工程材料的组织结构培训资料

1、第二章工程材料的组织结构2.1纯金属的晶体结构与结晶2. L 1金属的晶体结构定熔点,各向异性如:金刚石.石墨等 如:松香.沥青等非晶体定熔点,各向同性非晶体:晶体金刚石、NaCl冰等。蜂蜡、玻璃等。1晶体结构的基本概念晶体结构原子中心位置(T晶胞 z2常见的金属晶体结构(1)体心立方晶格bcc(2 )面心立方晶格fee(3 )密排“弋方晶格hep(1)体心立方晶格bcca-Fe. W. V. Mo 等Z 体心立方晶胞晶格常数：a=b=c; a=P=丫=90。致密度：0.6=Va /Vc,其中Vc:晶胞体积a 3Va:原子总体积2x473/3(2 )面心立方晶格fee晶格常数：a=b=c; a

2、=p=丫=90。致密度:0.74(3 )密排六方晶格hepMg. Zn 等致密度：0.74晶格常数：底面边长a底面间距c侧面间角120。侧面与底面夹角90。2.1.2实际金属的晶体结构1多晶体结构多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。晶界晶粒2晶体缺陷类型(1)点缺陷：晶格空位 间隙原子(2)线缺陷:位错刃型位错(3)面缺陷：晶界与亚晶界(1)点缺陷间隙原子如果间隙原子是其它元素就称为 异类原子(杂质原子)刃位错 XSSBStit Ti亚晶界亚晶界亚晶界是由一系列刃型位错构成的角度特别小的晶 界 原子排列不规则,产生晶格畸变2.1.1纯金属的结晶结晶：液体 晶体凝固：液体-体（晶体或非晶体）

3、金属结晶的基本规律2 (1)冷却曲线与过冷度3 冷却曲线：热分析实验测绘4 理论结晶温度T5 过冷度T冷却曲线TToTn就县应老侖一宝的过冷廈（克服界面能）AT= To - Tn理论结晶温度0开始结晶温度冷却速度越大，则过冷度越大。时可一液态金属不同冷却遠度时的冷却曲线(2 )结晶的一般过程形核形核和晶核长大的过程液态金属完全结晶晶核长大夕自发晶核：由液体金属内部原子聚集尺寸超过 临界晶核尺寸后形成的结晶核心。mE自发晶核:是依附于外来杂质上生成的晶核。自发晶核和非自发晶核同时存在于金属液中,非自发晶核比自发晶核更重要,起优先和主导作平面生长树枝状生长2金属结晶后的晶粒大小(1 )晶粒大小对金

4、属力学性能的影响(2 )晶粒大小的控制形核率N :单位时间内在单位体积中产生的晶核数； 长大率G :单位时间内晶核长大的线速度。T越大,形核率N.长大率G越大。细化晶粒:2.2合金的晶体结构与结晶2.2.1合金的相结构合金的相结构置换固溶体 间隙固溶体溶体的性能常见金属化合物：正常价化合物电子化合物 间隙化合物zL匀晶合金的结晶过程匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。不平衡结晶枝晶偏析成份偏析液相线铮锡合金共晶相图Sn%LdO ac + 3e共晶反应线表示从c点到e点 范围的合金,在 该温度上都要发 生不同程度上的 共晶反应。址晶占 表示d皆成务的

5、合 金冷却到此温度 上发生完全的共 晶转变。共晶反应要点共晶转变在恒温下进行。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。Sn标注了组织组成物的相图FbSn,%-K盘舉聘2相图与性能的关系1）合金的力学性能与相图的关系固溶体中溶质浓度f-强度、硬度f组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。ToolToolTs iAT-Ww合金的使用性能与相图的关系（示意图）A E, %A2）合金的工艺性能与相图的关系铸造性能液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金）,则流动性好，不易形成分散缩孔。锻

6、造、轧制性能单相固溶体合金， 变形抗力小，变形均匀, 不易开裂。BA集中;9 9 9A合金的铸造准能与相图的关系（示意图）2.3铁碳合金的结晶铁碳合金钢铁材料2.3.1纯铁的同素异晶转变金属在固态下,随着温度的变化 晶格由一种类型转变为另一种类型的转变过程。1铁素体符号F 间隙固溶体体心立方结构 显微组织:呈明亮的多边形晶粒,晶界曲折。2奥氏体符号A间隙固溶体面心立方结构显微组织:呈多边形,晶界较铁素体平直。3渗碳体符号FesC间隙化合物显微组织:片状.网状.球状等。2.3.3铁碳合金相图1.铁碳相图(Fe-Fe3C相图)(1) Fe-Fes Cffi图的组元 Fea -Fe、5 -Fe (b

7、cc)和 丫-Fe (fee)强度、硬度低，韧性、塑性好。 Fe3C熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。(2) Fe-Fes C相图的相液相L 相(高温铁素体)一一 5 -Fe (C)固溶体 Y相(A ,奥氏体)一一丫-Fe (C)固溶体 a相(F,铁素体)一一 a-Fe (C)固溶体(3)相图中重要的点和线液相线ABCD固相线AHJECF包晶线HJB,包晶点J 共晶线ECF,共晶点C L4. 3 (A2. ll+Fe3C) 高温莱氏体,Le或Ld 共析线PSK,共析点S Ao. 77 (Fo. 02+Fe3C) 珠光体，PES线：C在A中的固溶线 PQ线:C在F中的固溶线FeC%FesC2铁

8、碳合金的平衡结晶过程Fe-C合金分类工业纯铁 C % W 00218 %0. 0218 % V C % W 2 11 %亚共析钢V过共析钢共析钢0. 77 %0. 77 %0. 77 %白 口铸铁2. 11 % C % 4.3 %几种 类型亚共析钢共析钢 过共析钢常见钢号204560 T8 T10T12炭钢碳质量分数 / %0.200.45 0.600.801.001.20(1)工业纯铁(C % W 0. 0218 % )结晶过程(2)共析钢(C %二珠光体 强度较高， 塑性、韧性 和硬度介于 Fe3C和F之 间。室温组织：层片状P （F +共析 FesC）500 XI以ENAu J图2心4亚

9、共析钢结晶过程示意图TxZrs* sF + Fc.iC|6zL45r；A室温组织：F + P, 500Xm tALffz时间图2-35过共析钢结晶过程示意图4A+FcjC2_3A+FcjCpA- P 4P+EciCu室温组织： P + FeGi 400 XC%共晶白口離结晶过程示意图o仁3cLer-2室温组织：(低温)莱氏体Lez(P + Fe3Cn + 共晶 Fe.C ) , 500X 莱氏体Le7的性能：硬而脆XOOZ近H + d+QFe(6)过共晶白口铁(C % = 3 % )结晶过程7LP DC%FesCjFG3CLe曲 Fe CiFe CiELfrFe3Cia FC5C ZFesCj严)L杖FesC)过共晶白口铁结晶过程示意图500 X标注了组织组成物的相图0. 0218 0 772. 1 14 36. 693.铁碳合金的 成分-组织-性能关系含碳量与相的相对量关系:C% t F%| , FesC% t含碳