金屬結(jié)晶過(guò)程

1、2.12.1 純純金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶2.22.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶2.32.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工2.42.4 鋼的熱處理鋼的熱處理2.52.5 鋼的合金化鋼的合金化2.6 2.6 表面技術(shù)表面技術(shù)第第2 2章章 金屬材料的金屬材料的 組織與性能控制組織與性能控制1.純金屬的結(jié)晶條件2.純金屬的結(jié)晶過(guò)程3.同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變4.細(xì)化鑄態(tài)金屬晶粒的措施2.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶1.1.純金屬的結(jié)晶條件純金屬的結(jié)晶條件晶體液體液體結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶： 液體液體 - - 晶體晶體凝固： 液體液體 - - 固體（晶體固體（晶體 或或 非晶體）非晶體）冷卻曲線冷卻曲線tTT0Tn理論結(jié)晶溫度開

2、始結(jié)晶溫度 TT= T0 - Tn純金屬結(jié)晶的條件就是應(yīng)當(dāng)有一定的過(guò)冷度（克服界面能）冷卻速度越大，則過(guò)冷度越大。冷卻速度越大，則過(guò)冷度越大。2.2.純金屬的結(jié)晶過(guò)程純金屬的結(jié)晶過(guò)程液態(tài)金屬液態(tài)金屬形核形核晶核長(zhǎng)大晶核長(zhǎng)大完全結(jié)晶完全結(jié)晶形核形核和和晶核長(zhǎng)大晶核長(zhǎng)大的過(guò)程的過(guò)程（1 1）形核過(guò)程）形核過(guò)程兩種形核方式兩種形核方式 自發(fā)形核自發(fā)形核 與與 非自發(fā)形核非自發(fā)形核自發(fā)形核自發(fā)形核由液體金屬內(nèi)部原子聚集尺寸超過(guò)臨界晶核尺寸后形成由液體金屬內(nèi)部原子聚集尺寸超過(guò)臨界晶核尺寸后形成的結(jié)晶核心。的結(jié)晶核心。非自發(fā)形核非自發(fā)形核 是依附于外來(lái)雜質(zhì)上生成的晶核。是依附于外來(lái)雜質(zhì)上生成的晶核。（1

3、1）形核過(guò)程）形核過(guò)程兩種形核方式兩種形核方式 自發(fā)形核自發(fā)形核 與與 非自發(fā)形核非自發(fā)形核自發(fā)形核自發(fā)形核由液體金屬內(nèi)部原子聚集尺寸超過(guò)臨界晶核尺寸后形成由液體金屬內(nèi)部原子聚集尺寸超過(guò)臨界晶核尺寸后形成的結(jié)晶核心。的結(jié)晶核心。非自發(fā)形核非自發(fā)形核 是依附于外來(lái)雜質(zhì)上生成的晶核。是依附于外來(lái)雜質(zhì)上生成的晶核。（2 2）晶核長(zhǎng)大過(guò)程）晶核長(zhǎng)大過(guò)程兩種長(zhǎng)大方式 平面生長(zhǎng)平面生長(zhǎng) 與 樹枝狀生長(zhǎng)樹枝狀生長(zhǎng)。平面生長(zhǎng)樹枝狀生長(zhǎng)4.細(xì)化鑄態(tài)金屬晶粒的措施晶粒度晶粒度 表示晶粒大小，分表示晶粒大小，分8 8級(jí)級(jí)（p111)p111)。細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化 晶粒細(xì)化使金屬機(jī)械性能提高的現(xiàn)象晶粒細(xì)化使金屬機(jī)械性能

4、提高的現(xiàn)象比較：比較： 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化-強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化-強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度，塑性、韌性，塑性、韌性細(xì)化晶粒的措施細(xì)化晶粒的措施1.1.提高過(guò)冷度提高過(guò)冷度2.2.變質(zhì)處理變質(zhì)處理3.3.振動(dòng)結(jié)晶振動(dòng)結(jié)晶（1 1）提高過(guò)冷度）提高過(guò)冷度形核率形核率N 、長(zhǎng)大速度長(zhǎng)大速度G 與與 過(guò)冷度過(guò)冷度T 的關(guān)系的關(guān)系TG，NGN（2 2）變質(zhì)處理）變質(zhì)處理在液體金屬中加入在液體金屬中加入變質(zhì)劑變質(zhì)劑( (孕育劑孕育劑) )，以細(xì)化晶粒和改善組織，以細(xì)化晶粒和改善組織的工藝措施。的工藝措施。在鋁合金液體中加入鈦、鋯；鋼水中加在鋁合金液體中加入鈦、鋯；鋼水中

