体心立方 塑性好 HB80
面心立方 塑性好 HB170
复杂晶格 硬脆 HB800
3、铁碳合金中的五种基本组织
铁碳合金的组织均由五种基本组织构成，如：
20钢 组织 F +P
T12钢组织 P＋ Fe3C
P
P
F
Fe3C
二、铁碳合金相图
1.相图组成
匀晶相图
L
A
共晶相图
1148℃
L
(A+ Fe3C)
L Ld
6.69
C%
Fe3C
强度、硬度高，塑性、韧性低
简化的 Fe--Fe3C 相图
三、铁碳合金相图的应用
1.判断一定成分的合金的组织、性能、及应用
工业纯铁
碳钢
白口铁
成分 C＜0.02 0.02－－－0.77－－－2.11 2.11－4.3－6.69
组织 F
性能 塑性好
强度低
应用 少用
P+F
P P+ Fe3CII L´d为基体
6.69
C% 白口铁E－F
Fe3C
亚共
晶白 口铁
E－C
共晶 过共晶 白口 白口铁 铁 C－F C
三、铁碳合金组织
用铁碳相图进行结晶过程分析
1.工业纯铁
L L+A A A＋F F F＋ Fe3CIII
最后组织： F
T℃ A
A G
F F+ A PS
Q Fe
L
D
L+ A E
L+ Fe3C C 1148℃ F
固溶体性能： 塑性好 作为基体相。用α、β、γ、δ表示
化合物 不同元素原子相互化合形成 如：Fe3C 正常价化合物 金属+非金属 Mg2Si
电子化合物 金属+金属 CuZn,CuZn3 间隙化合物 金属+小非 Fe3C 化合物结构 晶格一般较复杂 化合物性能 硬、脆 作为硬化相
两种相比较
成分
结构
形态 性能 作用
重复 晶胞
晶胞
晶格
1、理想金属晶体结构：
规律
重复
原子
晶胞
三种常见晶格：
晶格 (同方位) 单晶体
体心立方 面心立方
晶格常数 晶胞棱边长度：Å
密排六方
致密度
原子排列密集程度 体心0.68 面心、密排0.74
理想金属性能： 各向异性、高强度、耐热耐蚀
2、实际金属晶体结构：
晶粒
晶界
规律 原子
晶胞
重复
晶格
晶格缺陷→晶格畸变→ Re提高
（晶格常数变）
合金化强化（点缺陷）.塑变强化（线缺陷）.细晶强化（面缺陷）
实际金属性能： 各向同性、低强度、耐热耐蚀性差 （多晶） （ρ运动） （晶界）
二、纯金属的组织
结晶形成
1.结晶定义
高温液体
结晶 T0 固态晶体
T0—
平衡结晶温度
熔化
熔点
2.结晶条件 T结<T0 ΔT＝T0－T结（过冷度）
T℃ A
A G
F F+ A PS
Q Fe
L
D
L+ A
L+ Fe3C
E
C 1148℃ F
A+ Fe3C
F+Fe3C
727℃
K
6.69
C%
Fe3C
7.过共晶白口铁
T℃
L L＋Fe3CI L d＋Fe3CIA
L´d＋ Fe3CI
A G
F F+ A PS
Q
Fe
L
D
L+ A
L+ Fe3C
E
C 1148℃ F
过冷度与冷速有关：V冷越大，T结越低，ΔT越大 但ΔT太大就得到非晶
3.结晶过程
高温液体→形成晶核→晶核长大→多晶体 形核率N 长大速率G
N越大，G越小，晶粒会越细小
4.结晶过程 影响因素
1）冷却速度V冷
V冷越大——ΔT增大——N增大、G增大(但G增大速度小于N) ——晶粒细——Rm升高
金属型铸造， V冷大， 零件性能好于砂型铸造
快冷技术：微晶（µm）：
纳米晶体（nm）： 非晶：高强、硬、耐蚀、导磁
厚大金属组织分析
2）杂质
加入杂质元素（本身为硬质点或形成硬质点） —— N增大——晶粒细——Rm升高
变质处理
3）振动或搅拌 电磁振动，超声振动，机械振动，机械搅拌
5.纯金属的结晶组织
组织缺陷 晶粒粗大、气孔、缩孔、夹杂
组织缺陷 对性能影响： 各方面性能下降
L
D
三区：单相区 L、F、A、Fe3C
双相区 三相区 PSK、ECF、 G
A
L+ A E 2.11
