純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1、一一 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體學(xué)基本知識晶體學(xué)基本知識晶體和非晶體在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。晶體和非晶體在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。晶體晶體 原子規(guī)則排列的集合體原子規(guī)則排列的集合體 固定的熔點固定的熔點 各向異性：不同方向的性能不同各向異性：不同方向的性能不同非晶體非晶體 原子無規(guī)則堆積的集合體原子無規(guī)則堆積的集合體 無固定熔點無固定熔點 各向同性各向同性晶格、晶包和晶格常數(shù)晶格：把晶體中原子看成幾何點，用平行直線連接后得晶格：把晶體中原子看成幾何點，用平行直線連接后得到的三維格架到的三維格架晶胞：晶格中能全面反映原子排列規(guī)律的最小單元晶胞：晶格中能全面反映原子排列規(guī)律的最小單元晶

2、體晶格晶胞晶格常數(shù) 晶胞的棱邊長度a、b、c和棱間夾角、是衡量晶胞大小和形狀的六個參數(shù)，其中a、b、c稱為晶格常數(shù)或點陣常數(shù)。 其大小用 來表示（ ） 若a=b=c，=90這種晶胞就稱為簡單立方晶胞。具有簡單立方晶胞的晶格叫做簡單立方晶格。101A10omAo體心立方晶格晶胞中的原子數(shù)：晶胞中的原子數(shù)：2最近原子間距最近原子間距 體心與頂角之間：體心與頂角之間： a 3 / 2原子半徑：原子半徑：r = a 3 / 4致密度：致密度：68%常見金屬有常見金屬有 -Fe, Cr, W, Mo, V面心立方晶格晶胞中的原子數(shù)：晶胞中的原子數(shù)：4 4最近原子間距最近原子間距 面心與頂角之間：面心與頂

3、角之間： a a 2 2 / 2/ 2原子半徑：原子半徑：r = r = a a 2 2 / 4/ 4致密度：致密度：74%74%常見金屬有常見金屬有 -Fe, Al, Cu, Ni, Au, Ag, Pb-Fe, Al, Cu, Ni, Au, Ag, Pb密排六方晶格晶胞中的原子數(shù)：晶胞中的原子數(shù)：6 6最近原子間距最近原子間距 相鄰頂角之間：相鄰頂角之間： a a原子半徑：原子半徑：r = r = a /a / 2 2致密度：致密度：74%74%常見金屬有常見金屬有 Mg, Zn, CdMg, Zn, Cd, Be, Be晶面及晶向指數(shù)晶面及晶向指數(shù) 在研究金屬晶體結(jié)構(gòu)的細節(jié)及其性能時，

4、往往需要分析它們的各種晶面和晶向中原子分布的特點，這樣有必要給各種晶面和晶向定出一定的符號，以表示出它們在晶體中的方向，從而便于分析，晶面和晶向的這種符號分別叫“晶面指數(shù)”和“晶向指數(shù)”。晶面指數(shù)與晶向指數(shù)是如何確定？晶面及晶向指數(shù)晶面及晶向指數(shù)（一）晶面指數(shù)的確定（一）晶面指數(shù)的確定 如圖1-10 設(shè)晶格中，某一原子為原點，通過該點平行于晶胞的三棱邊作OX、OY、OZ三坐標(biāo)軸，以晶格常數(shù)a、b、c分別作為相應(yīng)的三個坐標(biāo)軸上的度量單位，求出所需確定的晶面在三坐標(biāo)軸上的截距； 將所得三截距之值變?yōu)榈箶?shù)； 再將這三個倒數(shù)按比例化為最小整數(shù)并加上一圓括號 即為晶面指數(shù)。 一般表示形式：（hkl) 。

