电工学第二章

1、1.金属结构金属结构一、晶体概念一、晶体概念 1、晶体与非晶体、晶体与非晶体晶体晶体是指原子呈规则排列的固体。是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主常态下金属主要以晶体形式存在。要以晶体形式存在。晶体具有各向异性晶体具有各向异性。非晶体非晶体是指原子呈无序排列的固体。是指原子呈无序排列的固体。在一定条件在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。下晶体和非晶体可互相转化。第二章第二章 工程材料的结构工程材料的结构2、晶格与晶胞、晶格与晶胞 晶格：晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。的三维空间格架。直线的交点（原子中心）称结点直线的交点（原子中心

2、）称结点。由结由结点形成的空间点的阵列称空间点阵点形成的空间点的阵列称空间点阵(晶格晶格) 晶胞：晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。 晶系：晶系：根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。以上的金属具有立方晶系和六方晶系。立方晶系：立方晶系：a=b=c， = = =90 六方晶系六方晶系：a1=a2=a3 c， = =90 ， =120 立方立方六方六方四方四方菱方菱方正交正交单斜单斜三斜三斜l 晶格常数：晶格常数：晶晶胞各边的尺寸胞各边的尺寸 a、b、c。l各棱间的夹角用

3、各棱间的夹角用 、 、 表示。表示。 原子半径：原子半径：晶胞中原晶胞中原子密度最大方向上相邻子密度最大方向上相邻原子间距的一半。原子间距的一半。l 晶胞原子数：晶胞原子数：一个晶胞内一个晶胞内所包含的原子数目。所包含的原子数目。l* 配位数：配位数：晶格中与任一晶格中与任一原子距离最近且相等的原子原子距离最近且相等的原子数目。数目。l* 致密度致密度：晶胞中原子本晶胞中原子本身所占的体积百分数。身所占的体积百分数。三、三种常见的金属晶格三、三种常见的金属晶格1、纯金属的晶体结构、纯金属的晶体结构金属原子是通过正离子与自金属原子是通过正离子与自由电子的相互作用而结合的，由电子的相互作用而结合的

4、，称为称为金属键金属键。金属原子趋向于紧密排列。金属原子趋向于紧密排列。l具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。l常见纯金属的晶格类型有常见纯金属的晶格类型有体心立方体心立方(bcc)、面心立方面心立方(fcc)和和密排六方密排六方(hcp)晶格。晶格。 体体心心立立方方晶晶格格体心立方晶格体心立方晶格体心立方晶格的参数体心立方晶格的参数体心立方晶格体心立方晶格原子个数：原子个数：2配位数：配位数： 8致密度：致密度：0.68常见金属：常见金属： -Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等等晶格常数：晶格常数：a(a=b=c)ar43 原子半径：原子半

5、径： 面面心心立立方方晶晶格格面心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格的参数面心立方晶格的参数 a42r ：原子半径原子半径原子个数：原子个数：4配位数：配位数： 12致密度：致密度：0.74常见金属：常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等晶格常数：晶格常数：a面心立方晶格面心立方晶格 密排六方晶格密排六方晶格密排六方晶格的参数密排六方晶格的参数*a21r ：原子半径原子半径原子个数：原子个数：6配位数：配位数： 12致密度：致密度：0.74常见金属：常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等等晶格常数：晶格常数：底面边长底面边长 a 和高和高 c， c/a=1.633密排六方晶格密排六

6、方晶格*3、晶面、晶向表示方法、晶面、晶向表示方法晶体中各方位上的晶体中各方位上的原子面称原子面称晶面。晶面。各方向上的原子列各方向上的原子列称称晶向。晶向。晶面指数晶面指数表示晶面的符号称表示晶面的符号称晶面指数晶面指数。立方晶系确定步立方晶系确定步骤为：骤为： 确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。坐标轴上的截距。 取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数，取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式为（加圆括弧，形式为（hkl）。）。例一例一.求截距为求截距为 、1、 晶面的指数晶面的指数 截距值取倒数为截距值取倒数为0、