5、加入鈦、釩、鋁，鑄鐵中加入硅鐵、硅鈣、硅鈣鋇合入鈦、釩、鋁，鑄鐵中加入硅鐵、硅鈣、硅鈣鋇合金，都可使晶粒細(xì)化。金，都可使晶粒細(xì)化。 變質(zhì)劑的作用變質(zhì)劑的作用：作為非自發(fā)形核的核心，或阻礙晶粒長(zhǎng)大。：作為非自發(fā)形核的核心，或阻礙晶粒長(zhǎng)大。（3 3）振動(dòng)結(jié)晶）振動(dòng)結(jié)晶振動(dòng)的作用振動(dòng)的作用：使樹枝晶破碎，晶核數(shù)增加，晶粒細(xì)化。：使樹枝晶破碎，晶核數(shù)增加，晶粒細(xì)化。機(jī)械振動(dòng)、超聲振動(dòng)，或電磁攪拌等。機(jī)械振動(dòng)、超聲振動(dòng)，或電磁攪拌等。（4 4）電磁攪拌電磁攪拌 將正在結(jié)晶的金屬置于一個(gè)交變電磁場(chǎng)中，由于電磁感將正在結(jié)晶的金屬置于一個(gè)交變電磁場(chǎng)中，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，液態(tài)金屬會(huì)翻滾起來(lái)，沖斷正在結(jié)晶的樹枝狀

6、晶體的應(yīng)現(xiàn)象，液態(tài)金屬會(huì)翻滾起來(lái)，沖斷正在結(jié)晶的樹枝狀晶體的晶，增加結(jié)晶核心，從而可細(xì)化晶粒。晶，增加結(jié)晶核心，從而可細(xì)化晶粒。3 3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度的改變而發(fā)生變化的現(xiàn)象。金屬在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度的改變而發(fā)生變化的現(xiàn)象。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變-Fe，bcc -Fe，fcc -Fe，bcc1394 C912 C -Fe，fcc -Fe，bcc912 C純鐵的冷卻曲線純鐵的冷卻曲線TFe，bcc-Fe，bcc-Fe，fccCooling curve770鐵磁性五金屬鑄錠的組織特點(diǎn)細(xì)等軸晶區(qū)液體金屬注入錠模時(shí)，由于錠模溫度

7、不高，傳熱快，外層金屬受到激冷，過(guò)冷度大，生成大量的晶核。同時(shí)模壁也能起非自發(fā)晶核的作用。結(jié)果，在金屬的表層形成一層厚度不大、晶粒很細(xì)的細(xì)晶區(qū)。(1)細(xì)等軸晶區(qū)； (2)柱狀晶區(qū)； (3)粗等軸晶區(qū)鑄錠結(jié)構(gòu)五金屬鑄錠的組織特點(diǎn)柱狀晶區(qū)細(xì)晶區(qū)形成的同時(shí)，錠模溫度升高，液體金屬的冷卻速度降低，過(guò)冷度減小，生核速率降低，但此時(shí)長(zhǎng)大速度受到的影響較小。結(jié)晶時(shí)，優(yōu)先長(zhǎng)大方向（即一次晶軸方向）與散熱最快方向（一般為往外垂直模壁的方向）的反方向一致的晶核向液體內(nèi)部平行長(zhǎng)大，結(jié)果形成柱狀晶區(qū)。(1)細(xì)等軸晶區(qū)； (2)柱狀晶區(qū)； (3)粗等軸晶區(qū)鑄錠結(jié)構(gòu)五金屬鑄錠的組織特點(diǎn)粗等軸晶區(qū)隨著柱狀晶區(qū)的發(fā)展，液體金