5、 晶面及晶向指數(shù)晶面及晶向指數(shù)（二）（二） 晶向指數(shù)的確定晶向指數(shù)的確定 通過坐標(biāo)原點引一直線，使其平行于所求的晶向； 求出該直線上任意一點的三個坐標(biāo)值； 將三個坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)，加一方括號，即為所求的晶面指數(shù)，其一般形式uvw。 如：AB的晶向指數(shù)：過O作一平行直線OP, 其上任一點的坐標(biāo)（110）,這樣所求 AB的晶向指數(shù)即為110； OB：本身過原點不必作平行線，其上任一 點的坐標(biāo)（111），其晶向指數(shù)111； OC：其上任一點C的坐標(biāo)（100），其晶 相指數(shù)100。 同理：OD晶向指數(shù)010,OA為001。同樣 100代表方向相同的一組晶向, 而則代表方向不同但原子排列 相同的

6、晶向 晶格致密度是指晶胞中原子所占體積與該晶胞體積之比。 如：體心立方晶格晶胞中有2個原子，故體心立方晶格的致密度為：2r2a20.68a3333344（）（） （）334個原子體積晶胞體積a 上式表明在體心立方晶格中有68%的體積被原子占據(jù)，其余為空隙。同理也可以確定出面心立方晶格和密排六方晶格的致密度為0.74晶界：晶粒之間的界面晶界：晶粒之間的界面實際金屬的結(jié)構(gòu)單晶體：各部分位向完全一致的晶體單晶體：各部分位向完全一致的晶體由于不同晶面和晶向上原子排列密度不同由于不同晶面和晶向上原子排列密度不同原子間結(jié)合力不同原子間結(jié)合力不同力學(xué)性能不同力學(xué)性能不同單晶體表現(xiàn)為各向異性單晶體表現(xiàn)為各向異

7、性多晶體：許多位向不同的單晶體的聚合體多晶體：許多位向不同的單晶體的聚合體晶粒：多晶體中外形不規(guī)則的小晶體晶粒：多晶體中外形不規(guī)則的小晶體 晶體缺陷晶體缺陷 在金屬中還存在著各種各樣的晶格缺陷，按其幾何形式的特點，分為如下三類：1.點缺陷 原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間三個方向尺寸都很小。 晶體中的空位、間隙原子、雜質(zhì)原子都是點缺陷。 晶體缺陷 晶體中原子偏離原來平衡位置晶體中原子偏離原來平衡位置晶體缺陷晶體缺陷導(dǎo)致晶格畸變導(dǎo)致晶格畸變強度強度，硬度，硬度，電，電阻阻點缺陷點缺陷導(dǎo)致晶格畸變導(dǎo)致晶格畸變強度強度，硬度，硬度 空位和間隙原子空位和間隙原子2.線缺陷 原子排列的不規(guī)則區(qū)在空間一個方向上

8、的尺寸很大，而在其余兩個方向上的尺寸很小。如：位錯。 位錯可認為是晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體的局部滑移而造成。 滑移部分與未滑移部分的交界線即為位錯線。 由于晶體中局部滑移的方式不同，可形成不同類型的位錯， 圖為一種最簡單的位錯“刃型位錯”。因為相對滑移的結(jié)果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的邊緣好像插入晶體中的一把刀的刃口，故稱“刃型位錯”。線缺陷 位錯位錯位錯 整排原子有規(guī)律錯排整排原子有規(guī)律錯排增加或減小位錯密度，可以提增加或減小位錯密度，可以提高強度高強度b b 晶須晶須加工硬化加工硬化位錯密度3.面缺陷 原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間兩個方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很

9、小。如晶界和亞晶界是晶體中典型的面缺陷。 顯然在晶界處原子排列很不規(guī)則，亞晶界處原子排列不規(guī)則程度雖較晶界處小，但也是不規(guī)則的，可以看作是由無數(shù)刃型位錯組成的位錯墻。亞組織示意圖面缺陷面缺陷 晶界晶界晶界處晶格畸變晶界處晶格畸變強度高強度高原子能量高原子能量高熔點低，易腐蝕，原子擴散快熔點低，易腐蝕，原子擴散快晶粒細晶粒細晶界面積大晶界面積大強度高強度高二二 金屬的結(jié)晶與同素異晶轉(zhuǎn)變金屬的結(jié)晶與同素異晶轉(zhuǎn)變1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 一切物質(zhì)從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程稱為凝固，如凝固后形成晶體結(jié)構(gòu)，則稱為結(jié)晶。 金屬在固態(tài)下通常都是晶體，所以金屬自液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，稱為金屬的結(jié)晶。純金屬