7、1、0，加圆括，加圆括弧得（弧得（010）例二例二.求截距为求截距为2、3、 晶面的指数晶面的指数 取倒数为取倒数为1/2、1/3 、 0, 化为最小化为最小整数加圆括弧得（整数加圆括弧得（320）例三例三.画出（画出（112）晶面）晶面 取三指数的倒数取三指数的倒数1、1、1/2, 化成最化成最小整数为小整数为2、2、1，即为，即为X、Y、Z三三坐标轴上的截距坐标轴上的截距 晶向指数晶向指数表示晶面的符号称晶面指数。表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为：其确定步骤为： 确定原点，建确定原点，建立坐标系，过原立坐标系，过原点作所求晶向的点作所求晶向的平行线。平行线。 求直线上任一求直线上任一

8、点的坐标值并按点的坐标值并按比例化为最小整比例化为最小整数，加方括弧。数，加方括弧。形式为形式为uvw。例一、例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为已知某过原点晶向上一点的坐标为1、1.5、2，求该直线的晶向指数。求该直线的晶向指数。将三坐标值化为最小整数加方括弧得将三坐标值化为最小整数加方括弧得234。l例二、例二、已知晶向指已知晶向指数为数为110, 画出该画出该晶向。晶向。l找出找出1、1、0坐标点坐标点,连接原点与该点的连接原点与该点的直线即所求晶向。直线即所求晶向。110234(hkl)与与uvw分别表示的是一组平行的晶向和晶面。分别表示的是一组平行的晶向和晶面。指数虽然不同，但原子排

9、列完全相同的晶向和晶面指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面称作称作晶向族晶向族或或晶面族晶面族。分别用分别用hkl和和表示。表示。立方晶系常见的晶面为：立方晶系常见的晶面为：)111()111()111()111(:111)110()011()101()011()101()110(:110)001()010()100(:100 、110（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY立方晶系常见的晶向为：立方晶系常见的晶向为：111111111111:111110011101011101110:110001010100:100 、111111111111XZY说明：说

10、明： 在立方晶系中，指数在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相相同的晶面与晶向相互垂直互垂直。 遇到负指数，遇到负指数，“-”-”号放在该指数的上方。号放在该指数的上方。 晶向具有方向性，晶向具有方向性， 如如110与与110方方 向相反。向相反。XZY(221)221110110 六方晶系的坐标系由六方晶系的坐标系由4个坐标轴组成，个坐标轴组成，如图如图2-7所示。所示。 在底平面上选择在底平面上选择3个坐标轴并互成个坐标轴并互成120夹角，三轴交点为原点夹角，三轴交点为原点O，通过，通过原点与三轴垂直的方向为第原点与三轴垂直的方向为第4坐标轴。坐标轴。晶面指数用（晶面指数用（hkil）表示；

11、晶面族用）表示；晶面族用hkil表示。表示。晶面族指数用晶面族指数用uvtw表示；晶向族用表示；晶向族用表示。表示。指数的确定与立方晶系相同。指数的确定与立方晶系相同。（3）六方晶系的晶面指数与晶向指数）六方晶系的晶面指数与晶向指数 三种常见晶格的密排面和密排方向三种常见晶格的密排面和密排方向单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。单位长度晶向上的原子数称晶向原子密度。单位长度晶向上的原子数称晶向原子密度。原子密度最大的晶面或晶向称原子密度最大的晶面或晶向称密排面或密排方向。密排面或密排方向。密排面密排面数量数量密排方向密排方向数量数量体心立方晶格体心立方晶

12、格11064面心立方晶格面心立方晶格11146密排六方晶格密排六方晶格六方底面六方底面1底面对角线底面对角线3三种常见晶格的密排三种常见晶格的密排面和密排方向面和密排方向六方底面六方底面底面对角线底面对角线密排六方晶格密排六方晶格面心立方晶格面心立方晶格体心立方晶格体心立方晶格体心立方体心立方(110)面面面心立方面心立方(111)面面密排六方底面密排六方底面四、晶体的各向异性四、晶体的各向异性 由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶体在不同方向上的性能便有所差异，这因而晶体在不同方向上的性能便有所差异，这叫叫晶体的各向异性晶体的各向异性。4