8、屬的冷卻速度很快降低，過(guò)冷度大大減小，溫度差不斷降低，趨于均勻化；散熱逐漸失去方向性，所以在某個(gè)時(shí)候，剩余液體中被推來(lái)和漂浮來(lái)的、以及從柱狀晶上被沖下的二次晶枝的碎塊，可能成為晶核，向各個(gè)方向均勻長(zhǎng)大，最后形成一個(gè)粗大的等軸晶區(qū)。(1)細(xì)等軸晶區(qū)； (2)柱狀晶區(qū)； (3)粗等軸晶區(qū)鑄錠結(jié)構(gòu)單晶的制取演示2.2.1.二元合金的結(jié)晶2.2.2合金的性能與相圖的關(guān)系2.2.3鐵碳合金的結(jié)晶2.2 合金合金的結(jié)晶的結(jié)晶1 1勻晶相圖勻晶相圖2 2共晶相圖共晶相圖3 3包晶相圖包晶相圖4 4共析相圖共析相圖2.2.1二元合金的結(jié)晶1 1勻晶相圖勻晶相圖相圖相圖（平衡圖、狀態(tài)圖）（平衡圖、狀態(tài)圖）平衡條

9、件下，合金的相狀態(tài)與溫度、成份間關(guān)系的圖形。平衡條件下，合金的相狀態(tài)與溫度、成份間關(guān)系的圖形。 CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 銅-鎳合金勻晶相圖CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 純銅純銅熔點(diǎn)熔點(diǎn)純鎳純鎳熔點(diǎn)熔點(diǎn)液相線液相線固相線固相線液相區(qū)液相區(qū)固相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)液固兩相區(qū)勻晶合金的結(jié)晶過(guò)程勻晶合金的結(jié)晶過(guò)程abcdT,CtL L L勻晶轉(zhuǎn)變 L 冷卻曲線CuNiNi%T,C2040608010010001100120013

10、001400150010831455L L+ 勻晶合金與純金屬不同，它沒(méi)有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，勻晶合金與純金屬不同，它沒(méi)有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。杠桿定律杠桿定律CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 12acba1b1c1T1T21. 1. 在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度，應(yīng)每一確定的溫度，兩相的成分是確定的。兩相的成分是確定的。2. 2. 隨著溫度的降低，隨著溫度的降低，兩相的成分分別沿液兩相的成分分別沿液相線和固相線變化。相線和固相線變

11、化。杠桿定律杠桿定律：在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度T1，兩相質(zhì)量的比值是確定的。即QL/Q=b1c1/a1b1杠桿定律推論：杠桿定律推論：在兩在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度T1T1時(shí)兩相在合金時(shí)兩相在合金b b中的相中的相對(duì)質(zhì)量各為對(duì)質(zhì)量各為Q QL L/Q/QH H=b=b1 1c c1 1/a/a1 1c c1 1Q Q /Q/QH H=a=a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=1- =1- Q QL L/Q/QH H例：求例：求30%30%NiNi合金在合金在1280 1280 時(shí)時(shí) 相的相對(duì)量相的相對(duì)量CuNiNi%T,C20406080100100011001200

12、13001400150010831455L L+ ac30a1b1c11280 C解：作成分線和溫度線如圖。6618根據(jù)杠桿定律推論， Q Q / / Q QH H = = a a1 1b b1 1 /a/a1 1c c1 1 =12/48=1/4=12/48=1/4答：所求合金在1280 時(shí)相的相對(duì)質(zhì)量為1/4。2 2共晶相圖共晶相圖PbSnSn%T, C鉛-錫合金共晶相圖液相線液相線L固相線固相線 + L + L + 固溶線固溶線 固溶線固溶線共晶轉(zhuǎn)變分析共晶轉(zhuǎn)變分析PbSnT, CL + L + L + 共晶反應(yīng)線共晶反應(yīng)線表示從表示從c點(diǎn)到點(diǎn)到e點(diǎn)點(diǎn)范圍的合金，在范圍的合金，在該溫度上

