶体，保持,铁的面心立方晶格。（,晶界平直,）,奥氏体,铁碳合金相图2-3（2）奥氏体（A） 铁,铁碳合金相图,2-3,定义：碳溶于,-Fe中所形成的间隙固溶体（高温组织）,晶格结构：面心立方晶格fcc,最大溶解度：2.11%（1148）,性能：R,m,(,b,)400MPa HBW=170220 A()=40%50%,塑性、韧性好，强度、硬度低,生产中常将工件加热到奥氏体状态进行锻造,奥氏体（A或,）,铁碳合金相图2-3定义：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体（,铁碳合金相图,2-3,（3）渗碳体 ( Fe,3,C ),铁和碳形成的一种具有复杂结构的金属（间隙）化合物。,铸铁中的石墨,钢中的渗碳体,铁碳合金相图2-3（3）渗碳体 ( Fe3C ),铁碳合金相图,2-3,定义：Fe 与 C 所形成的金属化合物,晶格结构：复杂正交,性能：1000HV，塑性、韧性几乎为零，硬而脆（耐磨性好），强度低,Fe,3,C 3Fe+C（石墨）,合金渗碳体：（Fe、Me）,3,C 、 Fe,3,（ C、N）、 Fe,3,（ C、B）,渗碳体（Fe,3,C）,高温,Fe,3,C为,片状、粒状、网状,存在,铁碳合金相图2-3定义：Fe 与 C 所形成的金属化合物,铁碳合金相图,2-3,（4）珠光体 ( P ),铁素体,和,渗碳体,组成的机械,混合物,。（,层片状,）,白色,F,基体中嵌入黑片状,Fe,3,C,（低倍镜下）,铁碳合金相图2-3（4）珠光体 ( P )铁素体和渗碳体组成,铁碳合金相图,2-3,定义：F与 Fe,3,C 所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%）,性能： R,m,(,b,)750MPa HBW=180 A()20%25%,K(a,k,)=3040J/cm,2,综合性能好,珠光体（P）,铁碳合金相图2-3定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（,铁碳合金相图,2-3,（5）莱氏体 ( Ld ),奥氏体,和,渗碳体,组成的机械,混合物,。,定义：A与 Fe,3,C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%）,性能：硬而脆（不能直接加工）,铁碳合金相图2-3（5）莱氏体 ( Ld )奥氏体和渗碳体组,铁碳合金相图,2-3,莱氏体 ( Ld )（一般在铸铁中）,（1）,高温莱氏体,（,Ld,）,：,1148时，含C量为4.3%的合金同时结晶出A与Fe,3,C。,L,4.3%C,Ld（A+ Fe,3,C),共晶反应,（2）,低温莱氏体,（,Ld,）,：,A,0.77%C,产生共析分解成为P体,A,0.77%C,P （F+ Fe,3,C）,共析反应,室温莱氏体,组织：（F+,Fe,3,C+Fe,3,C,I,+Fe,3,C,II,）,铁碳合金相图2-3莱氏体 ( Ld )（一般在铸铁中）（1）,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,Fe,T,Fe,3,C,铁碳合金相图2-3FeTFe3C,铁碳合金相图,2-3,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,4.3,2.11,6.69,Fe,Fe,3,C,T,A+Fe,3,C,F,A+F,F+ Fe,3,C,0.77,K,0.0218,铁碳合金相图2-3ACDEFGSPQ1148727LAL,铁碳合金相图,2-3,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,4.3%C,2.11%C,0.0218%C,6.69%C,Fe,Fe,3,C,T,Ld,Ld+Fe,3,C,A+Ld+Fe,3,C,F,A+F,P,0.77%C,Ld,K,( P+Fe,3,C ),P+Ld+Fe,3,C,Ld+Fe,3,C,P+F,P+Fe,3,C,( F+ Fe,3,C ),A+,Fe,3,C,L+ Fe,3,C,( A+Fe,3,C ),铁碳合金相图2-3ACDEFGSPQ1148727LAL,铁碳合金相图,2-3,亚共析钢,共析钢,过共析钢,共晶白口铁,过共晶白口铁,亚共晶白口铁,工业纯铁,铁碳合金相图2-3亚共析钢共析钢过共析钢共晶白口铁过共晶白口,铁碳合金相图,2-3,1-2点间转变为,，3-4点间,，5-6点间,，,到7点，从,中析出Fe,3,C。