13、 金属的实际结构和晶体缺陷金属的实际结构和晶体缺陷l变形金属晶粒尺寸约变形金属晶粒尺寸约1100 m，铸造金属可达几铸造金属可达几mm。纯铁组织纯铁组织晶粒示意图晶粒示意图一、一、多晶体结构多晶体结构单晶体：单晶体：其内部晶格方位完全其内部晶格方位完全一致的晶体。一致的晶体。晶粒：晶粒：实际使用的金属材料是实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶规则的小晶体组成，这些小晶体称为体称为晶粒晶粒。铅锭宏观组织铅锭宏观组织晶粒越细小，晶界面积越大。晶粒越细小，晶界面积越大。多晶体：多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。由多晶粒组成的晶体结构。光学金

14、相显示的纯铁晶界光学金相显示的纯铁晶界多晶体示意图多晶体示意图二、二、 晶体缺陷晶体缺陷晶格的不完整部位晶格的不完整部位称称晶体缺陷晶体缺陷。实际金属中存在着实际金属中存在着大量的晶体缺陷，大量的晶体缺陷，按形状可分三类，按形状可分三类，即即点点、线线、面面缺陷。缺陷。 点缺陷点缺陷 空间三维尺寸都空间三维尺寸都很小的缺陷。很小的缺陷。l空位空位 间隙原子间隙原子 置换原子置换原子l 线缺陷线缺陷晶体中的位错晶体中的位错l位错：位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上已滑移区与未滑移区的交界线称作滑移，滑移面上已滑移区与未滑移区的

15、交界线称作位错位错。刃型位错：刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错刃型位错。螺型位错螺型位错其特征相当于从一个面其特征相当于从一个面AB切至另一个面切至另一个面CD，然后左右两边沿切开面作综合平移与旋转一个或几，然后左右两边沿切开面作综合平移与旋转一个或几个原子面距。这样另一个面个原子面距。这样另一个面CD周围的原子就是螺旋线型周围的原子就是螺旋线型排列。排列。CD为位错线。如图为位错线。如图2-9（b）所示。）所示。位错

16、线周围晶格发生畸变，原子排列不规则位错线周围晶格发生畸变，原子排列不规则 位错密度：位错密度：单位体积内所包含单位体积内所包含的位错线总长度。的位错线总长度。 = S/V(cm/cm3或或1/cm2)金属的位错密度为金属的位错密度为106108/cm2位错对性能的影响位错对性能的影响：金属的塑金属的塑性变形主要由位错运动引起，性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。的主要途径。减少或增加位错密度都可以提减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。高金属的强度。金属晶须金属晶须退火态退火态(105-108/cm2) 加工硬化态加工硬化态(1011-1

17、012/cm2) 电子显微镜下的位错观察电子显微镜下的位错观察 面缺陷面缺陷晶界与亚晶界晶界与亚晶界晶界是不同位向晶粒的过度部位晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为，宽度为510个原子间距，位向差个原子间距，位向差一般为一般为2040。亚晶粒亚晶粒是晶粒内部的尺寸很小是晶粒内部的尺寸很小,位向差也很小位向差也很小(10 2 )的小晶块。的小晶块。亚晶粒之间的交界面称亚晶粒之间的交界面称亚晶界亚晶界。亚晶界也可看作位错壁。亚晶界也可看作位错壁。晶界示意图亚晶界示意图亚晶组织一、结晶的概念一、结晶的概念物质由液态转变为固态的物质由液态转变为固态的过程称为过程称为凝固凝固。物质由液态转变为晶态的物质