13、都要發(fā)該溫度上都要發(fā)生不同程度上的生不同程度上的共晶反應(yīng)。共晶反應(yīng)。ce共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)表示表示d點(diǎn)成分的合點(diǎn)成分的合金冷卻到此溫度金冷卻到此溫度上發(fā)生完全的共上發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。晶轉(zhuǎn)變。dLd c + e共晶反應(yīng)要點(diǎn)共晶反應(yīng)要點(diǎn)PbSnT, CL + L + L + 183ced 共晶轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行。共晶轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行。 轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一種液相中結(jié)晶出兩個(gè)不同的固相。轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一種液相中結(jié)晶出兩個(gè)不同的固相。 存在一個(gè)確定的共晶點(diǎn)。在該點(diǎn)凝固溫度最低。存在一個(gè)確定的共晶點(diǎn)。在該點(diǎn)凝固溫度最低。 成分在共晶線范圍的合金都要經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變。成分在共晶線范圍的合金都要經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變。X1合金結(jié)晶過(guò)程

14、分析合金結(jié)晶過(guò)程分析cefgX1T, CtL L LL+ 冷卻曲線冷卻曲線 + 1234PbSnT, CL + L + L + 183cedX1合金結(jié)晶特點(diǎn)合金結(jié)晶特點(diǎn)T, CtL L LL+ 冷卻曲線冷卻曲線 + 1.沒(méi)有共晶反應(yīng)過(guò)程，沒(méi)有共晶反應(yīng)過(guò)程，而是經(jīng)過(guò)勻晶反應(yīng)形成而是經(jīng)過(guò)勻晶反應(yīng)形成單相單相 固相。固相。2.要經(jīng)過(guò)脫溶反應(yīng)，要經(jīng)過(guò)脫溶反應(yīng)，室溫室溫 組織組成物組織組成物為為 + 組織組成物組織組成物組織中，由一定的相構(gòu)成的，具有一定形態(tài)特征的組成部分。X2合金結(jié)晶過(guò)程分析合金結(jié)晶過(guò)程分析（共晶合金共晶合金）X2T, CtL( + )L( + )LL( + ) 共晶體共晶體冷卻曲線冷

15、卻曲線( + )PbSnT, CL + L + L + 183cedX3合金結(jié)晶過(guò)程分析合金結(jié)晶過(guò)程分析（亞共晶合金亞共晶合金）X3T, CtLL+ ( + )+ + 12( + )+ PbSnT, CL + L + L + 183cedL+( + )+ 標(biāo)注了組織組成物的相圖標(biāo)注了組織組成物的相圖3 3包晶相圖包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變： Ld + c ePtAgAg%T, C鉑-銀合金包晶相圖L + L + L + cedfgT, CtLL + L + + 4. 4. 共析相圖共析相圖共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變： ( + ) 共析體共析體ABT, C + + + cedL + L2.2.2相圖與性能的

16、關(guān)系合金的使用性能與相圖的關(guān)系合金的使用性能與相圖的關(guān)系 固溶體中溶質(zhì)濃度固溶體中溶質(zhì)濃度 強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度 組織組成物的形態(tài)對(duì)強(qiáng)度影響很大。組織越細(xì)密，強(qiáng)度越高。組織組成物的形態(tài)對(duì)強(qiáng)度影響很大。組織越細(xì)密，強(qiáng)度越高。2. 合金的工藝性能與相圖的關(guān)系合金的工藝性能與相圖的關(guān)系 鑄造性能鑄造性能液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈?。ㄈ缃咏簿С煞值暮辖穑?，液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈?。ㄈ缃咏簿С煞值暮辖穑?，則流動(dòng)性好，不易形成分散縮孔。則流動(dòng)性好，不易形成分散縮孔。 鍛造、軋制性能鍛造、軋制性能單相固溶體合金，單相固溶體合金，變形抗力小，變形均勻，變形抗力小，變形均勻，不易開裂。不易開

17、裂。1 1鐵碳相圖鐵碳相圖2 2結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程3 3成分成分- -組織組織- -性能關(guān)系性能關(guān)系 4 4Fe-FeFe-Fe3 3 C C相圖的應(yīng)用相圖的應(yīng)用2.2.3鐵碳合金的結(jié)晶1 1鐵碳相圖鐵碳相圖 ( (Fe-FeFe-Fe3 3 C C相圖相圖) )(1) (1) Fe-FeFe-Fe3 3 C C相圖的組元相圖的組元 Fe Fe FeFe、-Fe (bcc) -Fe (bcc) 和和-Fe (fcc)-Fe (fcc)強(qiáng)度、硬度低，韌性、塑性好。強(qiáng)度、硬度低，韌性、塑性好。 FeFe3 3 C C 熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。(2) (