,工业纯铁的结晶过程,铁碳合金相图2-31-2点间转变为，3-4点间，5-,铁碳合金相图,2-3,工业纯铁,随温度下降，,Fe,3,C,量不断增加，合金的室温下组织为,F+ Fe,3,C,。,从铁素体中析出的渗碳体称,三次渗碳体,，,用,Fe,3,C,表示。,Fe,3,C,以不连续网状或片状分布于晶界。,铁碳合金相图2-3工业纯铁 随温度下降，Fe3C量不,铁碳合金相图,2-3,室温平衡组织:100% P（F和Fe,3,C）,合金液体在1-2点间转变为,，,到S点发生共析转变：,S,P,+Fe,3,C,全部转变为珠光体。, 共析钢的结晶过程,w,c,=0.77%,铁碳合金相图2-3室温平衡组织:100% P（F和Fe3C）,铁碳合金相图,2-3,共析钢,室温组织: 层片状 P,( F + 共析 Fe3C ),珠光体,强度较高，塑性、韧性,、,硬度介于Fe3C 和 F 之间。,指纹状,铁碳合金相图2-3共析钢室温组织: 层片状 P ( F,铁碳合金相图,2-3, 亚共析钢的结晶过程,0.0218% wc 0.77%,铁碳合金相图2-3 亚共析钢的结晶过程0.0218%,铁碳合金相图,2-3,室温组织:,F + P,亚共析钢,铁碳合金相图2-3室温组织: F + P亚共析钢,铁碳合金相图,2-3,含0.45%C钢的组织,含0.20%C钢的组织,含0.60%C钢的组织,亚共析钢,铁碳合金相图2-3含0.45%C钢的组织含0.20%C钢的组,铁碳合金相图,2-3, 过共析钢的结晶过程,在,12,点转变为,A, 到,3,点, 开始析出,Fe,3,C,。,从奥氏体中析出的,Fe,3,C,称,二次渗碳体,用,Fe,3,C,表示, 其,沿晶界呈网状分布.,含1.4%C钢的组织,铁碳合金相图2-3 过共析钢的结晶过程 含1.4%C钢的组,铁碳合金相图,2-3,室温组织:,P + Fe,3,C,II,过共析钢,铁碳合金相图2-3室温组织:P + Fe3CII 过共析,铁碳合金相图,2-3, 共晶白口铁的结晶过程,合金冷却到,C,点发生共晶反应全部转变为莱氏体,Ld,莱氏体是共晶,A,与共晶,Fe,3,C,的机械混合物,呈蜂窝状.,Fe,3,C,A,共晶白口铁,铁碳合金相图2-3 共晶白口铁的结晶过程 Fe3CA共晶白,铁碳合金相图,2-3,共晶白口铸铁结晶过程为,共晶反应+二次析出反应+共析反应,，室温组织为,珠光体+渗碳体,，是,低温莱氏体,，用符号“,Ld,”表示。,室温组织:,（低温）,莱氏体 Ld,（,P,+,Fe,3,C,II,+,共晶,Fe,3,C,）,硬而脆,铁碳合金相图2-3 共晶白口铸铁结晶过程为共晶反应+二次,铁碳合金相图,2-3, 亚共晶白口铁的结晶过程,亚共晶白口铁,铁碳合金相图2-3 亚共晶白口铁的结晶过程亚共晶白口铁,铁碳合金相图,2-3,亚共晶白口铁,室温组织:,Ld+ P + Fe,3,C,II,铁碳合金相图2-3亚共晶白口铁室温组织:,铁碳合金相图,2-3,12点间,从液相中析出Fe,3,C,这种渗碳体称,一次渗碳体,，用,Fe,3,C,表示，呈,粗条片状,。到,2,点，余下的液相成分变到,C,点并转变为,Ld,。, 过共晶白口铁的结晶过程,过共晶白口铁,铁碳合金相图2-3 12点间从液相中析出Fe3,铁碳合金相图,2-3,室温组织:,Ld+ Fe,3,C,I,过共晶白口铁,铁碳合金相图2-3室温组织:过共晶白口铁,铁碳合金相图,2-3,Fe,Fe,3,C,S,Q,P,N,K,J,H,G,F,E,D,C,B,A,A+,Fe,3,C,A+F,L+A,A+,L+,F,A,L,L+,Fe,3,C,F+,Fe,3,C,A+,Fe,3,C,A+,Fe,3,C,+Ld,Ld,Ld,+,Fe,3,C,Ld,+,Fe,3,C,Ld,P+,Fe,3,C,+Ld,P+,Fe,3,C,P+F,P,F,+,Fe,3,C,C%,温度,铁碳合金相图2-3FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA,铁碳合金相图,2-3,3,、,含碳量对铁碳合金组织和性能的影响,（,1,）,含碳量对室温平衡组织的影响,钢,铁素体,亚共析钢,过共析钢,亚共晶白口铸铁,过共晶白口铸铁,共晶白口铸铁,共析钢,白 口 铸 铁,二次渗碳体,工,业,纯,铁,珠光体,莱氏体,一次渗碳体,Fe,3,C,钢 铁,分 类,组织组,成物相,对量%,相组成,物相对,量%,含碳量%,0,0.0218,0.77,2.11,4.3,6.69,100,100,0,0,三次渗碳体,铁碳合金相图2-33、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响钢铁素,铁碳合金相图,2-3,（,2,）,含碳量对力学性能的影响,亚共析钢,随含碳量增加，P 量增加，,钢的,强度、硬度升高，塑性、韧性下降,。