18、由液态转变为晶态的过程称为过程称为结晶结晶。物质由一个相转变为另一物质由一个相转变为另一个相的过程称为个相的过程称为相变相变。因因而结晶过程是相变过程。而结晶过程是相变过程。玻璃制品玻璃制品水晶水晶5 纯金属结晶纯金属结晶纯金属都有一个理论结晶温度纯金属都有一个理论结晶温度T0(熔点或平衡结晶温度熔点或平衡结晶温度)。在该。在该温度下温度下, 液体和晶体处于动平衡液体和晶体处于动平衡状态。状态。自由能（）自由能（）：物质中能够自动向：物质中能够自动向外界释放出其多余的或能够对外界释放出其多余的或能够对外作功的这一部分能量。外作功的这一部分能量。理论结晶温度（理论结晶温度（0 ）：结晶速度：结晶

19、速度与溶解速度相等时所对应的温与溶解速度相等时所对应的温度度(液液=晶晶）。）。结晶驱动力结晶驱动力液液晶晶冷却曲线冷却曲线：金属结晶时温度与时间的关金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温度所对应的温度称实际结晶温度T1。曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的潜热引起的.结晶只有在结晶只有在T0以下的实际以下的实际 结晶温度下才能进行。结晶温度下才能进行。过冷过冷：液态金属在理论结晶温度以下开：液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。始结晶的现象称过冷。过冷度过冷度：理论结

20、晶温度与实际结晶温度：理论结晶温度与实际结晶温度的差的差 T称过冷度称过冷度 T= T0 T1过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。过冷度越大。二、结晶时晶核的形成和成长过程一般过程二、结晶时晶核的形成和成长过程一般过程1、结晶的基本过程、结晶的基本过程结晶由结晶由晶核的形成晶核的形成和和晶核的长大晶核的长大两个基本过程组成两个基本过程组成.液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为聚时散，称为晶坯晶坯。在。在T0以下以下, 经一段时间后经一段时间后(即孕即孕育期育期), 一些大尺寸的晶

21、坯将会长大，称为一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核晶核。晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个核最终长成一个晶粒晶粒，两晶粒接触后形成，两晶粒接触后形成晶界晶界。大多数晶核长大是以大多数晶核长大是以树枝状长大树枝状长大的的晶界的特点：晶界的特点： 原子排列不规则原子排列不规则。 熔点低熔点低。 耐蚀性差耐蚀性差。 易产生内吸附易产生内吸附，外来原子，外来原子易在晶界偏聚。易在晶界偏聚。 阻碍位错运动阻碍位错运动，是强化部，是强化

22、部位，因而实际使用的金属力位，因而实际使用的金属力求获得细晶粒。求获得细晶粒。 是相变的优先形核部位是相变的优先形核部位 显微组织的显示显微组织的显示二二 合金的相结构合金的相结构合金合金是指由两种或两种以上是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的元素组成的具有金属特性的物质。物质。组成合金的元素可以全部是组成合金的元素可以全部是金属，也可是金属与非金属。金属，也可是金属与非金属。组成合金的元素相互作用可组成合金的元素相互作用可形成不同的形成不同的相相。Al-Cu两相合金两相合金黄铜黄铜相相:是指金属或合金中凡成是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其分相同、结构相同，并与其它部分有界

23、面分开的均匀组它部分有界面分开的均匀组成部分。成部分。显微组织显微组织:是指在显微镜下是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶观察到的金属中各相或各晶粒的粒的形态、数量、大小和分形态、数量、大小和分布布的组合。的组合。固态合金中的相分为固态合金中的相分为固溶体固溶体和和金属化合物金属化合物两类。两类。单相单相合金合金两相两相合金合金一、一、 固溶体固溶体以一种金属元素为基础，其它合金元素（金属或非金属）以一种金属元素为基础，其它合金元素（金属或非金属）的原子溶入基础元素的晶格中所形成的结构称为的原子溶入基础元素的晶格中所形成的结构称为 固溶体固溶体。习惯以习惯以 、 、 表示。表示。l与合金晶体