10、的結(jié)晶是在恒溫下進行的。純金屬的結(jié)晶是在恒溫下進行的。時間溫度t/工業(yè)純鐵的冷卻曲線從曲線看出，液態(tài)金屬隨著冷卻時間增加，溫度不斷降低，但冷卻到一定溫度時，溫度不再隨時間增加而變化，于是在曲線上出現(xiàn)了一個溫度水平線，線段對應(yīng)的溫度就是純鐵的結(jié)晶溫度。結(jié)晶出現(xiàn)恒溫的原因是：結(jié)晶時放出的結(jié)晶潛熱結(jié)晶出現(xiàn)恒溫的原因是：結(jié)晶時放出的結(jié)晶潛熱與液態(tài)金屬向周圍散失的熱量相等所致。與液態(tài)金屬向周圍散失的熱量相等所致。實際中，由于液態(tài)結(jié)晶為固相時均有較大的冷卻實際中，由于液態(tài)結(jié)晶為固相時均有較大的冷卻速度，因而液態(tài)金屬的實際結(jié)晶溫度速度，因而液態(tài)金屬的實際結(jié)晶溫度t1均在均在t0以以下進行。下進行。理論結(jié)晶溫

11、度與實際結(jié)晶溫度之差稱為過冷度：01ttt 2 結(jié)晶過程結(jié)晶晶核的形成晶核的長大自發(fā)形核非自發(fā)形核 自發(fā)形核自發(fā)形核是在一定條件下，從液態(tài)金屬中直接產(chǎn)生，原子呈規(guī)則排列的結(jié)晶核心；非自發(fā)形核非自發(fā)形核是液態(tài)金屬依附在一些未溶顆粒表面所形成的晶核，非自發(fā)形核所需能量較少，它比自發(fā)形核容易得多。 一般條件下，液態(tài)金屬結(jié)晶主要靠非自發(fā)形核。一般條件下，液態(tài)金屬結(jié)晶主要靠非自發(fā)形核。 晶體的長大以枝晶狀形式進行的，并不斷地分枝發(fā)展。 晶核的長大即液態(tài)金屬中的原子向晶核表面轉(zhuǎn)移的過程。由于形核時晶體中的頂角、棱邊散熱條件優(yōu)于其他部位而長的比較大，長出一次晶軸，后又在一次晶軸上長出二次晶軸，直到液態(tài)金屬全

12、部消失，最后形成一個像樹枝狀的晶體簡稱樹枝晶。 結(jié)晶時總有結(jié)晶潛熱放出，并總是遵循形核和核長大規(guī)律，在有過冷度的條件下才能進行結(jié)晶。晶粒大小與性能的關(guān)系一般情況下，晶粒愈小，強度、塑性、韌性愈高晶粒大小的控制晶粒大小與晶體的長大速度、形核速度有關(guān)，若結(jié)晶時有較大的過冷度，形核率的增加比晶核的長大速度快，則晶粒愈小。獲得細晶粒的方法：1 提高結(jié)晶時的冷卻速度、增加過冷度；2 變質(zhì)處理3 振動（機械、超聲波、電磁）2 金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變FeFeFe體心立方體心立方面心立方1394912 大部分金屬從液態(tài)結(jié)晶成固態(tài)晶體后，其晶體結(jié)構(gòu)不再隨溫度變化。但有些金屬如鐵、鈦在固態(tài)下起晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化而變化

