金属工艺学1.2.ppt

第二章 铁碳合金 什么是铁碳合金？ 以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大于 95%。 学习内容 1.纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 2.铁碳合金的基本组织 3.铁碳合金状态图 4.工业用钢 一、金属的结晶 什么是金属的结晶？ 液态金属冷却凝固转变为固态晶体的过程 结晶的过程可用（温度—时间的曲线）冷却曲线来表示。 水结晶成冰的实验，可以看出晶体结晶存在“过冷”现象。 过冷度 过冷度的大小与冷却速度的关系 结晶过程 结晶过程：形核+长大 晶核的长大：树枝状长大 晶粒大小及控制 晶粒——每个晶核长成的晶体称为晶粒。 晶粒大小对金属机械性能有较大的影响，在常温下工作的金属，其强度、硬度、塑性和韧性，一般是随晶粒细化而有所提高的。 影响晶粒大小的因素有哪些？ 形核率N (晶核数/s·cm3) 长大速度G (cm/s) 晶粒大小的控制 （1）增大过冷度 ；（2）变质处理；（3）振动 1）过冷度的影响 冷却速度愈大，过冷度愈大。 实线部分，随着ΔT的增大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加的快，晶粒愈细。 2）变质处理 在液态金属结晶前，特意加入某些合金，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 （3）振动 对正在结晶的金属施以机械振动、超声波振动和电磁振动，均可使树枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒细化。 二、 纯铁的晶体结构 晶体中原子在空间的排列 ，可用晶格来表示。 晶格中一个最基本的几何单元叫晶胞。 根据对晶胞的分析，最常见的晶格类型有体心立方晶格 、面心立方晶 格、密排六方晶格 。 纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种。 纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种。 密排六方结构 十二个金属原子分布在六方体的十二个角上,?在上下底面的中心各分布一个原子,?上下底面之间均匀分布三个原子。具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。????????????? 密排六方晶胞的特征：??? ①晶格常数：用底面正六边形的边长a和两底面之间的距离c来表达,?两相邻侧面之间的夹角为120°,?侧面与底面之间的夹角为90°。? ? ②晶胞原子数：???????????? ??? ??③原子半径：??? ??④致密度：0.74 (74%) ??⑤空隙半径： ??? 四面体空隙(a),其半径为:??r四=0.225r原子 ?八面体空隙(b),?其半径为:?r八=0.414r原子 三、 纯铁同素异晶转变 液态铁缓慢冷却到熔点左右经过第一次结晶后，到室温的过程中，晶格类型将发生改变。这种随着温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象，称为同素异晶转变。 γ-Fe 转变为α-Fe 时，金属的体积将膨胀 γ-Fe中原子排列比α-Fe中紧密 在各种工程材料看不见的微观结构中，有无穷的奥秘，如何发挥材料的各种性能，是一项重要的课题。 第二节 铁碳合金的基本组织 基本概念：合金、组元、相、组织 将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。 组成合金的最基本的、独立的物质称为组元，通常是指组成该合金的元素或某些化合物，根据合金组元数目的多少，把合金分为二元合金、三元合金和多元合金。如：铁碳合金就是由铁和碳二组元组成的二元合金。 相是指在合金中，凡成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分。 在显微镜下能观察到的金属和合金的微观形貌、图象称为组织，合金又可分为不同的组织。 铁碳合金的基本组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型。 一、固溶体 某些合金的组元在固态时，具有一定的互相溶解能力。 溶质原子溶入溶剂晶格中，而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体，称固溶体。 在固溶体中保持其原晶体结构的组元（元素）—溶剂，其余的组元（元素）—溶质 根据溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同，固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两类。 间隙固溶体和置换固溶体 1、铁素体（F） Ferrous 铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体(体心立方)。 由于α-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218%（727℃）所以是几乎不含碳的纯铁。 具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度却较低。它在770℃以下具有磁性。 性能： σb =180～230MPa HB=50～80 δ=30～50% φ=70～