24、结构相同的元素称与合金晶体结构相同的元素称溶溶剂剂。其它元素称。其它元素称溶质溶质。l固溶体是合金的重要组成相固溶体是合金的重要组成相，实，实际合金多是单相固溶体合金或以际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。固溶体为基的合金。l按溶质原子所处位置分为按溶质原子所处位置分为置换固置换固溶体溶体和和间隙固溶体间隙固溶体。Cu-Ni置换固溶体置换固溶体Fe-C间隙固溶体间隙固溶体 置换固溶体置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。溶质原子呈无序分布的称溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，无序固溶体，呈有序分布的称呈有序分布的称有

25、序固溶体。有序固溶体。黄铜置换固溶体组织黄铜置换固溶体组织 间隙固溶体间隙固溶体溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金 属元素，如属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般等，而溶剂元素一般是过渡族元素。是过渡族元素。l形成间隙固溶体的一形成间隙固溶体的一般规律为般规律为r质质/r剂剂727)存在，在存在，在727 以下，以下，Ld是由是由PFe3C组成，用组成，用Ld表示。表示。性能性能：Ld与与Fe3C相似，相似，HB700，塑性差。，塑性差。铁碳合金相图：铁碳合金

26、相图：是研究铁碳合金最基本的是研究铁碳合金最基本的工具工具，是研究碳是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基理论基础础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据依据.一、概述一、概述l 特征点特征点 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 特征线特征线 液相线液相线ABCD， 固相线固相线AHJECF 三条水平线：三条水平线：HJB：包晶线：包晶线LB+H J ECF：共晶线：共晶线LC E+Fe3C共晶产物是共晶产物是 与与Fe3C的机械的机械混合物，称作混合物，称作莱氏体莱氏体,

27、 用用Le（或或d)表示。表示。为蜂窝状为蜂窝状, 以以Fe3C为基，性能硬而脆。为基，性能硬而脆。莱氏体莱氏体PSK：共析线：共析线 S FP+ Fe3C共析转变的产物是共析转变的产物是 与与Fe3C的机械混合物，称的机械混合物，称作作珠光体珠光体，用，用P表示。表示。珠光体珠光体L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3Cl珠光体的组织特点是珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。性能介于两相之间。 PSK线又称线又称A1线线 。 其它相线其它相线GS,GP 固溶体固溶体转变线转变线, GS又称又称A3 线。线。HN,JN 固溶体固溶体转变

28、线，转变线，ES碳在碳在 -Fe中的固中的固溶线。溶线。又称又称Ac m线。线。PQ碳在碳在 -Fe中的固中的固溶线。溶线。 三个三相区：即三个三相区：即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三条水平线三条水平线 l 相区相区l 五个单相区：五个单相区： L、 、 、 、Fe3C l 七个两相区七个两相区: L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C 二、工业纯铁、钢和白口铸铁结晶过程分析二、工业纯铁、钢和白口铸铁结晶过程分析 钢钢(0.02182.11%C)高温组织为单相高温组织为单相 亚共析钢亚共析钢 (0.0218

29、0.77%C) 共析钢共析钢 (0.77%C) 过共析钢过共析钢 (0.772.11%C)l铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：l 工业纯铁工业纯铁(0.0218% C) 组织为单相铁素体。组织为单相铁素体。亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁工业纯铁 白口铸铁白口铸铁 (2.116.69%C) 铸造性能好铸造性能好, 硬而硬而脆脆 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (2.114.3%C) 共晶白口铸铁共晶白口铸铁(4.3%C) 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 (4.36.69%C

30、)工业纯铁的工业纯铁的结晶过程结晶过程 合金液体在合金液体在1-2点间转变为点间转变为 ，3-4点间点间 ，5-6点间点间 。到到7点，从点，从 中中析出析出Fe3C。NSJBH L+ + + 随温度下降，随温度下降，Fe3C量不断量不断增加，增加，合金的合金的室温下组织为室温下组织为F+ Fe3C。室温下室温下Fe3C最大量为最大量为: %3 . 0%1000008. 069. 60008. 00218. 0III3CFe Ql从铁素体中析出的渗碳体称从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，三次渗碳体，用用Fe3C表示。表示。 Fe3C以不连续网状或片状分布于晶界。以不连续网状或片状分布于晶界。