18、2) Fe-FeFe-Fe3 3 C C相圖的相相圖的相 FeFe3 3 C C （ Cem Cem， Cm Cm，滲碳體）滲碳體） 復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu) 液相液相 L L 相相 （高溫鐵素體（高溫鐵素體 ） FeFe（C C）固溶體固溶體 相（相（A A ，奧氏體）奧氏體） -Fe-Fe（C C）固溶體固溶體 相相 （F F，鐵素體）鐵素體） -Fe-Fe（C C）固溶體固溶體一、鐵素體一、鐵素體碳原子溶入-Fe中形成的間隙固溶體，稱做鐵素體。由于體心立方格的-Fe的晶體格間隙半徑只有0.036nm，而碳原子半徑為0.077nm，所以鐵素體對(duì)碳的溶解度很小。在727時(shí)最大固溶度為0.02

19、%,而在室溫時(shí)固溶度幾乎降為零。鐵素體的力學(xué)性能與純鐵相近，其數(shù)值如下：抗拉強(qiáng)度Rm250Mpa，屈服強(qiáng)度RE140Mpa斷后延伸率A11.340%-50%沖擊韌性K200J/cm2布氏硬度HBS80由此可見(jiàn)，鐵素體有優(yōu)良的由此可見(jiàn)，鐵素體有優(yōu)良的塑性和韌性，但強(qiáng)度，硬度塑性和韌性，但強(qiáng)度，硬度較低，在鐵碳合金中是軟韌較低，在鐵碳合金中是軟韌相。鐵素體是相。鐵素體是912912以下的平以下的平衡相，也稱做常溫相，在鐵衡相，也稱做常溫相，在鐵碳相圖中用符號(hào)碳相圖中用符號(hào)F F表示。表示。二、奧氏體二、奧氏體 碳原子溶入-Fe中形成的間隙固溶體，稱做奧氏體。具有面心立方格的-Fe的間隙半徑為0.0

20、52nm，比-Fe的間隙稍大，在1148時(shí)碳原子在其中的最大固溶度為2.11%。隨著溫度的降低，碳在-Fe中的固溶度下降，在727時(shí)是0.77%。 奧氏體是727以上的平衡相，也稱高溫相。在高溫下，面心立方格晶體的奧氏體具有極好是塑性，所以碳鋼具有良好的軋、鍛等熱加工工藝性能。在鐵碳相圖中，奧氏體通常用符號(hào)A表示。三、滲碳體三、滲碳體滲碳體是鐵與碳原子結(jié)合形成的具有金屬性質(zhì)的復(fù)雜間隙化合物。它的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于復(fù)雜八面體結(jié)構(gòu)，分子式為Fe3C，含碳量6.69%。滲碳體的硬度很高，HV800，但極脆，塑性和韌性幾乎是零，強(qiáng)度Rm=30Mpa左右。在鐵碳合金中，它是硬脆相，是碳鋼的主要強(qiáng)化相。滲

21、碳體在碳鋼中的含量和形態(tài)對(duì)鋼的性能有很大影響。它在鐵碳合金中可以呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀和板狀形態(tài)存在。在高溫時(shí)，鋼和鑄鐵中的滲碳體在一定時(shí)間會(huì)發(fā)生下面的分解反應(yīng)，析出石墨態(tài)的碳。Fe3C3Fe+C（石墨）(3) (3) 相圖中重要的點(diǎn)和線相圖中重要的點(diǎn)和線液相線ABCD固相線AHJECF包晶線 HJB，包晶點(diǎn) J 共晶線 ECF，共晶點(diǎn)CL4.3(A2.11+Fe3C)高溫萊氏體,Le或Ld共析線 PSK，共析點(diǎn)SA0.77(F0.02+Fe3C)珠光體, PES線：C在A中的固溶線PQ線：C在F中的固溶線2 2鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程Fe-C 合金分類合金分類工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵

