任务11金属材料铁碳合金状态图分析与应用

1、项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用你知道吗固体有晶体和非晶体之分？ 具有正的电阻温度系数、导电性和导热性、延展性和金属光泽。 固体: 晶体和非晶体。 绝大多数金属与合金都是晶体。 晶体：原子在空间呈有规则的周期性重复排列。1.1金属的结构与结晶项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用晶体的原子、离子、分子等质点是晶体的原子、离子、分子等质点是 规则排列规则排列，而，而非晶体非晶体中这些质点是中这些质点是无规则无规则堆积在一起的。堆积在一起的。

2、晶体非晶体：非晶体：蜂蜡、玻璃等 晶体与非晶体最本质的区别项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用天然天然晶体晶体具有具有外形外形和宏和宏观对观对称性称性项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用晶体具有各向异性晶体具有各向异性项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用如铁的熔点为1538 ，铜的熔点为1083 。晶体具有明显、固定的熔点熔点。项目一项目一 金属材料与热处理金属材

3、料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用一、金属的晶体结构一、金属的晶体结构1 1 晶格与晶胞晶格与晶胞金属是晶体，金属是晶体，晶体学理论晶体学理论研究金属的内部结构研究金属的内部结构。 理想晶体中，原子理想晶体中，原子规则排列规则排列，原子在空间原子在空间周期性地重复周期性地重复，每个，每个原子具有相同的环境。原子具有相同的环境。 假设：假设：原子、原子、离子等离子等为固定为固定不动的不动的刚性小球刚性小球；将原子、离子将原子、离子等抽象为几何的点。等抽象为几何的点。 用假想的平行直线将所有质点的中心连起来，构成用假想的平行直线将所有质点的中心连起来，构

4、成一个三维的几何格架一个三维的几何格架晶格。晶格。 晶胞：从晶格中取出一个最基本的几何单元来表达晶胞：从晶格中取出一个最基本的几何单元来表达晶体中原子排列特征。晶体中原子排列特征。项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用（1 1）体心立方晶格）体心立方晶格原子分布：立方体8个，体心1个 Fe、Cr、V、W、Mo等。 2 2常见金属的晶格类型常见金属的晶格类型（2 2）面心立方晶格）面心立方晶格Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。 （3 3）密排六方晶格）密排六方晶格原子分布：简单六方晶体12个，上下两个面心各1个

5、，体中心：3个原子。Mg、Zn、Be、Cd、-Ti等。 原子分布：立方体8个，6个面心1个 项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用晶粒晶界（1 1）多晶体）多晶体 3 3 实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用点点缺缺陷线线缺缺陷ABEHGF面面缺缺陷（2 2）晶体缺陷）晶体缺陷晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷点缺陷。项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析

6、及应用铁碳合金状态图的分析及应用二、金属的结晶过程二、金属的结晶过程 金属由原子不规则排列的液体转变金属由原子不规则排列的液体转变为原子规则排列的固体的过程称为结晶。为原子规则排列的固体的过程称为结晶。1. 结晶结晶项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用2.金属的结晶过程金属的结晶过程结晶时晶体在液体中从无到有结晶时晶体在液体中从无到有（晶核（晶核形成）形成），由小变大，由小变大（晶核长大）（晶核长大）的过程，的过程，同时存在同时进行。同时存在同时进行。项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳

7、合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用晶粒越细晶粒越细塑性、韧性越好；塑性、韧性越好；强度、硬度越高强度、硬度越高 T对晶核的影响对晶核的影响 细化晶粒的方法细化晶粒的方法3 3晶粒的大小及控制晶粒的大小及控制1）提高冷却速度，增加过冷度）提高冷却速度，增加过冷度（小及简单铸件）（小及简单铸件）2）变质处理（大铸件）变质处理（大铸件）3）附加振动）附加振动机械

8、、超声波、电磁振荡等机械、超声波、电磁振荡等项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用金属具有两种或两种以金属具有两种或两种以上的晶体结构称为上的晶体结构称为“同素异同素异构性构性”，这种金属的晶体结，这种金属的晶体结构随温度的变化而改变的现构随温度的变化而改变的现象称为象称为“同素异构转变同素异构转变”。FeFe、CoCo、SnSn、MnMn等元素等元素，同一金属的同素异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母、等表示。结论：结论：正是由于铁能够正是由于铁能够发生同素异构转变，生产中发生同素异构转变，生产中才