13、。3 合金的結(jié)晶與二元相圖一 概述 合金合金 通過熔煉，燒結(jié)或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。 組元組元 組成合金的最基本的、獨立的物質(zhì)稱為組元 相在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分，均稱之為相 組織 用肉眼或在顯微鏡下能觀察到的不同相的形狀、分布及各相之間的組合狀態(tài)。二 合金的相結(jié)構(gòu)合金相固溶體金屬化合物置換固溶體間隙固溶體 從以上圖中可以看出，由于溶質(zhì)原子的溶入造成了固溶體晶格的畸變，使合金的強度與硬度提高，而塑性和韌性略有下降。 既然溶入原子可以提高材料的強度和硬度，那么就可以通過人為的往

14、合金中加入其它原子，使合金強度和硬度提高，這種方法叫做固溶強化。金屬化合物定義：金屬化合物又稱中間相，是指合金組元之間相互作用形成的具有金屬特征的物質(zhì)。特點：熔點高，硬度高，脆性大，常作為重要的強化相來使用。金屬化合物正常價化合物電子化合物間隙化合物非鐵合金中重要的強化相鋼中重要的強化相 間隙化合物是由較大的過渡族元素為溶劑與原子直徑較小的非金屬元素（C、N、B）為溶質(zhì)相互作用形成的間隙化合物。 根據(jù)其晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度分為： 具有簡單晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物； 具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物。 間隙相比復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物具有更高的熔點、硬度、且穩(wěn)定。如表2-1。合金的組織 合金的組織是由合金

15、相組成。既可以是固溶體，也可以是金屬化合物，絕大多數(shù)的組織是由固溶體和金屬化合物組成的復(fù)合組織。 通過調(diào)整固溶體中溶質(zhì)的含量和金屬化合物的數(shù)量、大小、形態(tài)及分布以及調(diào)整固溶體與金屬化合物的比例，可以改變其組織，從而改變合金的性能來滿足生產(chǎn)需要。三 合金的結(jié)晶與二元合金相圖1 二元合金相圖的建立 目前，合金狀態(tài)圖應(yīng)用最多的是熱分析法。以CuNi合金相圖測定為例，說明熱分析法的應(yīng)用及步驟： （1）配制不同成分的合金試樣，如純銅；70%Cu+30%Ni；50%Cu+50%Ni；合金30%Cu+70%Ni；純Ni。 （2）測定各組試樣合金的冷卻曲線并確定其相變臨界點； （3）將各臨界點繪在溫度合金成分

16、坐標(biāo)圖上； （4）將圖中具有相同含義的臨界點連接起來，即得到Cu、Ni合金相圖。a）冷卻曲線 b）相圖L2 二元勻晶相圖二元勻晶相圖定義：凡兩組元在液態(tài)、固態(tài)均能以任何比例互定義：凡兩組元在液態(tài)、固態(tài)均能以任何比例互溶形成無限固溶體的相圖稱二元勻晶相圖。溶形成無限固溶體的相圖稱二元勻晶相圖。相圖分析：aLb稱為液相線，表示液態(tài)合金冷卻開始結(jié)晶的溫度線，加熱時所有固相轉(zhuǎn)變成液態(tài)的熔化終了線。ab為固相線，表示合金結(jié)晶終了的溫度線，加熱時固相開始熔化的溫度線。銅-鎳合金勻晶相圖CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 純銅純

17、銅熔點熔點純鎳純鎳熔點熔點液相線液相線固相線固相線液相區(qū)液相區(qū)固相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)液固兩相區(qū)勻晶合金的結(jié)晶過程勻晶合金的結(jié)晶過程abcdT,CtL L L勻晶轉(zhuǎn)變 L 冷卻曲線NiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 勻晶合金與純金屬不同，它沒有一個恒定的熔點，勻晶合金與純金屬不同，它沒有一個恒定的熔點，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進行結(jié)晶。而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進行結(jié)晶。 杠桿定律杠桿定律 處于兩相區(qū)的合金，不僅由相圖可知道兩平衡相的處于兩相區(qū)的合金，不僅由相圖可知道兩平衡相的成分，還可用杠桿定律求出兩平衡相的相對