22、 C % 0.0218 %C % 0.0218 %鋼鋼 0.0218 % 0.0218 % C % 2.11 %C % 2.11 %亞共析鋼亞共析鋼 0.77 % 0.77 %共析鋼共析鋼 0.77 % 0.77 % 過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 0.77 % 0.77 %白口鑄鐵白口鑄鐵 2.11 % 2.11 % C % C % 6.69 % 6.69 %亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵 4.3 % 4.3 % 共晶白口鐵共晶白口鐵 4.3 % 4.3 % 過(guò)共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵 4.3 % 4.3 %幾種幾種常見(jiàn)常見(jiàn)碳鋼碳鋼(1)(1)工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 ( ( C % 0.0218 % )C % 0.02

23、18 % )結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程室溫組織室溫組織F F + + FeFe3 3C C (微量)500500(2)(2)共析鋼共析鋼 ( C % = 0.77 % )結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程室溫組織室溫組織: : 層片狀層片狀 P P ( ( F F + + 共析共析 FeFe3 3C C ) )500500 P中各相的相對(duì)量：Fe3C % = ( 0.77 xF ) / ( 6.69 xF ) 0.77 / 6.69 = 12 %F % 1 12 % = 88 %珠光體珠光體強(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于Fe3C 和 F 之間。(3)(3)亞共析鋼亞共析鋼 ( C % = 0.4 % )結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程室

24、溫組織室溫組織: : F F + + P P，500500各組織組成物的相對(duì)量：P % = ( 0.4 0.0218 ) / ( 0.77 0.0218 ) 51 %F % 1 51 % = 49 %各相的相對(duì)量：Fe3C % 0.4 / 6.69 = 6 %F % 1 6 % = 94 %(4)(4)過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 ( C % = 1.2 % )結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程室溫組織室溫組織: :P P + + FeFe3C CII 4 40000各組織組成物的相對(duì)量：Fe3CII % = ( 1.2 0.77 ) / ( 6.69 0.77 ) 7 %P % 1 7 % = 93 %各相的相對(duì)量：Fe

25、3CII % 1.2 / 6.69 = 18 %F % 1 18 % = 82 %(5)(5)共晶白口鐵共晶白口鐵 ( ( C % C % = = 4.3 % 4.3 % ) )結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程室溫組織室溫組織: : （低溫）（低溫）萊氏體萊氏體 LeLe （P P + + FeFe3C CII + + 共晶共晶 FeFe3C C ）, , 5 50000萊氏體萊氏體 LeLe的性能：的性能：硬而脆硬而脆( () )亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵 ( ( C % C % = = 3 % 3 % ) )結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程室溫組織室溫組織: :LeLe+ + P P + + FeFe3C CII 2 20

26、000( () )過(guò)共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵 ( ( C % C % = = 3 % 3 % ) )結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程室溫組織室溫組織: :LeLe+ + FeFe3C CI 5 50000標(biāo)注了組織組成物的相圖標(biāo)注了組織組成物的相圖3 3鐵碳合金的鐵碳合金的成分成分- -組織組織- -性能關(guān)系性能關(guān)系含碳量與相的相對(duì)量關(guān)系含碳量與相的相對(duì)量關(guān)系：C C %F%F %，F(xiàn)eFe3 3C C %含碳量與組織關(guān)系：含碳量與組織關(guān)系：圖（圖（a a）和（和（b b）含碳量與性能關(guān)系含碳量與性能關(guān)系HBHB：取決于相及相對(duì)量取決于相及相對(duì)量強(qiáng)度：強(qiáng)度：C%=0.9% C%=0.9% 時(shí)最大時(shí)最大塑性、韌性

27、：隨塑性、韌性：隨C%C%而而4 4鐵碳相圖的應(yīng)用鐵碳相圖的應(yīng)用鋼鐵選材鋼鐵選材：相圖相圖性能性能用途用途局限性局限性 相圖反映的是平衡狀態(tài)，與實(shí)際情況有較大差異。相圖反映的是平衡狀態(tài)，與實(shí)際情況有較大差異。鑄件選材和確定澆注溫度鑄件選材和確定澆注溫度確定鍛造溫度確定鍛造溫度( ( 在在 A A 區(qū)）區(qū)）制定熱處理工藝制定熱處理工藝復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 相相與與組織組織相：相：有一定的有一定的化學(xué)成分化學(xué)成分和和晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的均勻組成部分。的均勻組成部分。合金中有兩類基本相合金中有兩類基本相 固溶體固溶體 和和 化合物化合物組織：組織：材料內(nèi)部的微觀形貌，體現(xiàn)相的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。材料內(nèi)部的微觀

