第二篇 金属材料及其成形技术第三章 金属材料与热处理基础第二节 金属学基础

2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 1 第二篇金属材料及其成形技术 第三章金属材料与热处理基础第二节金属学基础 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 2 1 晶体与非晶体 晶体 原子规则排列的集合体 固定的熔点各向异性 不同方向的性能不同 非晶体 原子无规则堆积的集合体 无固定熔点各向同性 一 金属与合金的晶体结构 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 3 2 晶体结构的基本知识 晶格 把晶体中原子看成几何点 用平行直线连接后得到的三维格架 晶胞 晶格中能全面反映原子排列规律的最小单元 晶格常数 晶胞的棱边长度 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 4 1 体心立方晶格 单位晶胞原子数 2个 最近原子间距 体心与顶角之间 a3 2 原子半径 r a3 4 常见金属有 Fe Cr W Mo V Nb等 3 常见金属的晶格类型 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 5 2 面心立方晶格 单位晶胞原子数 4个 最近原子间距 面心与顶角之间 a2 2 原子半径 r a2 4 常见金属有 Fe Al Cu Ni Au Ag Pb等 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 6 3 密排六方晶格 单位晶胞原子数 6个 最近原子间距 相邻顶角之间 a 原子半径 r a 2 常见金属有 Mg Zn Cd Be等 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 7 4 合金的晶体结构 合金 由两种或两种以上金属 或金属与非金属组成 具有金属性质的物质 组元 组成合金的基本物质 相 结构相同 成分相近 与其它部分有界面分开的部分 单相合金 固态下由一个固相组成的合金 多相合金 固态下由两个以上固相组成的合金 组织 相的聚合体 形态 单相组织 多相组织 1 合金相的基本概念 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 8 2 合金的相 合金在固态下的相结构 固溶体和金属化合物 2类 固溶体 一种元素的原子溶入另一种元素中形成的合金相 保持原晶体结构的元素 溶剂失去原晶体结构的元素 溶质浓度溶解度 有限固溶体 溶解度有一定限度 有限互溶无限固溶体 溶解度无一定限度 无限互溶 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 9 固溶体的分类 置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格的某些结点间隙固溶体 溶质原子处于溶剂晶格的间隙中 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 10 固溶体的力学性能 溶质溶入固溶体 导致晶格畸变 引起强度和硬度升高 固溶强化 固溶体的力学性能比纯金属更高 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 11 金属化合物 特征 有金属性质 晶体结构不同于任何组元 成分固定或小有变化 有一定成分比例 可用分子式表示 性能 硬 脆 熔点高 当金属化合物以细小颗粒均布于固溶体上 可使合金的强度 硬度 耐磨性 弥散强化 第二相强化 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 12 二 纯金属的结晶与同素异构转变 1 纯金属的结晶过程液态固态 原子无规则排列 原子有规则排列 T0 平衡结晶温度 熔点 热分析法 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 13 过冷现象 过冷 实际结晶温度T1总是低于平衡结晶温度T0的现象 理论 过冷度 T T0 T1冷速 T 结晶的必要条件 过冷 结晶的动力 放出的结晶潜热 散失的热量 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 14 结晶规律 结晶过程是晶核不断形成和长大的过程 结晶过程 液体中瞬时有许多规则排列的原子团 时聚时散 形核 晶核长大 不断生成新晶核 长大 相碰 晶粒 多晶体 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 15 2 纯铁的结晶过程 Fe Fe Fe固态下 一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象 同素异构转变 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 16 三 铁碳合金 铁素体F 碳在 Fe中的间隙固溶体 体心立方 b HB k 铁磁性 奥氏体A 碳在 Fe中的间隙固溶体 面心立方 HB 顺磁性 渗碳体Fe3C Fe与C的间隙化合物 复杂晶格 硬而脆 几乎无塑性 230 以下铁磁性 1 铁碳合金的基本组织和性能 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 17 珠光体P F与Fe3C的机械混合物 成分 0 77 C性能 适中 介于F和Fe3C之间 形态 层片状 粒状 莱氏体Ld A与Fe3C的机械混合物 成分 4 3 C性能 硬而脆形态 点状 短条状A 分布于Fe3C基体上 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 18 铁碳合金相图 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 19 2 铁碳合金相图分析 相区 5个单相区 7个两相区 2条三相水平线 二个主要转变 1 共晶转变 LC AE Fe3C 1148 莱氏体Ld 共晶转变 Ld降温到727 时 A P 因此 Ld A Fe3C L d P Fe3C 低温莱氏体L d P和Fe3C的机械混合物 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 20 2 共析转变 共析转变 AS FP Fe3C 727 珠光体P 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 21 铁碳合金分类 工业纯铁 0 0218 C钢0 0218 2 11 C亚共析钢0 0218 0 77 C共析钢0 77 C过共析钢0 77 2 11 C白口铸铁 生铁 2 11 6 69 C亚共晶白口铸铁2 11 4 3 C共晶白口铸铁4 3 C过共晶白口铸铁4 3 6 69 C 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 22 3 室温下含碳量与相和组织的关系 2020 4 21 第三章第二节金属学基础 12 23