结晶与相图铁碳合金工程材料基础知识学习教案

1、会计学1结晶与相图结晶与相图(xin t)铁碳合金工程材料铁碳合金工程材料基础知识基础知识第一页，共63页。 第1页/共63页第二页，共63页。第2页/共63页第三页，共63页。（2 2）常见金属晶格类型：体心）常见金属晶格类型：体心(t xn)(t xn)立方晶格、面心立方晶格、密立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格，如下图所示。排六方晶格，如下图所示。体心立方晶格：如图1-13a所示，体心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体的八个顶角和立方体的中心各有一个原子。具有(jyu)体心立方晶格的金属有：-Fe（温度低于912的铁）、铬（Cr）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、-Ti（温度在8831

2、668的钛）等。第3页/共63页第四页，共63页。 晶体晶体(jngt)缺陷缺陷：在实际金属晶体：在实际金属晶体(jngt)中，存在原子不规则排列的局部区域，这些区中，存在原子不规则排列的局部区域，这些区域称为晶体域称为晶体(jngt)缺陷。按陷的几何形态，晶缺陷。按陷的几何形态，晶体体(jngt)缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。三种晶体种。三种晶体(jngt)缺陷都会造成晶格畸变，缺陷都会造成晶格畸变，使变形抗力增大，从而提高材料的强度、硬度使变形抗力增大，从而提高材料的强度、硬度。 点缺陷（空位、间隙原子）：晶格中某个原点缺陷（空位、间隙原子）：晶格中某

3、个原子脱离了平衡位置，形成空结点，称为空位；子脱离了平衡位置，形成空结点，称为空位；某个晶格间隙挤进了原子，称为间隙原子。某个晶格间隙挤进了原子，称为间隙原子。 空位与间隙原子周围的晶格偏离了理想晶格空位与间隙原子周围的晶格偏离了理想晶格，即发生了，即发生了“晶格畴变晶格畴变”，点缺陷的存在，提高，点缺陷的存在，提高了材料的硬度和强度，点缺陷是动态变化着的了材料的硬度和强度，点缺陷是动态变化着的，它是造成金属中物质扩散的原因。，它是造成金属中物质扩散的原因。 第4页/共63页第五页，共63页。第5页/共63页第六页，共63页。第6页/共63页第七页，共63页。第7页/共63页第八页，共63页。

4、第8页/共63页第九页，共63页。第9页/共63页第十页，共63页。第10页/共63页第十一页，共63页。第11页/共63页第十二页，共63页。第12页/共63页第十三页，共63页。第13页/共63页第十四页，共63页。n液态金属温度越高，原子集液态金属温度越高，原子集团越小，反之，原子集团越大。团越小，反之，原子集团越大。第14页/共63页第十五页，共63页。w）金属）金属(jnsh)结晶的基结晶的基本过程本过程第15页/共63页第十六页，共63页。第16页/共63页第十七页，共63页。20钢F+P基体(j t)+G球第17页/共63页第十八页，共63页。w工业工业(gngy)上常用的细化晶

5、粒方法：上常用的细化晶粒方法： 第18页/共63页第十九页，共63页。第19页/共63页第二十页，共63页。第20页/共63页第二十一页，共63页。第21页/共63页第二十二页，共63页。第22页/共63页第二十三页，共63页。第23页/共63页第二十四页，共63页。2、几种典型的二元合金、几种典型的二元合金(hjn)相图相图:匀晶、共晶和其它匀晶、共晶和其它第24页/共63页第二十五页，共63页。设某一合金设某一合金(hjn)成分为，过作成分坐标的垂线，分别交液相线成分为，过作成分坐标的垂线，分别交液相线、固相线于、点：、固相线于、点：第25页/共63页第二十六页，共63页。第26页/共63

6、页第二十七页，共63页。第27页/共63页第二十八页，共63页。第28页/共63页第二十九页，共63页。第29页/共63页第三十页，共63页。第30页/共63页第三十一页，共63页。第31页/共63页第三十二页，共63页。第32页/共63页第三十三页，共63页。第33页/共63页第三十四页，共63页。第34页/共63页第三十五页，共63页。第35页/共63页第三十六页，共63页。第36页/共63页第三十七页，共63页。第37页/共63页第三十八页，共63页。第38页/共63页第三十九页，共63页。了铁碳合金的性能。了铁碳合金的性能。第39页/共63页第四十页，共63页。铁素体显微铁素体显微(x

7、in wi)组织组织 铁素体晶体结构铁素体晶体结构 第40页/共63页第四十一页，共63页。奥氏体晶体结构奥氏体晶体结构 奥氏体显微奥氏体显微(xin wi)组织组织 第41页/共63页第四十二页，共63页。w 渗碳体渗碳体：是铁和碳形成：是铁和碳形成(xngchng)的一种具有复杂晶格的金属的一种具有复杂晶格的金属化合物，用化学分子式化合物，用化学分子式“Fe3C”表示。它的碳质量分数表示。它的碳质量分数Wc=6.69，熔点为熔点为1227.第42页/共63页第四十三页，共63页。片状珠光体显微片状珠光体显微(xin wi)组组 球状珠光体显微(xin wi)组织 第43页/共63页第四十四

