合金中常见的组织总结

合金中常见的组织总结： 1 铁素体（F）：碳溶于 a-Fe 所形成的固溶体，具有体立方结构，也称 a 固溶体。由于 aFe 的晶格间隙较小，故溶 C 能力较差，727 度时，wc=0.021%(最大)，温度降低溶碳量较小， 室温时，C 溶量几乎为 0.性能几乎和 fe 一样。 特点：铁素体的含 C 量不同，性质和微观组织几乎与 Fe 相同。强度和硬度不高，但具有 良好的塑性和韧性。F 在 770 度以下具有 Fe 磁性，在 770 度以上则失去铁磁性 2 渗碳体（Fe3C）铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的 Fe3C 型碳化物。 Fe 和 C 形成的金属化合物。 特点：含碳量很高 6.69%。熔点 1227 度。无同素异晶转变，230 度以下有弱铁磁性。230 度以上无铁磁性。硬度很高，而塑性和冲击韧性几乎等于 0，脆性极大，不易受腐蚀，属 于钢的强化相。起硬化和强化作用。Fe3C-3Fe+C（石墨） ，铸铁和石墨钢分类，：1 一次 Fe3C：从液相中直接析出 2 二次 Fe3C：从奥氏体中析出，沿奥氏体晶界网状分布当奥氏 体转变成珠光体后，Fe3C 便呈连续网状分布在珠光体边界上。3 三次 Fe3C：从 F 中析出， 分布在 F 晶界上，最少 分散 一般看不到 3 莱氏体（Ld）：液相的铁碳合金在 1147 度时共晶转变，转变成 1：1 的奥氏体和渗碳体 （Fe3C）的两相共晶混合物 注意：温度降至 727 度时。Ld 中的 A 发生共析转变，生成 F 种 Fe3C 层状分布的珠光体， 所以 727 充以下时 Ld 是 P 和 Fe3C 的机械混合物 特点：纯莱氏体中含有的 Fe3C 较多，故性能与 Fe3C 相近，即极为硬脆 4 马氏体（M）是 C 溶于 a Fe 的过饱和的固溶体，是 A 通过无扩散型相变转变成的亚稳定 相，比容大于 AP 是产生淬火应力导致变形开裂的主要原因 形成：将中高碳钢加热到一定温度，形成奥氏体后迅速冷却，即淬火，得到 M（使钢变硬， 增强的一各占淬火组织） 注意：M 是体立方结构，故 A（面六方）转变成 M 公需很少能量，仅仅是迅速和微小的原 子重排，即无扩散位移型相恋。 1M 的密度小于 A，故转变后的体积膨胀，产生应力 2M 在 Fe-C 相图中没有出现，因为它不是一种平衡组织非平衡结晶，在很快速度下形成 （淬火） 3 马氏体太多使马氏体钢变脆，太少使钢变软，常用回火调整 5 奥氏体：C 溶解在 a-Fe 中形成的一种间隙固溶体，面主立方结构，无磁性，一般为固体 钢在高温下的组织，有一定的温度和成分范围 特点：导热性差，无磁性，具有较高的塑性，低的屈服强度，容易塑性变形加工成型，含 C 量可以介于 F 与 Fe3C 之间，1148 度时，a-Fe 最大溶碳量为 2.11%温度下降，溶碳能力 逐渐减小，727 度时，wc=0.77% 注意：1 某些钢淬火之后，在室温时也含残留奥氏体 2 奥氏体钢：在 Fe-C 合金中加入 Mn 和 Ni 能将 A 临界转变温度降至室温以下，使钢在室 温下低保持奥氏体组织 6 珠光体（P）奥氏体发生共析转变所形成的铁素体（F）和渗碳体 Fe3C 的共析体，其形态， 为 F 薄层和 Fe3C 薄层交替重复的层状复相物，也称片状珠光体，wc=0.77%(wf=8.8% wFe3C=12%) 性能：珠光体性能介于 F 于 Fe3C 之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好 粒状珠光体：在球化退火条件下，珠光体中的 Fe3C 也可呈粒状，这样的珠光体称为粒状 珠光体 第一章 工程材料和性能 硬度 布氏硬度特点：精确 操作较繁 测量面积大 球形 络氏硬度特点 操作简单精确度不及布氏 第二章 