鐵碳合金狀態(tài)圖課件

1）體心立方晶格—在立方體的8個頂角上各有一個原子，在立方體中心還有一個原子。體心立方晶格11）體心立方晶格—在立方體的8個頂角上各有一個原子，在屬于體心立方晶格的金屬有:鈉(Na);鉀(K);鉻(Cr);鉬(Mo);鎢(W);釩(V);鉭(Ta);鈮(Nb);α-鐵(α-Fe)等。2屬于體心立方晶格的金屬有:鈉(Na);鉀(K

2）面心立方晶格

在立方體8個頂角上各有一個原子，在立方體的6個面的中心還各有一個原子。面心立方晶格32）面心立方晶格面心立方晶格3屬于面心立方晶格的金屬有:金(Au);銀(Ag);銅(Cu);鋁(Al);鎳(Ni);鉑(Pt);鉛(Pb);γ-鐵(γ-Fe)等。4屬于面心立方晶格的金屬有:金(Au);銀(Ag3.密排六方晶格(c/a=1.633)

(close-packed

hexagonallattice)53.密排六方晶格(c/a=1.633)

(屬于密排六方晶格的金屬有:鎂(Mg);鋅(Zn);鎘(Cd);α–鈦(α–Ti);鈹(Be)等。6屬于密排六方晶格的金屬有:鎂(Mg);鋅(Zn三種晶格的對比7三種晶格的對比7體心立方晶格α－Fe面心立方晶格γ－Fe

純鐵在晶體狀態(tài)下的兩種晶格類型：8體心立方晶格α－Fe面心立方晶格γ－Fe純鐵晶體有以下兩種類型:單晶體多晶體

9晶體有以下兩種類型:9單晶體與多晶體的基本概念

1.單晶體(singlecrystal)的特征:

*晶體由一個晶格排列方位完全一致的晶粒組成。

*晶體具有各向異性(aeolotropy)。例如:單晶硅、單晶鍺等。10單晶體與多晶體的基本概念10單晶體結(jié)構(gòu)示意圖11單晶體結(jié)構(gòu)示意圖112.多晶體(polycrystal)的特征

*晶體是由許多顆晶格排列方位不相同的晶粒組成。

*晶體具有各向同性(isotropy)。例如:常用的金屬等。122.多晶體(polycrystal)的特征*晶體是多晶體結(jié)構(gòu)示意圖13多晶體結(jié)構(gòu)示意圖13純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變

純鐵固態(tài)下,在不同溫度范圍內(nèi)將呈現(xiàn)出不同的晶格形態(tài)，這種現(xiàn)象稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。

（液體）1538℃

（體心）1394℃（面心）912℃（體心）2）用反應(yīng)式表示1）用冷卻曲線表示

L14純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變純鐵固態(tài)下,在不同溫度范3、金屬的結(jié)晶過程：金屬由液態(tài)冷卻變成固態(tài)，原子由不規(guī)則排列→有規(guī)則的排列

無序→有序

金屬結(jié)晶過程示意圖

金屬結(jié)晶過程形核＋長大→晶粒晶核晶核長大一個晶核長大后形成一個晶粒153、金屬的結(jié)晶過程：金屬結(jié)晶過程示意圖金金屬和合金多為多晶體結(jié)構(gòu)

晶粒間的接觸面（邊界）稱為晶界。一個晶粒晶界16金屬和合金多為多晶體結(jié)構(gòu)

一個晶粒晶界16

晶粒粗細對力學性能影響很大。一般規(guī)律：晶粒愈細，強度、硬度愈高，塑性、韌性愈好。晶粒大小對材料性能的影響17晶粒粗細對力學性能影響很晶粒大小對材料性能的影響17