18、重量。成分，還可用杠桿定律求出兩平衡相的相對重量。 現(xiàn)以現(xiàn)以Cu-Ni合金為例推導(dǎo)杠桿定律：合金為例推導(dǎo)杠桿定律： 確定兩平衡相的成分：設(shè)合金成分為確定兩平衡相的成分：設(shè)合金成分為x，過，過x做成做成分垂線。在成分垂線相當(dāng)分垂線。在成分垂線相當(dāng)于溫度于溫度t 的的o點作水平線，點作水平線，其與液固相線交點其與液固相線交點a、b所所對應(yīng)的成分對應(yīng)的成分x1、x2即分別即分別為液相和固相的成分。為液相和固相的成分。12 t 則則 QL + Q =1 QL x1 + Q x2 =x 解方程組解方程組得得121122LxxxxQxxxxQ l式中的式中的x2-x、x2-x1、x-x1即為相圖中線段即為

19、相圖中線段xx2 (ob)、x1x2 (ab)、 x1x(ao)的長度。的長度。l 確定兩平衡相的相對重量確定兩平衡相的相對重量l設(shè)合金的重量為設(shè)合金的重量為1，液相重量為，液相重量為QL，固相重量為，固相重量為Q 。固溶體合金與純金屬結(jié)晶的區(qū)別：1）固溶體合金是在一個溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的；2）固溶體會隨著溫度的降低，最后會結(jié)晶出一個以任何比例互溶的無限固溶體；3）結(jié)晶過程中液相成分沿著液相線變化，固相成分沿著固相線變化；4）結(jié)晶過程中，在某一溫度下平衡的兩個相的相對重量由杠桿定律求出。枝晶的偏析 實際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴散不充分。擴散過程總是落后于結(jié)晶過程，合金結(jié)晶是在非平衡的條件下進

20、行的。這使得先結(jié)晶出來的固溶體合金含高熔點組元較多，合金的熔點較高，構(gòu)成晶體的樹枝狀骨架，后結(jié)晶出的部分含高熔點組元較少，熔點較低，填充于枝間。 這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析或稱晶內(nèi)偏析。3 二元共晶相圖定義：兩組元在液態(tài)下互溶，但在固態(tài)下這兩種組元可以互不溶解或僅能部分溶解形成兩種不同固相并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的相圖。共晶轉(zhuǎn)變：一定成分液相一定的冷卻溫度一定的加熱溫度固相1+固相2 共晶相圖中有三個單相區(qū)：液相區(qū)L，固相和相區(qū)； 三個兩相區(qū)：L+區(qū)，L+區(qū)，+區(qū)； 一個三相共存點：C點 4 相圖與合金性能之間的關(guān)系相圖與合金性能之間的關(guān)系 相圖與合金力學(xué)性能、相圖與合金力學(xué)性能、物理

21、性能的關(guān)系物理性能的關(guān)系 兩相機械混合物的合金兩相機械混合物的合金:性能與合金成分呈直線關(guān)性能與合金成分呈直線關(guān)系，是兩相性能的算術(shù)平系，是兩相性能的算術(shù)平均值，如：均值，如： 混混= Q + Q HB混混=HB Q +HBQ (Q 、Q為兩相相對重量為兩相相對重量) 單相固溶體的合金：單相固溶體的合金： 性能隨成分呈曲線變性能隨成分呈曲線變化，隨溶質(zhì)含量增加，化，隨溶質(zhì)含量增加，、HB、 增加，塑性增加，塑性下降。下降。 形成穩(wěn)定化合物的形成穩(wěn)定化合物的合金：合金： 性能性能-成分曲線出現(xiàn)拐成分曲線出現(xiàn)拐點。點。 相圖與鑄造性能的關(guān)系相圖與鑄造性能的關(guān)系 l固溶體合金液固相固溶體合金液固相線