31、 共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程 l合金液体在合金液体在1-2点间转变为点间转变为 。到到S点发生共析点发生共析转变：转变： S P+Fe3C, 全部转变为全部转变为珠光体珠光体(P)。珠光体珠光体在光镜下呈指纹状在光镜下呈指纹状.相变结束时，珠光体中相相变结束时，珠光体中相的相对重量百分比为：的相对重量百分比为：l珠光体中的渗碳体称珠光体中的渗碳体称共析共析渗碳体渗碳体。lS点以下，共析点以下，共析 中析出中析出Fe3C，与共析，与共析Fe3C结合结合不易分辨。不易分辨。室温组织为室温组织为P.%.%.%Q,%.PKSKQC Fe321188810088802180696770696 珠光

32、体珠光体Q室温下，珠光体中室温下，珠光体中两两相的相对重量百分比相的相对重量百分比是多少？是多少？%.%.%Q%.QLLQC Fe3511588100588000806967706964 Q43219 亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程0.090.53%C亚共析钢亚共析钢冷却时发生包晶反应冷却时发生包晶反应.以以0.45%C的钢为例的钢为例合金在合金在4点以前通过匀点以前通过匀晶晶包晶包晶匀晶反应全匀晶反应全部转变为部转变为 。到。到4点，由点，由 中析出中析出 。到。到5点点, 成分沿成分沿GS线变到线变到S点，点， 发生发生共析反应转变为珠光体。温度继续下降，共析反应转变为珠光体。温度继

33、续下降， 中析出中析出Fe3C，由于与共析，由于与共析Fe3C结合结合, 且量少且量少, 忽略不计忽略不计. +Fe3CGSPABJH利用平衡组织中珠光体所占利用平衡组织中珠光体所占的面积百分比，可以近似估的面积百分比，可以近似估算亚共析钢的含碳量算亚共析钢的含碳量:C%=P面积面积%0.77% (忽略忽略 中含碳量，中含碳量，P面积面积%=QP)共析温度下相共析温度下相( ( +Fe3C)的相对重量为的相对重量为： %PKKQ%,PKPQCFe100510053 组织组成物组织组成物( + P)的相对重量为：的相对重量为： %PSSQ%PSPQP10051005 ，S室温下相的相对重量室温下

34、相的相对重量百分比为：百分比为：l室温下组织组成物的相对重量百分比为：室温下组织组成物的相对重量百分比为：CFeCFeQ%QLLQ%.CQLQQ33100610000080696000806 PPQ%QS SQ%,.CQSQQ 100610000080770000806 S亚共析钢室温下的组织亚共析钢室温下的组织为为F( )+P。在在0.02180.77%C 范围范围内内珠光体的量随含碳量珠光体的量随含碳量增加而增加增加而增加。含含0.45%C钢的组织钢的组织含含0.20%C钢的组织钢的组织含含0.60%C钢的组织钢的组织 过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程 合金在合金在12点转变为点转变为

35、 , 到到3点点, 开始析出开始析出Fe3C。从奥氏从奥氏体中析出的体中析出的Fe3C称称二次渗碳体二次渗碳体, 用用Fe3C表示表示, 其其沿晶沿晶界呈网状分布界呈网状分布.l温度下降温度下降, Fe3C量增加。量增加。到到4点，点， 成分成分沿沿ES线变化到线变化到S点，余下的点，余下的 转变为转变为P。在共析温度下在共析温度下FeFe3 3C C的相对量？的相对量？室温下两相室温下两相( ( +Fe3C)的的相对重量百分比：相对重量百分比： Q%QLQQ%.C.QLLQCFe 10051000008069669653室温下两组织组成物室温下两组织组成物(P +Fe3C)的相对重量百分比：

36、的相对重量百分比：12345SPCFePQ%L S SQ%,.C.L SLQ 100510077069669653 共晶白口铁的结晶过程共晶白口铁的结晶过程 合金冷却到合金冷却到C点发生共晶反应全部转变为莱氏体点发生共晶反应全部转变为莱氏体(Le),莱氏体是共晶莱氏体是共晶 与共晶与共晶Fe3C的机械混合物的机械混合物, 呈蜂窝状呈蜂窝状.Fe3C 共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为:%.Q%.%.QCFe847252100112696346963 ， lC点以下点以下, 成分沿成分沿ES线变化，共晶线变化，共晶 将析出将析出Fe3C。 Fe3C与共晶