28、形貌，體現(xiàn)相的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。金屬材料性能由組織決定，金屬材料性能由組織決定，而組織由化學(xué)成分和工藝過(guò)程決定。而組織由化學(xué)成分和工藝過(guò)程決定。過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 x400小結(jié)小結(jié)重點(diǎn)要求重點(diǎn)要求 一般要求一般要求 2. 2. 勻晶相圖的分析方法。勻晶相圖的分析方法。2. 2. 杠桿定律及其應(yīng)用。杠桿定律及其應(yīng)用。3. 3. 合金相圖與性能的關(guān)系。合金相圖與性能的關(guān)系。1. 1. 過(guò)冷度的概念，晶粒度的影響因素。過(guò)冷度的概念，晶粒度的影響因素。1. 1. 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。3. 3. F F、A A、CmCm、P P、 Le Le的組織和性能特點(diǎn)。的組織和性能特點(diǎn)。4. 4. F

29、e-FeFe-Fe3 3C C相圖中共晶、共析區(qū)域分析。相圖中共晶、共析區(qū)域分析。5. 5. 鐵碳合金的成分、組織與性能之間的關(guān)系。鐵碳合金的成分、組織與性能之間的關(guān)系。思考題思考題1. 為什么要生產(chǎn)合金？與純金屬相比，合金有哪些優(yōu)越性？2. 固溶體中，溶質(zhì)元素含量增加時(shí)，其晶體結(jié)構(gòu)和性能會(huì)發(fā)生什么變化？3. 試比較共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)的異同點(diǎn)。4. 為什么鑄造合金常選用接近共晶成分的合金，而壓力加工的合金常選用單相固溶體成分的合金? 作作 業(yè)業(yè) 2 2P 9 13week4, Sep 212.2. 1),2),4),11) 1),2),4),11)3.3. 1),2),5) 1),2),5)4

30、.4. 1),2),6),7) 1),2),6),7)5.5. 3),4) 3),4)作作 業(yè)業(yè) 2 2a aP 9 13week5, Sep 282.2. 13)13)3.3. 12),12),13) )4.4. 8),9)8),9) 5.5. 6)6)作作 業(yè)業(yè) 2 2b bP 9 13week7, Oct 122.2. 14) 14) 17) 17)3.3. 14) 14) 17) 17)4.4. 10) 10) 13) 13) 作業(yè)作業(yè)1 1 參考答案參考答案 P 32.2. 1) 1) 同非金屬相比，金屬的主要特性是同非金屬相比，金屬的主要特性是2) 2) 晶體與非晶體結(jié)構(gòu)上的最根本

31、的區(qū)別是晶體與非晶體結(jié)構(gòu)上的最根本的區(qū)別是4) 4) -Fe-Fe的一個(gè)晶胞原子數(shù)為的一個(gè)晶胞原子數(shù)為3.3. 1) 1)晶體中的位錯(cuò)屬于：晶體中的位錯(cuò)屬于：a. a. 體缺陷體缺陷 b. b. 面缺陷面缺陷c. c. 線缺陷線缺陷d. d. 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷( ( P7 P7 ) ) 熱和電的良導(dǎo)體熱和電的良導(dǎo)體 正的電阻溫度系數(shù)正的電阻溫度系數(shù) 不透明、有金屬光澤不透明、有金屬光澤 塑性高、強(qiáng)韌性好塑性高、強(qiáng)韌性好晶體內(nèi)原子排列是有規(guī)則、周期性的。晶體內(nèi)原子排列是有規(guī)則、周期性的。4 4作業(yè)作業(yè)1 1 參考答案參考答案 P44.4. 2) 2) -Fe-Fe、AlAl、CuCu、NiNi、V

