铁碳合金状态图.ppt

1、2.2.1 钝金属的晶体结构,晶体原子按一定的次序作有规则的排列。如金刚石、石墨等。 金属（纯铁、铜、 铝等）都是晶体 非晶体原子作不规则的排列。 如玻璃、沥青等。 晶格把每个原子看成一个点， 此点代表原子的振动中心,将这些点用直线连接起来，形成的空间格子。 晶胞晶格的最小单元。,晶胞,1.与晶体有关的概念,2,1）体心立方晶格 在立方体的8个顶角上各有一个原子，在立方体中心还有一个原子。,体心立方晶格,3,属于体心立方晶格的金属有:,钠 ( Na ) ; 钾 ( K ) ; 铬 ( Cr ) ;,钼 ( Mo ) ; 钨 ( W ) ; 钒 ( V ) ;,钽 ( Ta ) ; 铌 ( Nb

2、 ) ; -铁 ( -Fe ) 等 。,4,2）面心立方晶格 在立方体8个顶角上各有一个原子，在立方体 的6个面的中心还各有一个原子。,面心立方晶格,5,属于面心立方晶格的金属有:,金 ( Au ) ; 银 ( Ag ) ; 铜 ( Cu ) ;,铝 ( Al ) ; 镍 ( Ni ) ; 铂 ( Pt ) ;,铅 ( Pb ) ; -铁 ( -Fe ) 等。,6,3.密排六方晶格 ( c/a = 1.633 ) ( close-packed hexagonal lattice ),7,属于密排六方晶格的金属有:,镁 ( Mg ) ; 锌 ( Zn ) ; 镉 ( Cd ) ;, 钛 ( Ti

3、 ) ; 铍 ( Be ) 等 。,8,三种晶格的对比,9,体心立方晶格Fe,面心立方晶格Fe,纯铁在晶体状态下的两种晶格类型：,10,晶体有以下两种类型: 单晶体 多晶体,11,单晶体与多晶体的基本概念 1.单晶体( single crystal )的特征: * 晶体由一个晶格排列方位完全一 致的晶粒组成。 * 晶体具有各向异性( aeolotropy )。 例如:单晶硅、单晶锗等。,12,单晶体结构示意图,13,2.多晶体( polycrystal )的特征,*晶体是由许多颗晶格排列方位不 相同的晶粒组成。 *晶体具有各向同性( isotropy )。 例如: 常用的金属等。,14,多晶体

4、结构示意图,15,纯铁的同素异晶转变,纯铁固态下, 在不同温度范围内将呈现出不同的晶格形态，这种现象称为同素异晶转变。,（液体） 1538 （体心） 1394 （面心） 912 （体心）,2）用反应式表示,1）用冷却曲线表示,L,3、 金属的结晶过程： 金属由液态冷却变成固态，原子由不规则排列有规则的排列 无序 有序,金属结晶过程示意图,金属结晶过程 形核长大晶粒,晶核,晶核长大,一个晶核长大后形成一个晶粒,金属和合金多为多晶体结构 晶粒间的接触面（边界）称为晶界。,一个晶粒,晶界,18,晶粒粗细对力学性能影响很 大。一般规律： 晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性愈好。,晶粒大小对材料性能的

5、影响,19,细化晶粒的方法 （1）快速冷却，增加晶核数； （2）添加高熔点弥散质点 （孕育或变质处理） （3）热处理和压力加工,纯金属结晶的 冷却曲线规律,2）纯金属结晶在恒温下进行，结晶冷却曲线出现 水平线段,1）金属实际结晶温度低于理论结晶温度；理论结 晶温度T0 与实际结晶温度Tm之差称为过冷度， 即：T=T0-Tm,合金：以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，所形成的具有金属特性的物质。 组元：组成合金的基本元素。 铁碳合金的组元是Fe和C 相：在合金组织中，凡是成分相同、晶体结构和物理性能相同的均匀组成部分。 例如： 单一的液相； 单一的固相； 液相、固相两相共存；,问题： 水、油

6、混装在一个瓶子里，是几个相？ 将奶粉加开水冲一杯牛奶又是几个相？,2.2.2 合金的晶体结构,有关概念,组织：通常借助于放大镜、显微镜人眼观察到的材料内部的微观（图像）统称组织,组织是材料性能的决定因素。,合金的组织结构,机械混合物,固溶体,金属化合物,一、固溶体,溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。,据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同,固溶体,固溶体的性能特点： 具有良好的塑性和韧性，强度、硬度较低。,置换固溶体,间隙固溶体,溶质原子,二、金属化合物,合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。,金属化合物各元素之间呈整数比关系。 如： Fe3C、WC、