L+ Fe3C C4.31148℃ F
四相： L、F、A、Fe3C
五线：液相线 ACD 固相线 AECF
A+ Fe3C
F F+ A
Q
0P.02
S0.77 F+Fe3C
727℃
K
三相线 PSK、ECF 溶解度线 PQ、ES 先共析线 GS
α.β均匀分布,(α+β )为 机械混合物，性能远高于α.β的平均值
相图分析 ： 区（单相区、双相区） 线（共析线、溶解度线） 点（溶质含量点、共析点）
结晶分析 ： 组织
共析合金І 亚共析合金ІІ织为α+（α+β）
γ+α
αc
І ІІІ
γ γ+ β b
e dβ
三种常见晶体缺陷：
(不同方位)
点缺陷 间隙原子、空位
多晶体
晶界原子排列
线缺陷 位错 (直线.曲线.螺旋线)
位错密度ρ
点缺陷
位错作用:
Re
ρ少时,力→ρ运动→变形→Re降低
ρ多时,力→ρ运动受阻→难变形→ Re提高
刃型位错
ρ
面缺陷 晶界
理想 实际 强化 金属 金属 金属
实际金属中晶体缺陷对性能影响：
共析相图
727℃
A
(F+ Fe3C)
AP
T℃
A L D
A G
F F+ A PS
Q
L+ A
L+ Fe3C
E
C 1148℃ F
A+ Fe3C
F+Fe3C
727℃
K
Fe
C%
简化的 Fe--Fe3C 相图
6.69 Fe3C
2.相图分析
一系：Fe－C 合金系 或 Fe--Fe3C 合金系
T℃ A
二元： Fe、Fe3C
共晶合金І 结晶过程
亚共晶合金ІІ 结晶过程
组织为（α+β）
a
ІІ
αLc+α
L
L
e
І ІІІ
b L+ β
dβ
α+β
组织为α
Pb
+（α+β）
f
→Sn% g Sn
过共晶合金ІІІ
组织为β +（α+β）
3）共析相图
共析反应：γ T0（α+β）
L
L+ γ
a
αγc+
αγ γ
αe+β
+β dβ
b
（ α+β ） ——共析组织、共析产物、共析A 体f →B% g B
组织与相的关系 :
Fe3C
组织由相构成
F
包括相的种类、相的分布
一、合金的结构
合金中各元素原子排列情况 原子排列形成各种相
1.合金中的相
固溶体 不同元素的原子相互溶解形成的固体
溶质、溶剂、溶解度
Zn
C
Fe
Cu
间隙固溶体 溶质在晶格间隙 Δr大，溶解度小 置换固溶体 溶质在晶格结点 Δr小，溶解度大
固溶体Rm、HBW高于其纯金属（溶质进入使晶格畸变） ——固溶强化
《工程材料》
第2章 金属材料的结构与组织
第2章 金属材料的结构与组织
结构
内部微粒（原子）排列情况 （微观)
组织
显微镜下的组成情况 （相对较宏观）
§1、纯金属的结构与组织
一、纯金属的结构
晶体模型
晶格
晶体
内部原子有规律、重复排列的物体
晶格
表示原子排列规律的空间格子。
晶胞
晶格中的最小单元。
金属晶体结构： 原子 规律
塑韧性较好 综合性好 硬度高
强硬度较低
塑性差
各种零件 模具 刀具.量具
硬脆
少用
2.指导生产工艺
铸造
T浇高于液相线50－100℃, 合金成分选择C点
锻造
T始<AE线150－250℃, T终>PSK100℃
焊接
焊接热影响区组织分析
T℃
A
L
D
L+ A
A G
E 2.11
L+ Fe3C C4.31148℃ F
K→NXi%2
Ni
线（液相线、固相线） 点（Cu熔点、Ni熔点）
结晶分析 ： 组织 如：20％ Ni合金最终组织为α
在ΔT结晶温度范围，一定T ，L、α 重量用杠杆定律计算
杠杆定律
QL (K-X1)=Qα(X2-K) 杠杆定律适用于任何两相区
2）共晶相图
共晶反应：L T0（α+β）
a
αLc+α
L
L
面心立方
体心立方
同素异构转变特征：（1）温度恒定 （2）体积突变
Fe、C作用： C、-Fe 溶解形成 铁素体F C、 -Fe 溶解形成 奥氏体A