32、V、MgMg、ZnZn的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu) 體心立方：體心立方： -Fe-Fe、V V 面心立方：面心立方： AlAl、CuCu、NiNi 密排六方：密排六方： MgMg、ZnZn6) 6) 實(shí)際金屬晶體中存在：實(shí)際金屬晶體中存在：a. a. 點(diǎn)缺陷：點(diǎn)缺陷：點(diǎn)、線、面缺陷，引起晶格畸變。點(diǎn)、線、面缺陷，引起晶格畸變。b. b. 面缺陷：面缺陷：c. c. 線缺陷（位錯(cuò)）：線缺陷（位錯(cuò)）：7) 7) 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化原因固溶強(qiáng)化原因：8) 8) 間隙固溶體：間隙固溶體：形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象溶質(zhì)溶質(zhì)原子引起晶格畸變，使變形抗力增加。原

33、子引起晶格畸變，使變形抗力增加。間隙相：間隙相：晶格類型與溶劑相同晶格類型與溶劑相同晶格類型與任一組元都不相同晶格類型與任一組元都不相同使電阻率和強(qiáng)度增加。使電阻率和強(qiáng)度增加。使塑性、強(qiáng)度增加。使塑性、強(qiáng)度增加。在冷變形時(shí)，使強(qiáng)度增加、塑性降低。在冷變形時(shí)，使強(qiáng)度增加、塑性降低。作業(yè)作業(yè)2 2 參考答案參考答案 P9-102.2. 1) 1) 結(jié)晶過(guò)程是依靠?jī)蓚€(gè)密切聯(lián)系的基本過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它們是：結(jié)晶過(guò)程是依靠?jī)蓚€(gè)密切聯(lián)系的基本過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它們是：2) 2) 當(dāng)對(duì)金屬液體進(jìn)行變質(zhì)處理時(shí)，變質(zhì)劑的作用是當(dāng)對(duì)金屬液體進(jìn)行變質(zhì)處理時(shí)，變質(zhì)劑的作用是形核形核和和晶核長(zhǎng)大晶核長(zhǎng)大4) 4) 過(guò)冷度是指

34、為過(guò)冷度是指為：增加晶核數(shù)量，或阻礙晶粒長(zhǎng)大。增加晶核數(shù)量，或阻礙晶粒長(zhǎng)大。理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度 - - 開始結(jié)晶溫度開始結(jié)晶溫度其表示符號(hào)為：其表示符號(hào)為： T T11) 11) 固溶體的強(qiáng)度和硬度比溶劑：固溶體的強(qiáng)度和硬度比溶劑： 高高3.3. 1) 1) 凡是由液體凝固成固體的過(guò)程都是結(jié)晶過(guò)程。（凡是由液體凝固成固體的過(guò)程都是結(jié)晶過(guò)程。（ ）NoNo2) 2) 室溫下，金屬晶粒越細(xì)，則強(qiáng)度越高、塑性越低。（室溫下，金屬晶粒越細(xì)，則強(qiáng)度越高、塑性越低。（ ）NoNo5) 5) 晶粒度級(jí)數(shù)數(shù)值越大，晶粒越細(xì)。（晶粒度級(jí)數(shù)數(shù)值越大，晶粒越細(xì)。（ ）YesYes6) 6) 固溶體的晶體結(jié)構(gòu)固溶體的晶體結(jié)構(gòu)：a. a. 與溶劑相同與溶劑相同 b. b. 與溶質(zhì)相同與溶質(zhì)相同c. c. 為其它晶格類型為其它晶格類型7) 7) 間隙相的性能特點(diǎn)是：間隙相的性能特點(diǎn)是：a. a. 熔點(diǎn)高、硬度低熔點(diǎn)高、硬度低b. b. 硬度高、熔點(diǎn)低硬度高、熔點(diǎn)低c. c. 硬度高、熔點(diǎn)高硬度高、熔點(diǎn)高2) 2) 為細(xì)化晶粒，可采用：為細(xì)化晶粒，可采用：a. a. 快速澆注快速澆注b. b. 加加變質(zhì)劑變質(zhì)劑c. c. 以砂型代金屬型以砂型代金屬型4.4. 1) 1) 金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻速度越快，其實(shí)際結(jié)晶溫度將金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻速度越快，其實(shí)際結(jié)晶溫度將：a. a. 越高越高b. b. 越低越低