7、TiC 等,金属化合物的性能特点： 脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高的熔点。,三、机械混合物,合金的组成在固态下既不互相溶解又不形成化合物，而是按一定的重量比混合而成的新物质。,机械混合物既可以是纯金属、固溶体或金属化合物各自的混合，也可以是它们之间的混合。,性能特点： 性能介于各组成物的性能之间。,第三节 铁碳合金的基本组织,部分碳溶于铁的晶格间隙，铁的晶格类型 不变。,奥氏体（A） 碳（C）溶入-Fe中所形成的固溶体,铁素体（F） 碳（C）溶入-Fe中所形成的固溶体,1）固溶体,铁素体（F） 体心立方晶格,奥氏体（A）面心立方晶格,铁素体组织,奥氏体不锈钢组织,渗碳体 （Fe3C）

8、,（石墨）,铸铁生产中,性能 800 HBW （用硬质合金头测定） 硬而脆，但塑性、韧性近于零。,2）金属化合物各组元按一定整数比结合而成，并 具有金属性质的均匀物质，属于单相组织。,过共晶白口铸铁中 铁的一次渗碳体,过共析钢退火组织中 的二次渗碳体,3）机械混合物结晶过程所形成的两相混合组织,白色F基体中嵌入黑片状Fe 3C,良好的力学性能： b 750MPa ； HBS=180 =20 %25% ； k = 30-40（J/c）,成分：C 0.77 %,珠光体 P （F+Fe3C）,莱氏体（Ld ） C=4.3%C 727以上为高温Ld （A+ Fe3C）727以下为低温Ld （P+ Fe

9、3C） 力学性能与 Fe3C 相似，硬而脆,由绿条状或粒状P和黄色Fe3C 基体组成,珠光体,莱氏体,三 、铁碳合金状态图,铁碳合金状态图是用实验方法作出的温度成分坐标图，图中横坐标仅标出了含碳量小于6.69%的合金部分，因为含碳量大于6.69%的铁碳合金，在工业上没有实用意义。当含碳量为6.69%时，铁和碳形成的Fe3C，可以看作是合金的一个组元，因此，这个状态图实际上是Fe-Fe3C的状态图。它是研究钢和铁的成分、温度和组织结构之间关系的重要工具。,铁碳合金状态图,显示各种不同碳量的铁碳合金在不同温度 下组织形态的热分析图形,1、 Fe C合金状态图的构成,1）两条水平线 ECF（1148

10、） PSK（727）,2）4个基本相 液相(L)； 奥氏体(A)； 铁素体(F)； 渗碳体相( Fe3C)。,2、Fe C合金状态图的特性分析,1）共晶线ECF （C点共晶点）,说明：含2.11%6.69%C的 Fe C合金(生铁)都将在1148 时发生莱氏体转变，即共晶转变。,1148,表示共晶反应：,2）共析线PSK （S点共析点）,说明：各种成分的 Fe C合金(钢)都将在727时发生珠光体转变，即共析转变。在热处理中，该线温度常以A1表示，冷却时用Ar1，加热时用Ac1。,727,表示共析反应：,3）两条固溶线GS、ES,ES 自高碳奥氏体冷却过 程中析出 Fe3C的起始线。 温度常以

11、 Acm表示。 （冷却：Arm；加热：Acm）,GS 自低碳奥氏体冷却过程中析出铁素体晶粒的起始 线，该温度常以 A3表示。 （冷却：Ar3；加热：Ac3）,铁碳合金住状态图中主要线的含义,ACD线液相线，液体合金冷却到此线时开始结晶。 在此线以上的区域是液相区。 AECF线固相线 ，在此线以下的合金为固体状态。 ( AE线 钢的固相线。当液体合金冷却到此线时全部结晶为 奥氏体，反之，加热到此线时，钢开始溶化。) ECF线生铁的固相线，又叫共晶线。因在此线上发生共晶转变生成莱氏体。 GS线（A3线）奥氏体冷却到此线时，开始析出铁素体。 ES线（Acm线）奥氏体冷却到此线时开始析出渗碳体。 PSK（A1线）此线又叫共析线，当奥氏体冷却到此线时，同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物。其反应产物为珠光体。,铁碳合金状态图中主要点的含义,四 铁碳合金分类(据C%不同分),以E点（2.11% C）为界，分为钢和生铁两类。生铁结晶时有莱氏体转变，组织中有莱氏体。,钢以S点（0.77%C）为界， 分为： 亚共析钢 C 0.77%； 共析钢 C0.77%； 过共析钢 C0.77%。,生铁以C点（4.3%C）为界，分为： 亚共晶生铁 2.11%C4.3%； 共晶生铁 C4.3% ； 过共晶生铁 C4.3%6.69。,铸铁：一般是指用来制造 铸件的生铁，为亚共晶生 铁。C2.8 % 4.0 % 。