細化晶粒的方法

（1）快速冷卻，增加晶核數(shù)；

（2）添加高熔點彌散質(zhì)點（孕育或變質(zhì)處理）（3）熱處理和壓力加工18細化晶粒的方法181919純金屬結(jié)晶的冷卻曲線規(guī)律

2）純金屬結(jié)晶在恒溫下進行，結(jié)晶冷卻曲線出現(xiàn)水平線段

1）金屬實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度；理論結(jié)晶溫度T0

與實際結(jié)晶溫度Tm之差稱為過冷度，

即：ΔT=T0-Tm20純金屬結(jié)晶的2）純金屬結(jié)晶在恒溫下進行，結(jié)晶冷卻曲線出現(xiàn)合金：以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其它金屬或非金屬，所形成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金的基本元素。鐵碳合金的組元是Fe和C相：在合金組織中，凡是成分相同、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能相同的均勻組成部分。例如：單一的液相；單一的固相；液相、固相兩相共存；問題：水、油混裝在一個瓶子里，是幾個相？將奶粉加開水沖一杯牛奶又是幾個相？2.2.2合金的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)概念21合金：以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其它金屬或非金屬，所形成的具有金組織：通常借助于放大鏡、顯微鏡人眼觀察到的材料內(nèi)部的微觀（圖像）統(tǒng)稱組織組織是材料性能的決定因素。合金的組織結(jié)構(gòu)機械混合物固溶體金屬化合物22組織：通常借助于放大鏡、顯微鏡人眼觀察到的材料內(nèi)部的微觀（圖一、固溶體溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體。據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)位置的不同固溶體固溶體的性能特點：具有良好的塑性和韌性，強度、硬度較低。置換固溶體間隙固溶體溶劑原子溶質(zhì)原子溶劑原子溶質(zhì)原子23一、固溶體溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體二、金屬化合物

合金各組成元素之間相互作用而生成的一種新的具有金屬特性的物質(zhì)。金屬化合物各元素之間呈整數(shù)比關(guān)系。如：Fe3C、WC、TiC等金屬化合物的性能特點：脆性大、硬度高；強度低；塑性、韌性差；高的熔點。24二、金屬化合物合金各組成元素之間相互作用而生成的一種三、機械混合物

合金的組成在固態(tài)下既不互相溶解又不形成化合物，而是按一定的重量比混合而成的新物質(zhì)。

機械混合物既可以是純金屬、固溶體或金屬化合物各自的混合，也可以是它們之間的混合。性能特點：性能介于各組成物的性能之間。25三、機械混合物合金的組成在固態(tài)下既不互相溶解又不形成化第三節(jié)鐵碳合金的基本組織

部分碳溶于鐵的晶格間隙，鐵的晶格類型不變。

奧氏體（A）—碳（C）溶入γ-Fe中所形成的固溶體

鐵素體（F）—碳（C）溶入α-Fe中所形成的固溶體

1）固溶體

26第三節(jié)鐵碳合金的基本組織部分碳溶于鐵的晶格間隙，鐵素體（F）——體心立方晶格奧氏體（A）——面心立方晶格

27鐵素體（F）——體心立方晶格奧氏體（A）——面心立方晶格2鐵素體組織奧氏體不銹鋼組織28鐵素體組織奧氏體不銹鋼組織28

滲碳體

（Fe3C）

（石墨）

鑄鐵生產(chǎn)中

性能

800HBW（用硬質(zhì)合金頭測定）

硬而脆，但塑性、韌性近于零。2）金屬化合物—各組元按一定整數(shù)比結(jié)合而成，并具有金屬性質(zhì)的均勻物質(zhì)，屬于單相組織。29滲碳體（Fe3C）（石墨）鑄鐵生產(chǎn)中性過共晶白口鑄鐵中鐵的一次滲碳體過共析鋼退火組織中的二次滲碳體30過共晶白口鑄鐵中過共析鋼退火組織中303）機械混合物——結(jié)晶過程所形成的兩相混合組織