37、与共晶Fe3C 结合，不易分辨。结合，不易分辨。12 Fe3C温度降到温度降到2点点, 成分达到成分达到0.77%, 此时此时, 相的相对重量相的相对重量: l在在2点点, 共晶共晶 发生共析反应，转变为珠光体，这种发生共析反应，转变为珠光体，这种由由%.Q%.%.QCFe659440100770696346963 ， P与与 Fe3C组成的组成的共晶体称共晶体称低温莱低温莱氏体氏体, 用用Le表示表示. 2 点以下，共晶点以下，共晶体中体中P 的变化同的变化同共析钢。共析钢。S共晶白口铁室共晶白口铁室温组织为温组织为Le (P+ Fe3C), 它它保留了共晶转保留了共晶转变产物的形态变产物的

38、形态特征。特征。室温下两相的室温下两相的相对重量百分相对重量百分比为：比为： %3 .64%7 .35%100%7 .35%1000008. 069. 63 . 469. 63 CFeQQ 亚共晶白口铁的结晶过程亚共晶白口铁的结晶过程合金在合金在12点间析出点间析出 。到。到2点，液相成分变到点，液相成分变到C点点,并转变为并转变为Le。23点间从点间从 中析出中析出Fe3C，一次，一次 的的Fe3C被共晶被共晶 衬托出来。到衬托出来。到3点，点， 转变为转变为P。亚共晶白口铁亚共晶白口铁室温组织室温组织为为P+Fe3C+Le。室温下组织组成物相对室温下组织组成物相对重量百分比为重量百分比为

39、：IIIICFeLeCFeLeLeQQ%Q.ECCQECEQQ3310077069677011222 ECFD1234N室温下相的相对重量百分比室温下相的相对重量百分比? 过共晶白口铁的结晶过程过共晶白口铁的结晶过程12点间点间从液相中析出从液相中析出Fe3C, 这种渗碳体这种渗碳体称称一次渗碳一次渗碳体体，用用 Fe3C表示，呈粗条片状。表示，呈粗条片状。到到2点，余下的液点，余下的液相成分变到相成分变到C点并转变为点并转变为Le。DFK3Fe3C124组织组成物与相组织组成物与相组成物标注区别组成物标注区别主要在主要在 + Fe3C和和 +Fe3C两个相区两个相区. + Fe3C相区中相区

40、中有有四个组织组成物四个组织组成物区，区， +Fe3C相区相区中中有七个组织组有七个组织组成物区。成物区。l 组织组成物在铁碳合金相图上的标注组织组成物在铁碳合金相图上的标注 + Fe3C + Fe3C FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%温度温度l 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响l 含碳量对室温平衡组织的影响含碳量对室温平衡组织的影响 l含碳量与缓冷

41、后相及组织组成物之间的定量关系为：含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为： 钢钢铁素体铁素体 亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢共析钢白白 口口 铸铸 铁铁二次渗碳体二次渗碳体工工业业纯纯铁铁珠光体珠光体莱氏体莱氏体一次渗碳体一次渗碳体Fe3C钢钢 铁铁分分 类类组织组组织组成物相成物相对量对量%相组成相组成物相对物相对量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次渗碳体三次渗碳体l四、四、 含碳量与铁碳合金机械性能的关系含碳量与铁碳合金机械性能的关系l亚共析钢亚共析钢随含碳量增加，随含碳量增加，P 量增加量增加，钢的强度、硬度钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。升高，塑性、韧性下降。l0.77%C时，时，组织为组织为100% P, 钢的性能即钢的性能即P的性能。的性能。l0.9%C，Fe3C为晶界为晶界连续网状，连续网状，强度下降强度下降, 但但硬度仍上升。硬度仍上升。