材料学基础知识 一 纯金属的结晶 1 过冷（度） 冷却速度越快，晶粒越小 材料的性能越好 晶粒细化 强度升高 塑性提高 2 细化晶粒的措施 增加冷速 孕育处理 塑性变形 热处理 二 晶体结构 致密度：晶胞中原子本身所点的体积百分数 同素异构转变（相变应力） 晶体材料随温度的转变，而造成的晶格结构的改变 晶向与晶面指数 晶向族：一种晶向系统，它们的原子排开情况相同，但是空间方位不同（不平行） 滑移：指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶向和晶面，相对于另一部分发生相对 移动的一种运动状态。这些晶向和晶面分别被称为滑移面和滑移方向 滑移的结果是大量的原子逐步从一个稳定位置移动到另一个稳定的位置，产生宏观塑性变 形 通常每一种晶胞可能存在几个滑移面，第一个滑移面又同时存在几个滑移方向，一个滑移 面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 晶面：晶格中不同方位上的原子面 晶面指数 合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的材料。组成合金的元 素称为组元 注意：合金一般是混合物，但也可以是纯净物，如金属互化物 性质：1 合金的强度大于 Fe（单质） ，物理性质与组成元素有类似之处。但是力学性质张变 很多，抗拉强度和抗剪强度较大地改变（少量的某种元素对于原子的排列影响） 2 多数金属合金熔点低于其组无金属（熔化温度范围内是固液共存状态） 3 硬度比组元金属大（特例：Na K 合金液态） 4 导电性和导热性低于组元金属，可以制造高电阻和高热阻材料 相：合金中结构相同，成分和性能均一，并以界面相互隔开的组成部分叫作相。 组织：合金中不同相的组合叫作组织 注意：1 合金的优良特性由其内部的组织和相结构而决定。 2 相结构对合金的性能有决定性的作用，组织的变化也对合金的性能有很大影响 固态合金分类：（按晶体结构的基本属性） 1 固溶体：组元之间以不同比例混合后，形成的固相晶体结构与组成合金的某一组元相同， 称为固溶体， 分为溶质和溶剂 1 间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子点阵的间隙位置中 2 间隙固溶体：溶质原子占据溶剂原子点阵位置 畸变：溶质与溶剂的原子半径的差异造成，差异越大，畸变愈大 作用：使塑性变形变困难，但强化了硬度和强度，即固溶强化 2 金属化合物：合金的组元相互作用而形成的新相，它的晶体结构类型和性能不同于任一 组元，但具有金属性质 作用特点：晶体结构复杂，熔点高，硬而脆，强化作用 Eg：铁碳合金钢中的渗碳体（Fe3C） HB=800MPa 脆性极大，塑性几乎为零，使钢的强 度，硬度变大，而塑性韧性下降 金属化合物材料：FeAl Fe3Al TiAl Ti3Al Ni3Al NiAl 不仅有金属键还同时具有共价键，既有金属的特性，又有陶瓷的性能，又叫半陶瓷材料 二元合金相图的建立方法 1、配制一系列成分配比不同的合金，熔化后冷却，用热分析法，测定其冷却曲线 2、在冷却曲线上找出拐点，并标于温度成分坐标系，连接同一拐点 1、匀晶转变：合金结晶时都是从液相结晶出单相的固溶体，物证：两组元在液态和固态下 都能彼此无限互溶而形成固溶体。 