课题二金属的晶体结构铁碳合金组织和相图.pptVIP

课题二 金属的晶体结构、铁碳合金组织和相图 金属材料在不同的使用场合下，所要求的力学性能、物理性能、化学性能以及工艺性能各不相同。虽然都是金属材料，不同成分和不同状态下的性能差异也非常大。造成金属材料性能差异的主要原因是由于金属材料内部结构的不同。 非晶体中的质点，是杂乱无章地堆积在一起，无规则可循。 晶体具有规则的外形。 晶体具有固定的熔点。 晶体具有各向异性。 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 单晶体 晶格空位 置换原子 间隙原子 刃型位错（a） 螺形位错 （b） 1.6 金属的同素异形体 珠光体：P 它是F和Fe3C组成的的机械混合物，平均含碳量0.77 %，存在于727 ℃以下。其性能介于铁素体和渗碳体之间，大体上是两者性能的平均值，故珠光体的强度较高，硬度适中，具有一定塑性。 莱氏体：Ld或Ld′ 1148 ℃ 时从合金液相中同时结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物，用Ld 表示。727℃时奥氏体还将转变为珠光体，所以室温下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成，称为低温莱氏体。性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。 碳的质量分数对缓冷碳钢力学 性能的影响 共析钢(wC= 0.77% )的结晶过程 亚共析钢(0.0218%＜C＜0.77% )结晶过 过共析钢 ( 0.77%＜wC≤ 2.11% )的结晶过程 共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 工业纯铁的结晶过程示意图 * 金属材料的基本知识 钢铁材料 钢（含碳量小于2.11%的铁碳合金） 铸铁（含碳量大于2.11%的铁碳合金） 根据含碳量的不同分为 钢铁材料的生产方式 炼钢 炼铁 钢材生产 钢材种类 型材：圆钢、方钢、扁钢、六角钢、角钢、槽钢、螺纹钢等 板材：中厚钢板、薄钢板、钢带和硅钢片 管材：无缝钢管和焊接钢管（又称有缝钢管） 线材：直径为6～9mm的圆钢和直径在10mm以下的螺纹钢 1.1 晶体及其特点 根据内部原子堆积的情况 固态物质分类 晶体：如纯铝、纯铁、纯铜等 非晶体：玻璃、沥青、松香、石蜡等 晶体中的原子或分子，在三维空间中是按照一定的几何规则作周期性地重复排列。 晶体和非晶体的根本区别 一 金属的晶体结构与结晶 晶体的特点 纯铁晶粒 的内部结 构示意图 1.2 金属的三种常见晶体结构 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 BCC 结构 FCC 结构 CPH 结构 1.3 金属实际的晶体结构 单晶体 多晶体 多晶体 在理想情况下，晶体内部的晶格位向是完全一致的，即晶体的原子是按一定几何规律做周期性排列而成，这种晶体称为单晶体 。 外形不规则，呈颗粒状的小晶体称为晶粒，每个晶粒相当于一个单晶体，其原子排列位向是一致的，而各个晶粒的晶格位向各不相同。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界，晶界上的原子处于过渡的不规则状态，这些由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。 晶核形成 晶核长大 纯铁结晶过程示意图 点缺陷 点缺陷是指长、宽、高尺寸都很小的缺陷。 常见的点缺陷 晶体缺陷 线缺陷 线缺陷是指晶体内沿某一条线，附近原子的排列偏离了完整晶格所形成的线形缺陷区，即发生了“位错”。 常见的线缺陷 面缺陷 面缺陷是在两个方向的尺寸很大，第三个方向的尺寸很小而呈面状的缺陷，主要指晶界和亚晶界。 1.4 合金的晶体结构 基本概念 合金由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法结合成具有金属特性的物质。如黄铜是由铜和锌组成。 组元 简称元，是指组成合金的最基本独立物质。组元通常是纯元素或者稳定的化合物。根据组成合金组元数目的多少，合金可分为二元合金、三元合金或多元合金等。 合金系是指由两个或两个以上组元按照不同比例配制成一系列不同成分的合金。 相是指合金中具有同一的聚集状态、同一的结构和性质的均匀组成部分。 组织是指用肉眼或借助显微镜观察到材料具有独特微观形貌特征的部分。组织反映材料的相组成、相形态、大小和分布状况，它是决定材料最终性能的关键。 固态合金的相结构 合金在熔点以上时各组元都能互相溶解，形成均匀液溶体。固态时由于各组分之间相互作用不同，可能出现两种基本相：固溶体和金属化合物。 固溶体 金属化合物 置换固溶体 间隙固溶体 指由合金中各组元的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。 机械混合物 1.5 金属的结晶 物质由液态冷却转变为固态的过程称为凝固。如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。从内部结构来看，结晶就是原子从不规则的排列（液态）过渡到按照一定的几何形状作有秩序排列（固态）的过程。 结晶的定义 Tn—实际结晶温度 TO—理论结晶温度