,0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即为珠光体P的性能。,0.9%C，Fe,3,C,为晶界连续网状，强度下降, 但硬度仍上升。,2.11%C，组织中有以Fe,3,C为基的Ld,合金太脆.,铁碳合金相图2-3（2） 含碳量对力学性能的影响0.77%C,铁碳合金相图,2-3,（,3,） 含碳量对工艺性能的影响,切削性能,: 中碳钢合适,可锻性能,: 低碳钢好,焊接性能,: 低碳钢好,铸造性能,: 共晶合金好,热处理性能,: 第四章介绍,铸造,焊缝组织,模锻,切削加工的基本形式,车,刨,钻,铣,磨,铁碳合金相图2-3（3） 含碳量对工艺性能的影响铸造焊缝组织,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,（）选择材料方面的应用,1、要求塑性、韧性好，如：建筑结构、容器，应选用,低碳钢,（0.100.25%C）；,2、要求强度、塑性、韧性好，如：轴，应选用,中碳钢,（0.250.60%C）；,3、要求硬度高、耐磨性好，如：工具，应选用,高碳钢,（0.61.3%C）。,4、,白口铁,具有很高的,硬度,和,脆性,，应用很少，但因其具有很高的,抗磨损能力,，可应用于少数需要耐磨的零件，,如：拔丝模、轧辊、球磨机的铁球。,应用领域：,铁碳合金相图2-3（）选择材料方面的应用1、要求塑性、韧性,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,铁碳合金相图2-3,铁碳合金相图,2-3,合理的,确定浇注温度,对产品的质量起着重要的作用。,浇注温度过高，,会使液态金属的吸气量和总收缩量增大，易在铸件中形成,气孔，缩孔,等缺陷；,浇注温度过低，,会使液态金属流动性变差，在浇注中容易产生,冷隔,和,浇不足,等缺陷。,根据Fe-Fe,3,C相图可以合理地,确定浇注温度,一般定为,液相线以上50100,。,（,2,）在铸造工艺方面的应用,铁碳合金相图2-3 合理的确定浇注温度对产品的质,铁碳合金相图,2-3,液相线和固相线之间距离愈大，,其流动性愈差，成分偏析愈大，分散缩孔也愈多；,液相线和固相线之间距离愈小，,其流动性愈好，成分偏析愈小，分散缩孔也愈少。,纯铁与共晶成分的合金,其液相线和固相线距离最小(为零)，故其流动性好，偏析小，分散缩孔少，形成的集中缩孔可移至冒口，从而得到致密的铸件。,因此在铸造生产中接近于,共晶成分的铸铁,得到较广泛的应用。,（,2,）在铸造工艺方面的应用,Fe,T,Fe,3,C,铸钢件,适合于制造一些,形状复杂,，,难以锻造或切削加工,，而又要求,较高强度和塑性,的零件。,铁碳合金相图2-3 液相线和固相线之间距离愈大，其流动性愈,铁碳合金相图,2-3,（,3,）在锻造方面的应用,铸钢件,存在不可避免的组织缺陷(缩孔、疏松,、,气孔),直接用,金属切削加工,制造存在金属纤维被切断，导致机械性能不高,因此一些重要的零件都要求用,锻件,。,吊钩中的纤维组织,铁碳合金相图2-3（3）在锻造方面的应用吊钩中的纤维组织,铁碳合金相图,2-3,终锻温度不能过低,，,过低会使金属的塑性显著降低，这样锻造时易形成锻造裂纹。,终锻温度应在GSE线附近，一般为800左右。,奥氏体,的塑性较好，随温度升高奥氏体的变形抗力也不断减小，因此必须,把钢加热到Fe-Fe,3,C相图奥氏体单相区中的适当的温度范围,。,钢材锻造时，需要把钢加热到一定的温度范围内进行，即钢的,始锻温度,和,终锻温度,始锻温度不得过高，,过高会使金属产生,过烧,或,熔化,的现象（温度过高，氧渗入金属内部，使,晶界氧化,，形成,脆性晶界,，锻造时一打就破碎而报废）。,始锻温度常定为固相线以下200左右,。,铁碳合金相图2-3终锻温度不能过低，过低会使金属的塑性显著降,铁碳合金相图,2-3,(,4,)在热处理方面的应用,热处理工艺更是离不开Fe-Fe,3,C相图，如,退火、正火、淬火,的,加热温度,都是根据Fe-Fe,3,C相图来确定的，具体应用将在第四章中介绍。,铁碳合金相图2-3(4)在热处理方面的应用,