1 平衡结晶：在合金的结晶过程中，冷却速度十分缓慢，原子能进行充分扩散 2 非平衡结晶：实际结晶过程中，冷却速度比较快，原子扩散不能充分进行，先结出的晶 粒含 Ni 高 对同一晶粒来说，晶粒中心部分 NI 较高，表面较低，这样的结晶叫作非平衡 结晶 3 晶内偏析：由非平衡结晶产生的晶粒内化学成分不均匀的现象 4 扩散退火：把结晶产生的合金重新加热到稍低于固相线的温度，并长时间保温，使原子 扩散充分进行，达到化学成分均匀，从而消除晶内偏析的方法 2 共晶转变 具有一定成分的液相在一定的温度下，同时结晶出两种具有不同成分的固相的 相恋（共晶组织） 相图特点：两组元在液态时能无限互溶但在固态下则有限固溶，结晶时还能共晶相变，存 在共晶点 注意：发生共晶反应时有三相共存，各自成分是确定的，反应在恒温下平衡地进行，所以 共晶反应线是水平线 铁碳合金 钢的分类 钢 共析钢 铁素体 亚共析钢 含有铁素体和珠光体 过共析钢 珠光体和渗碳体 铁 共晶 （P+L+Fe3C） 亚共晶 Ld 过共晶 Ld+Fe3C 共晶反应：一种液相在 1148 度生成相种固相（共生生长， A Fe3C） 三相共存 （二元合 金） 自由度为 0 温度恒定 共析反应：一种固相 A （面心）-727 度 F+Fe3C 三相共存 温度恒定 组织转变 F 的含碳量很少 Fe3C 的碳含量很高 而 A 的碳含量介于二者之间 室温下的钢组织 1 共析钢 P 2 亚共析钢 F+P 3 过共析钢 P+Fe3C2 第三章 常用工程材料 1、钢的分类，牌号 性能及应用 S 使钢有热脆性 S+Fe-FeS+S 存在于钢的晶界上，加热时 1000 度以上，此共晶相融化， 则组织间无作用力，加之共晶产物比较脆，故导致钢材的热脆性 当造强度比较高的桥或此类结构时，用合金结构钢不能用碳素钢 渗 C 钢：wc 比较低，强度低 塑韧性好 高温时渗入 C 原子。使表层 wc 上升，而芯部塑韧 性好，性能很好 调质钢：（40Crwc=0.4%;35CrMo）调质处理后，具有良好的强度和逆韧性 弹簧钢 65Mn 6Si2Mn(1.5%1.1% 过共析钢 合金工具钢：高速钢 即耐高温 良好的红硬性 但如今的刀具用硬质合金 性能更好 低合工钢 强度大硬度高 特性钢： 而蚀钢 Cr Ni 耐热钢 Cr NI SI 钢材基本上即耐热又耐蚀 耐磨钢 Mn Wc=0.045%的亚共析钢-中碳钢，做轴杆 第四章 钢的热处理 注意 经过热处理的材料，可以提高硬度，强度，使经过热处理的材料提高使用寿命 也可 以降低硬度，强度，使材料易于加工 注意 碳钢的室温组织基本上由 F 和 Fe3C 两相组成，只有将钢加热到奥氏体状态 才能通 过不同的冷却方式获得不同的组织，从而得到不同的性能 室温时钢的力学性能不仅与经过加热，保温后所获得的奥氏体晶粒大小等有关，而且也决 定于过冷奥氏体经冷却转变后获得的组织。而冷却方式和冷却速度对奥氏体的组织转变有 直接的影响 注意 AM 不可能完全进行（2305 度：M+残余 A） 原因：A 面心立方，M（a Fe 转变）是体心立方，AM 时，体积增大，内部挤压，应力 阻碍内部转变 等温冷却：如 C 曲线所示，先加热至 A，以较快的速度冷却至 A1 线以下一定的温度，使 奥式体在等温状态下的组织转变。转变完成后再冷却至室温-等温退火，等温淬火 连续冷却：使加热到奥氏体的钢，在温度下降过程中发生组织转变（水油空气） 第四章 金属的凝固成形 铸造 合金的收缩 注意： 1 体收缩：（液态+凝固收缩）-缩孔（松）防止措施：顺序凝固 人为造成热应力 2 固态收缩-线收缩 应力 变形（热应力 开裂） 防止措施：同时凝固 用线收缩率表示 工件的粗大部分产生拉应力（冷的慢）： 细小部分应产生压应力（冷却速度快）表层受拉 应力， 芯部受压应力 3 浇注温度主要影响洑收缩 浇注温度升高，更容易产生缩孔（松） 等由体收缩产生的缺 陷 4 铸件的收缩并非自由收缩，而是受阻收缩。其阻力来源于两个方面。由铸件的壁厚不均 匀，各部分冷速不同，收缩先后不一致，相互制约，产生阻力 热应力 铸型和型芯对收缩的机械阻力 机械应力 总之铸件受阻时越大，实际收缩率就越小 防止应力方法：同时凝固，使铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结晶结束时间或相近， 甚至是同