22、間距越大、偏析傾線間距越大、偏析傾向大向大, 樹枝晶發(fā)達樹枝晶發(fā)達, 流流動性降低動性降低, 補縮能力補縮能力下降下降, 分散縮孔增加分散縮孔增加. l共晶合金結(jié)晶溫度共晶合金結(jié)晶溫度低，流動性好，縮孔低，流動性好，縮孔集中，集中， 偏析小，偏析小， 鑄鑄造性能好。造性能好。一 鐵碳合金的基本相與性能 碳在碳在-Fe中的固溶體中的固溶體稱稱 -鐵素體，用鐵素體，用 表示。表示。 都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低低,在在727時最大為時最大為0.0218%，室溫下僅為，室溫下僅為0.0008%。 鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素

23、體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體鐵素體l 鐵素體：鐵素體：l碳在碳在 -Fe中的固溶體稱中的固溶體稱鐵素體鐵素體, 用用F 或或 表示。表示。 奧氏體奧氏體: 碳在碳在 -Fe中的固溶體稱奧氏體。用中的固溶體稱奧氏體。用A或或 表示。表示。 是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，大，1148時最大為時最大為2.11%。l組織為不規(guī)則多面體組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強晶粒，晶界較直。強度低、塑性好，鋼材度低、塑性好，鋼材熱加工都在熱加工都在A區(qū)進行區(qū)進行.l碳鋼室溫組織中無奧碳鋼室溫組織中無奧氏體。氏體。奧氏體奧氏體 滲碳

24、體：滲碳體：即即Fe3C, 含碳含碳6.69%, 用用Fe3C或或Cm表示。表示。 Fe3C硬度高硬度高、強度低強度低( b 35MPa), 脆性大脆性大, 塑性幾乎為零塑性幾乎為零lFe3C是一個亞穩(wěn)相，在一是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：定條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), 該反該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。應(yīng)對鑄鐵有重要意義。l由于碳在由于碳在 -Fe (F)中的溶中的溶解度很小，因而常溫下碳解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在?；蚴男问酱嬖?。 鑄鐵中的石墨鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體鋼中的滲碳體二 鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相

25、圖的分析二、鐵碳合金相圖的分析 特征特征點點LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 特征線特征線 液相線液相線ABCD， 固相線固相線AHJECFD 三條水平線：三條水平線： HJB：包晶線：包晶線LB+H J ECF：共晶：共晶線線LC E+Fe3C 共晶產(chǎn)物共晶產(chǎn)物是是 與與Fe3C的機械的機械混合物，稱作萊氏體混合物，稱作萊氏體, 用用Le表示。為蜂窩狀表示。為蜂窩狀, 以以Fe3C為為基，性能硬而脆基，性能硬而脆。萊氏體萊氏體 PSK：共析線：共析線 S FP+ Fe3C 共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是 與與Fe3C的機械混合物，稱的機械混合物，稱作作珠光體珠光體，用，

26、用P表示。表示。珠光體珠光體L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3Cl珠光體的組織特點是珠光體的組織特點是兩相呈片層相間分布兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。性能介于兩相之間。 PSK線又稱線又稱A1線線 。 其它相線其它相線 GS,GP 固溶體固溶體轉(zhuǎn)變線轉(zhuǎn)變線, GS又稱又稱A3 線。線。 HN,JN 固溶體固溶體轉(zhuǎn)變線，轉(zhuǎn)變線， ES碳在碳在 -Fe中的固中的固溶線。溶線。又稱又稱Acm線。線。 PQ碳在碳在 -Fe中的固中的固溶線。溶線。 三個三相區(qū)：即三個三相區(qū)：即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三條水平線三條