白色F基體中嵌入黑片狀Fe

3C

良好的力學性能：

σb

≈750MPa；HBS=180

δ=20%－25%；

αk=30-40（J/c㎡）

成分：C＝0.77

%珠光體P

（F+Fe3C）313）機械混合物——結(jié)晶過程所形成的兩相混合組織

白色F基體萊氏體（Ld）

C=4.3%C

727℃以上為高溫Ld（A+Fe3C）

727℃以下為低溫Ld’（P+Fe3C）

力學性能與

Fe3C相似，硬而脆由綠條狀或粒狀P和黃色Fe3C基體組成32萊氏體（Ld）由綠條狀或粒狀P和黃色Fe3C基體組成32

珠光體萊氏體33珠光體萊氏體33

三、鐵碳合金狀態(tài)圖

鐵碳合金狀態(tài)圖是用實驗方法作出的溫度—成分坐標圖，圖中橫坐標僅標出了含碳量小于6.69%的合金部分，因為含碳量大于6.69%的鐵碳合金，在工業(yè)上沒有實用意義。當含碳量為6.69%時，鐵和碳形成的Fe3C，可以看作是合金的一個組元，因此，這個狀態(tài)圖實際上是Fe-Fe3C的狀態(tài)圖。它是研究鋼和鐵的成分、溫度和組織結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的重要工具。34三、鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖顯示各種不同碳量的鐵碳合金在不同溫度下組織形態(tài)的熱分析圖形

35鐵碳合金狀態(tài)圖顯示各種不同碳量的鐵碳合金在不同溫度351、Fe–C合金狀態(tài)圖的構(gòu)成1）兩條水平線

ECF（1148℃）PSK（727℃）

AF2）4個基本相

液相(L)；奧氏體(A)；鐵素體(F)；

滲碳體相(Fe3C)。361、Fe–C合金狀態(tài)圖的構(gòu)成1）兩條水平線A2、Fe–C合金狀態(tài)圖的特性分析

1）共晶線—ECF

（C點—共晶點）

說明：含2.11%~6.69%C的Fe–C合金(生鐵)都將在1148℃時發(fā)生萊氏體轉(zhuǎn)變，即共晶轉(zhuǎn)變。1148℃AFPLeLe

表示共晶反應(yīng)：372、Fe–C合金狀態(tài)圖的特性分析

1）共晶線—ECF1142）共析線－PSK

（S點－共析點）說明：各種成分的Fe–C合金(鋼)都將在727℃時發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，即共析轉(zhuǎn)變。在熱處理中，該線溫度常以A1表示，冷卻時用Ar1，加熱時用Ac1。727℃AFP表示共析反應(yīng)：382）共析線－PSK727℃AFP表示共析反應(yīng)：383）兩條固溶線－GS、ESAF

ES——自高碳奧氏體冷卻過程中析出

Fe3C的起始線。溫度常以Acm表示。（冷卻：Arm；加熱：Acm）

GS——自低碳奧氏體冷卻過程中析出鐵素體晶粒的起始線，該溫度常以

A3表示。（冷卻：Ar3；加熱：Ac3）393）兩條固溶線－GS、ESAFES——自高碳奧氏體

鐵碳合金住狀態(tài)圖中主要線的含義

ACD線——液相線，液體合金冷卻到此線時開始結(jié)晶。在此線以上的區(qū)域是液相區(qū)。

AECF線——固相線，在此線以下的合金為固體狀態(tài)。(AE線——鋼的固相線。當液體合金冷卻到此線時全部結(jié)晶為奧氏體，反之，加熱到此線時，鋼開始溶化。)

ECF線——生鐵的固相線，又叫共晶線。因在此線上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變生成萊氏體。

GS線（A3線）——奧氏體冷卻到此線時，開始析出鐵素體。

ES線（Acm線）——奧氏體冷卻到此線時開始析出滲碳體。

PSK（A1線）——此線又叫共析線，當奧氏體冷卻到此線時，同時析出鐵素體和滲碳體的機械混合物。其反應(yīng)產(chǎn)物為珠光體。40鐵碳合金住狀態(tài)圖中主要線的含義ACD

鐵碳合金狀態(tài)圖中主要點的含義41鐵碳合金狀態(tài)四鐵碳合金分類(據(jù)C%不同分)

以E點（2.11%C）為界，分為鋼和生鐵兩類。生鐵結(jié)晶時有萊氏體轉(zhuǎn)變，組織中有萊氏體。AFP

鋼以S點（0.77%C）為界，