第三章
第二节 金属学基础
12-19
2.铁碳合金相图分析
相区：5个单相区，7个两相区，2条三相水平线。 二个主要转变：
（1）共晶转变
1148
共晶转变
LC 莱氏体Ld
AE + Fe3C
Ld 降温到 727℃时，A→ P，因此：Ld (A+Fe3C) → L’d (P+Fe3C) 。
低温莱氏体 L’d ：P 和 Fe3C 的机械混合物。
第二节 金属学基础 12-2
机械工程基础第2版
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一.金属与合金的晶体结构
1. 晶体与非晶体
晶体 —— 原子规则排列的集合体。
•
•
固定的熔点
各向异性：不同方向的性能不同。
非晶体 —— 原子无规则堆积的集合体。
• • 无固定熔点 各向同性
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-3
体心立方，σb↓, HB↓, δ↑, αk↑,铁磁性。
奥氏体 A：碳在γ-Fe中的间隙固溶体。
面心立方，HB↓, δ↑, 顺磁性。
渗碳体 Fe3C : Fe与C的间隙化合物。
复杂晶格，硬而脆，几乎无塑性，230℃以下铁磁性。
第三章 第二节 金属学基础
2013-8-21
12-17
珠光体 P：F与 Fe3C 的机械混合物。
单位晶胞原子数：4个。 最近原子间距 —— 面心与顶角之间： a 2½ / 2。 原子半径：r = a 2½ / 4。 常见金属有：γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-6
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(3) 密排六方晶格
单位晶胞原子数：6个。 最近原子间距 —— 相邻顶角之间： a。 原子半径：r = a
白口铸铁（生铁）
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁
2013-8-21 第三章
2.11 ~ 4.3%C
4.3%C 4.3 ~ 6.69%C
12-22
第二节 金属学基础
3.室温下含碳量与相和组织的关系
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-23
4.含碳量与力学性能的关系
随C%↑ → Fe3C%↑，
F% ↓。 由于Fe3C是硬质点， F 是软质点， →σb↑, HB↑,αk↓, δ↓, 耐磨性↑。
当Fe3C以网状分布时，
→ 脆性↑。
当C%>0.9%时，随C%↑， →σb ↓。
2013-8-21 第三章 第二节 金属学基础 12-24
谢谢使用本课件 多
一种元素的原子溶入另一种元素中形成的合金相。 保持原晶体结构的元素 —— 溶剂 失去原晶体结构的元素 —— 溶质 浓度 溶解度
有限固溶体：溶解度有一定限度 —— 有限互溶 无限固溶体：溶解度无一定限度 —— 无限互溶
2013-8-21 第三章 第二节 金属学基础 12-9
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2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-15
2.纯铁的结晶过程
δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 固态下，一种元素的晶 体结构随温度发生变化的现 象。 ——
同素异构转变
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-16
三.铁碳合金
1.铁碳合金的基本组织和性能
铁素体 F：碳在α-Fe中的间隙固溶体。
/
2。
常见金属有：Mg、Zn、Cd、Be等。
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-7
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4. 合金的晶体结构
(1) 合金相的基本概念
合金：由两种或两种以上金属，或金属与非金属组成，具
有金属性质的物质。
组元：组成合金的基本物质。
相：结构相同，成分相近，与其它部分有界面分开的部分。
成分：0.77%C 性能：适中，介于 F 和 Fe3C 之间。 形态：层片状，粒状。
莱氏体 Ld：A 与 Fe3C 的机械混合物。
成分：4.3%C 性能：硬而脆 形态：点状、短条状 A、分布于 Fe3C 基体上。
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第三章
第二节 金属学基础
12-18
铁 碳 合 金 相 图
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第三章
第二节 金属学基础
12-25
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书名：机械工程基础第2版 ISBN： 978-7-111-10684-9 作者：李培根 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件
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第二篇 金属材料及其成形技术
第三章
金属材料与热处理基础
第二节
2013-8-21 第三章
金属学基础
（理论）
放出的结晶潜热 = 散失的热量
过冷度
∆T = T0 - T1
冷速↑→ ∆T ↑
结晶的必要条件：过冷 （结晶的动力）
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-14
结晶过程
液体中瞬时有许多规则排列的原子团，时聚时散。 形核 不断生成 新晶核 晶核长大 相碰 长大 晶粒 多晶体
结晶规律：结晶过程是晶核不断形成和长大的过程。
单相合金：固态下由一个固相组成的合金。 多相合金：固态下由两个以上固相组成的合金。 组织：相的聚合体（形态）。
2013-8-21 第三章
（单相组织，多相组织）
12-8
第二节 金属学基础
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(2) 合金的相
合金在固态下的相结构 —— 固溶体和金属化合物 （2类）
①固溶体——
(1) 体心立方晶格
单位晶胞原子数：2个。
最近原子间距 —— 体心与顶角之间： a 3½ / 2。
原子半径：r = a 3½ / 4。 常见金属有 ：α-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等。
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-5
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(2) 面心立方晶格
2013-8-21 第三章 第二节 金属学基础 12-20
（2）共析转变
共析转变
AS
727
FP + Fe3C
珠光体 P
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-21
铁碳合金分类
工业纯铁 钢
<0.0218%C
0.0218 ~ 2.11%C 亚共析钢 共析钢 过共析钢 0.0218 ~ 0.77%C 0.77%C 0.77 ~ 2.11%C 2.11 ~ 6.69%C
固溶体的分类
置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格的某些结点
间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格的间隙中
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-10
固溶体的力学性能
溶质溶入固溶体，导致晶格畸变，引起强度和硬度升高。 —— 固溶强化 固溶体的力学性能比纯金属更高
固溶体中的晶格畸变示意图 a)间隙固溶体 b)置换固溶体
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2. 晶体结构的基本知识
晶格：把晶体中原子看成几何点，用平行直线连接后得
到的三维格架。
晶胞：晶格中能全面反映原子排列规律的最小单元。 晶格常数：晶胞的棱边长度。
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
12-4
机械工程基础第2版
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3. 常见金属的晶格类型
第三章 第二节 金属学基础 12-12
2013-8-21
二.纯金属的结晶与同素异构转变
1.纯金属的结晶过程
液态 T0 固态 （原子无规则排列） （原子有规则排列） 温 温 度 度 平衡结晶温度 = 熔点
热分析法
2013-8-21
第三章
第二节 金属学基础
时间 时间
12-13
过冷现象
过冷：实际结晶温度 T1 总是低于平衡结晶温度 T0 的现象。
2013-8-21 第三章 第二节 金属学基础 12-11
②金属化合物——
特征： • • • 有金属性质； 晶体结构不同于任何组元； 成分固定或小有变化，
有一定成分比例，可用分子式表示。
性能：硬，脆，熔点高。
当金属化合物以细小颗粒均布于固溶体上，可使合金的
强度↑↑，硬度↑↑，耐磨性↑↑ —— 弥散强化。 （第二相强化）