27、水平線 l 相區(qū)相區(qū)l 五個單相區(qū)：五個單相區(qū)： L、 、 、 、Fe3C l 七個兩相區(qū)七個兩相區(qū): L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C 三、典型合金的平衡結(jié)晶過程三、典型合金的平衡結(jié)晶過程 鋼鋼(0.02182.11%C)高溫組織為單相高溫組織為單相 亞共析鋼亞共析鋼 (0.02180.77%C) 共析鋼共析鋼 (0.77%C) 過共析鋼過共析鋼 (0.772.11%C)l鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：l 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵(0.0218% C) 組織為單相鐵素體。組織為單相鐵素體。亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過

28、共析鋼過共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 白口鑄鐵白口鑄鐵 (2.116.69%C) 鑄造性能好鑄造性能好, 硬而硬而脆脆 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 (2.114.3%C) 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵(4.3%C) 過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 (4.36.69%C) （1） 共析鋼的結(jié)晶過程共析鋼的結(jié)晶過程 l合金液體在合金液體在1-2點間轉(zhuǎn)變點間轉(zhuǎn)變?yōu)闉锳。到到S點點發(fā)生共析轉(zhuǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：變： S P+Fe3C, A 全部轉(zhuǎn)變?nèi)哭D(zhuǎn)變?yōu)闉橹楣怏w。珠光體。 共析鋼的結(jié)晶過程共析鋼的結(jié)晶過程 珠光體珠光體在光鏡下呈指紋狀在光鏡下呈指

29、紋狀. 結(jié)束時，珠光體中相的相結(jié)束時，珠光體中相的相對重量百分比為對重量百分比為：l珠光體中的滲碳體稱珠光體中的滲碳體稱共析共析滲碳體滲碳體。lS點以下，共析點以下，共析 中析出中析出Fe3C，與共析，與共析Fe3C結(jié)合結(jié)合不易分辨。不易分辨。室溫組織為室溫組織為P.珠光體珠光體Q3 Fe C6.690.7788.8%,6.690.0218100%88.8%11.2%SKQPKQ 室溫下，珠光體中室溫下，珠光體中兩兩相的相對重量百分比相的相對重量百分比是多少？是多少？Q432193 Fe C46.690.7788.5%6.690.0008100%88.5%11.5%LQQLQ（2） 亞共析鋼的

30、結(jié)晶過程亞共析鋼的結(jié)晶過程 0.090.53%C亞共析鋼冷亞共析鋼冷卻時發(fā)生包晶反應(yīng)卻時發(fā)生包晶反應(yīng). 以以0.45%C的鋼為例的鋼為例 合金在合金在4點以前通過勻晶點以前通過勻晶包晶包晶勻晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯蚓Х磻?yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳。到。到4點，由點，由A 中析出中析出F 。到。到5點點, A 成分沿成分沿GS線變到線變到S點，點，A發(fā)生發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。溫度繼續(xù)下降，共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。溫度繼續(xù)下降，F(xiàn)中析出中析出Fe3C，由于與共析，由于與共析Fe3C結(jié)合結(jié)合, 且量少且量少, 忽略不計忽略不計. +Fe3CGSPABJH亞共析鋼的結(jié)晶過程亞共析鋼的結(jié)晶過程 利用平衡組織中珠光體所占利

31、用平衡組織中珠光體所占的面積百分比，可以近似估的面積百分比，可以近似估算亞共析鋼的含碳量算亞共析鋼的含碳量:C%=P面積面積%0.77% (忽略忽略 中含碳量中含碳量，P面積面積%=QP)共析溫度下相的相對重量為：共析溫度下相的相對重量為： 組織組成物的相對重量為：組織組成物的相對重量為： S355100%,100%Fe CPKQQPKPK55100%100%PPSQQPSPS， 室溫下相的相對重量室溫下相的相對重量百分比為：百分比為：l室溫下組織組成物的相對重量百分比為：室溫下組織組成物的相對重量百分比為：S3360.0008100%6.690.00086100%Fe CFe CQQQLCL

