(精选)金属工艺学 第2章 铁碳合金课件.pptVIP

* * 第2章 铁碳合金 2.1 金属及合金的晶体结构 2.2 铁碳合金相图及其应用 2.3 常用的金属材料及选用 教学要求：了解金属的晶体结构、晶体缺陷、纯金属的结晶与铸锭及合金的相结构。 本章重点 金属及合金的晶体结构和结晶特点。 铁碳合金的基本组织 二元合金状态图分析 作业： P30: 2.2; 2.7 工 程 材 料 导 论 铁碳合金是最重要的工程材料，钢和铸铁是制造机器设备的主要金属材料，在工业生产中占主导地位。 与其它材料相比，其资源广泛、冶炼方便、价格低廉、性能优越。 金属材料铁碳合金是以铁、碳为主要组元组成的合金。 2 .1 金属及合金的晶体结构 要了解钢和铸铁的本质，首先必须了解纯铁的晶体结构。金属的内部结构和组织状态是决定金属材料性能的一个重要因素。金属在固态下通常都是晶体，了解和掌握金属的晶体结构、结晶过程及其组织特点，是零件设计时合理选材的根本依据。 铁碳合金 凝固：一般非晶体由液态向固态转变的过程 。 结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。 液体 晶体 晶体： 原子排列是有序的，原子在三维空间做规则的、周期性的、重复排列。有一定的熔点和凝固点，性能趋向各向异性 非晶体: 原子排列杂乱无章呈无序状态，没有一定的熔点和凝固点，性能趋向各向同性。 2.1.1 晶体结构及同素异构转变 晶体结构 铁碳合金 2. 金属的结晶：原子由无序状态向有序状态转变的过程。有晶体形成。 1. 三种常见的金属的晶格类型： 体心立方晶格 铁碳合金 面心立方晶格 密排六方晶格 金属的同素异构转变 1538℃ 1394 ℃ 912 ℃ 室温 δ-Fe γ -Fe α- Fe 体心立方 面心立方 体心立方 金属的同素异构转变的慨念 金属在固态下，随着温度的改变其晶体结构发生变化的现象。 金属的同素异构转变的意义 可以用热处理的方法即可通过加热、保温、冷却来改变材料的组织，从而达到改善材料性 能的目的。 铁碳合金 形核：自身晶核、外来晶核 晶核长大方式：树枝状方式 晶界—晶粒间的分界面； 单晶体—结晶方位完全一致的的晶体 多晶体—由多晶粒组成的晶体结构 晶粒粗细对材料力学性能的影响 晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。 细化晶粒的方法 增加冷却速度，增大过冷度； 增加外来晶核; 采用机械、超声波振动、电磁搅拌等； 单晶 多晶 形核 铁碳合金 2.1.3 合 金 的 晶 体 结 构 要点：研究金属材料的加工工艺，必须了解金属及合金的晶体结构和结晶过程。 1 合金的结构——概念 合金：由两种或两种以上的元素通过熔炼后所获得的新的物质仍然　　　　　　　　　　　　　　　　　　　具有金属特性。 组元：组成合金的基本元素。 相： 凡是成分相同、结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 例如：单一的液相 单一的固相 液相、固相两相共存 问题： 水、油混装在一个瓶子里，是几个相？ 将奶粉加开水冲一杯牛奶又是几个相？ 铁碳合金 金属材料的主要性能 金属材料的力学性能（强度，塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度） 金属材料的物理、化学性能 工艺性能 金属的晶格类型 结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。 纯金属的理想（非理想）状态冷却曲线，合金的结晶冷却曲线 金属的结晶过程 晶核长大方式：树枝状方式；晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。细化晶粒的方法？ 金属（铁）的同素异构转变：1538℃ －1394℃ －912℃ －室温 合金：由两种或两种以上的元素通过熔炼后所获得的新的物质仍然具有金属特性。 组元；相 上次课内容回顾 2 合金的结构——固溶体 固溶体： 由两种组元相互溶解后所组成的新的物质仍然保持其中某一组元的晶体结构。 置换固溶体：A组元的原子取代了B组元的原子。 当A、 B两个组元的原子直径相差不大时，两个组元可以以任何比例溶解，形成无限固溶体，反之则为有限固溶体。 间隙固溶体：A组元溶入B组元的的间隙中。只能形成有限固溶体。 例如：C溶入α-Fe或γ-Fe 所形成的铁素体、奥氏体。 铁碳合金 4. 合金的结构——固溶强化 A、B两组元相互溶解后所形成的新的物质既不是A组元的结构，也不是B组元的结构，而是自身的一种独立的结构。 例如： Fe和C所形成的化合物Fe3C，就是一种典型的金属化合物。 3.合金的结构——金属化合物 随着溶质原子的增加，所形成的固溶体的强度、硬度升高的现象。 例如：纯铁与钢的用途 铁碳合金 2.1.4 二元合金状态图 把各合金的结晶开始温度点连接起来，即为液相线；把结晶终了温