8、页，共63页。莱氏体显微莱氏体显微(xin wi)组织组织 w 莱氏体莱氏体：是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。：是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。莱氏体是碳的质量分数莱氏体是碳的质量分数Wc=4.3%的铁碳合金冷却到的铁碳合金冷却到1148时共晶转变的产物，存在于时共晶转变的产物，存在于1148727之间之间的莱氏体称为的莱氏体称为(chn wi)高温莱氏体，用符号高温莱氏体，用符号“Ld”表表示，组织由奥氏体和珠光体组成；存在于示，组织由奥氏体和珠光体组成；存在于727以下的以下的莱氏体称为莱氏体称为(chn wi)变态莱氏体或称低温莱氏体，变态莱氏体或称低温莱氏体，用符号用符号“Ld

9、”表示，组织由渗碳体和珠光体组成。表示，组织由渗碳体和珠光体组成。第44页/共63页第四十五页，共63页。第45页/共63页第四十六页，共63页。第46页/共63页第四十七页，共63页。Fe-Fe3C相图相图(xin t)特性点特性点 特性点温度t/Wc/%含义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点，LCldD12276.69渗碳体的熔点（计算值）E11482.11碳在-Fe中的最大溶解度G9120纯铁的同素异晶转变点，-Fe-Fe P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点，AsP Q6000.0057600时碳在-Fe中的溶解度第47页/共63页第四十八页，共

10、63页。特性线特性线 名称名称 含含 义义 ACD 液相线液相线 此线以上为液相（此线以上为液相（L），缓冷至液相线时，开始结晶），缓冷至液相线时，开始结晶 AECF 固相线固相线 此线以下为固相此线以下为固相 ECF 共晶线共晶线 发生共晶转变，生成莱氏体（发生共晶转变，生成莱氏体（Ld）。共晶反应式为：）。共晶反应式为：LcLd PSK 共析线共析线 A1发生共析转变，生成珠光体（发生共析转变，生成珠光体（P）. 共析反应式为：共析反应式为：ASP ES Acm 碳在碳在-Fe中的溶解度曲线中的溶解度曲线 PQ 碳在碳在-Fe中的溶解度曲线中的溶解度曲线 GS A3 奥氏体奥氏体铁素体转变

11、线铁素体转变线 第48页/共63页第四十九页，共63页。第49页/共63页第五十页，共63页。第50页/共63页第五十一页，共63页。铁碳合金类别铁碳合金类别 化学成分化学成分wc(%)室温平衡组织室温平衡组织工业纯铁工业纯铁00.0218F 钢钢共析钢共析钢0.77P亚共析钢亚共析钢0.02180.77F+P过共析钢过共析钢0.772.11P+Fe3CII白口铸铁白口铸铁白口铸铁白口铸铁4.3P+Fe3CII+ld亚共晶白口铸亚共晶白口铸铁铁2.114.3ld过共晶白口铸过共晶白口铸铁铁4.36.69ld+Fe3CI第51页/共63页第五十二页，共63页。共析钢显微(xin wi)组织 3C

12、第52页/共63页第五十三页，共63页。第53页/共63页第五十四页，共63页。20钢钢 45钢钢 65钢钢 亚共析钢显微组织亚共析钢显微组织第54页/共63页第五十五页，共63页。过共析钢显微过共析钢显微(xin wi)组织组织(T12钢钢) 过共析钢的结晶过程以图中（过共析钢的结晶过程以图中（3）中合金为例。冷却时与图中）中合金为例。冷却时与图中AC、.AE、.ES和和PSK线分别交于线分别交于1、2、3、4点。该合金在点。该合金在3点以上的结晶过程与共析钢的结晶点以上的结晶过程与共析钢的结晶过程相似。当其缓冷至过程相似。当其缓冷至3点时，开始从奥氏体中析出渗碳体（称此为二次渗碳体点时，开

13、始从奥氏体中析出渗碳体（称此为二次渗碳体Fe3C），随温度的降低，二次渗碳体量逐渐增多，而剩余奥氏体中的含碳量），随温度的降低，二次渗碳体量逐渐增多，而剩余奥氏体中的含碳量沿沿ES线变化，当温度降至线变化，当温度降至4点（点（727）时，奥氏体的含碳量达到共析成分（）时，奥氏体的含碳量达到共析成分（Wc=0.77%），此时会发生共析转变，生成珠光体。因此，过共析钢室温平衡），此时会发生共析转变，生成珠光体。因此，过共析钢室温平衡(pnghng)组织为珠光体和二次渗碳体。二次渗碳体一般以网状形式沿奥氏体组织为珠光体和二次渗碳体。二次渗碳体一般以网状形式沿奥氏体晶界分布。图中片状或黑色组织为珠光体

14、，白色网状组织为二次渗碳体。晶界分布。图中片状或黑色组织为珠光体，白色网状组织为二次渗碳体。 第55页/共63页第五十六页，共63页。过共晶(n jn)白口铁 亚共晶(n jn)白口铁 共晶白口铁 u共晶白口铸铁共晶白口铸铁室温平衡组织室温平衡组织Ldu亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁室温平衡组织由珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体室温平衡组织由珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体组成（组成（P+Fe3C+Ld如下图所示，图中呈黑色树枝状部分为珠光体，如下图所示，图中呈黑色树枝状部分为珠光体，黑色点状部分为变态莱氏体，白色基体部分为二次渗碳体和共晶渗碳体黑色点状部分为变态莱氏体，白色基体部分为二次渗碳体和共晶渗碳体； u过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁室温平衡组织为变态莱氏体、一次渗碳体组成（室温平衡组织为变态莱氏体、一次渗碳体组成（Ld+Fe3C），如下图所示。图中基体为变态莱氏体，白色条块状为一），如下图所示。图中基体为变态莱氏体，白色条块状为一次渗碳体。次渗碳体。 第56页/共63页第五十七页，共63页。第57页/共63页第五十