32、QQQL60.00086 100%,100%0.770.0008PPQCSQQQQSQS 亞共析鋼室溫下的組織亞共析鋼室溫下的組織為為F+P。 在在0.02180.77%C 范圍范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加增加而增加。含含0.45%C鋼的組織鋼的組織含含0.20%C鋼的組織鋼的組織含含0.60%C鋼的組織鋼的組織P PP （3）過共析鋼的結(jié)晶過程）過共析鋼的結(jié)晶過程 合金在合金在12點轉(zhuǎn)變點轉(zhuǎn)變?yōu)闉?, 到到3點點, 開始析出開始析出Fe3C。從奧氏從奧氏體中析出的體中析出的Fe3C稱稱二次滲碳體二次滲碳體, 用用Fe3C表示表示, 其其沿沿晶界呈網(wǎng)狀分布晶界呈網(wǎng)狀分

33、布.l溫度下降溫度下降, Fe3C量增加。量增加。到到4點，點， 成分成分沿沿ES線變化到線變化到S點，余下的點，余下的 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽優(yōu)镻。在共析溫度下在共析溫度下FeFe3 3C C的相對量？的相對量？過共析鋼的結(jié)晶過程過共析鋼的結(jié)晶過程 過共析鋼過共析鋼室溫組織室溫組織為為P+ Fe3C 。 Fe3C量隨含碳量而增加量隨含碳量而增加, 含碳量為含碳量為2.11%時時, Fe3C量最大：量最大：含含1.4%C鋼的組織鋼的組織32.11 0.77100%22.6%6.690.77IIFe CQ 室溫下兩相的相對室溫下兩相的相對重量百分比：重量百分比：l室溫下兩組織組成物室溫下兩組織組成物的相對重

34、量百分比：的相對重量百分比：12345S356.69100%6.690.00085100%Fe CLQQLCQQQQL356.695100%,100%6.690.77PFe CPLCSQQQS LS L 共晶白口鐵的結(jié)晶過程共晶白口鐵的結(jié)晶過程 合金冷卻合金冷卻到到C點發(fā)生共晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變點發(fā)生共晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體為萊氏體(Le),萊氏體萊氏體是共晶是共晶 與共晶與共晶Fe3C的機械混合物的機械混合物, 呈蜂窩狀呈蜂窩狀.Fe3C 共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時，兩相的相對重量百分比為共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時，兩相的相對重量百分比為:lC點以下點以下, 成分沿成分沿ES線變化，共晶線變化，共晶 將析出將析出Fe3C

35、。 Fe3C與共晶與共晶Fe3C 結(jié)合，不易分辨。結(jié)合，不易分辨。12 Fe3C36.694.3100%52.2%47.8%6.692.11Fe CQQ， 溫度降到溫度降到2點點, 成分達到成分達到0.77%, 此時此時, 相的相對重量相的相對重量: l在在2點點, 共晶共晶 發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由由P與與 Fe3C組成的組成的共晶體稱共晶體稱低溫萊低溫萊氏體氏體, 用用Le表示表示. 2 點以下，共晶點以下，共晶體中體中P 的變化同的變化同共析鋼。共析鋼。S36.694.3100%40.4%59.6%6.690.77Fe CQQ，共晶白口鐵的結(jié)晶過

36、程共晶白口鐵的結(jié)晶過程 共晶白口鐵室共晶白口鐵室溫組織為溫組織為Le (P+ Fe3C), 它它保留了共晶轉(zhuǎn)保留了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)變產(chǎn)物的形態(tài)特征。特征。 室溫下兩相的室溫下兩相的相對重量百分相對重量百分比為：比為： 36.694.3100%35.7%6.690.0008100%35.7%64.3%Fe CQQ 亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程 合金在合金在12點間析出點間析出 。到。到2點，液相成分變到點，液相成分變到C點點,并轉(zhuǎn)變并轉(zhuǎn)變?yōu)闉長e。23點間從點間從 中析出中析出Fe3C，一次，一次 的的Fe3C被共晶被共晶 襯托出來。到襯托出來。到3點，點， 轉(zhuǎn)變?yōu)?。轉(zhuǎn)變?yōu)?。亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程 亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵室溫組織室溫組