9、有可能对钢和铸铁进行各才有可能对钢和铸铁进行各种热处理来改变其组织和性种热处理来改变其组织和性能。能。三、纯铁的同素异构转变三、纯铁的同素异构转变1394 9121394 912-Fe - Fe -Fe - Fe Fe Fe 体心体心 面心面心 体心体心项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用16（一）基本概念（一）基本概念 1.1.合金：合金：由两种或两种以上金属元素或金属元素由两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的物质。与非金属元素组成的具有金属性质的物质。 2. 2. 组元：组元：组成合金

10、的最基本的独立物质称为组组成合金的最基本的独立物质称为组元，简称元。元，简称元。 3. 3.合金系合金系 ：由二个或二个以上组元按不同比例由二个或二个以上组元按不同比例配制成一系列不同成分的合金。配制成一系列不同成分的合金。 4.4.组织组织 ：用肉眼或借助显微镜观察到材料具有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称为组织。独特微观形貌特征的部分称为组织。 5. 5. 相：相：在金属组织中化学成分、晶体结构和物在金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分称为相。理性能相同的组分称为相。四、铁碳合金的基本组织四、铁碳合金的基本组织 项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热

11、处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用（二）合金的组织（二）合金的组织 置换固溶体置换固溶体融入了溶质原子，融入了溶质原子，造成晶格的畸变，造成晶格的畸变，硬度、强度增加，硬度、强度增加，发生发生固溶强化固溶强化。溶剂原子溶质原子间隙固溶体间隙固溶体1.固溶体固溶体 合金由液态结晶为固态时，一组元的晶格中溶入另一种或多种其他组元而形成的均匀相称为固溶体。与固溶体晶格相同的组元为溶剂；另一组元为溶质。铁素体：铁素体：C在在-Fe的间隙固溶体的间隙固溶体 强度差、强度差、硬度低、塑性好硬度低、塑性好奥氏体：奥氏体： C在在-Fe的间隙固溶体的间隙固溶体 硬度较低、

12、硬度较低、塑性较高塑性较高溶质原子位于溶剂晶格的某溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体。些结点位置而形成的固溶体。 按溶质原子在溶剂晶格中的位置按溶质原子在溶剂晶格中的位置项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用铁素体铁素体组织金相图奥氏体奥氏体组织金相图项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用渗碳体：渗碳体：C C与与FeFe的化合物的化合物(Fe(Fe3 3C)C) 硬度高、塑性差硬度高、塑性差钢中的渗碳体渗碳体组织金相图2 2金属

13、化合物金属化合物项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用珠光体珠光体P P：F+F+FeFe3 3C C强度、硬度较好、脆性不大强度、硬度较好、脆性不大 3 3机械混合物机械混合物珠光体珠光体组织金相图项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用莱氏体莱氏体Ld: A+Ld: A+FeFe3 3C C硬度很高，塑性很差硬度很高，塑性很差3 3机械混合物机械混合物莱氏体莱氏体组织金相图项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金

14、状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金相图选材：判定材料的性能铸造：确定浇注温度范围Click to add TitleClick to add Title锻压：确定锻造温度范围焊接：判定焊后组织Click to add Title热处理：确定加热温度范围理论实践铁碳合金相图的重要性项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用Fe五、铁碳合金状态图的分析五、铁碳合金状态图的分析项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用Fe - FeFe -

15、 Fe3 3C C 相图的构成相图的构成 8+2个特性点：个特性点：122328条特性线条特性线:22225个单相区个单相区:L、A、F、P、Ld项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用特特性性点点、线线、区区类型%温度意义两个熔点A01538纯铁的熔点D6.691227Fe3C的熔点两个反应点C4.31148共晶反应点S0.77727共晶反应点两个成分点F6.691148共晶反应在上的成分点K6.69727共析反应在上的成分点一个转变点G0912纯铁的同素异构转变点三个溶解度点E2.111148C在A中的最大溶解度点P

16、0.0218727C在F中的最大溶解度点Q0.0060.008600600时C在F中的溶解度主要特性点的意义（主要特性点的意义（8+2）项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用特特性性点点、线线、区区主要特性主要特性线线的意义（的意义（8）类型含义两条相线ACD线液相线（此线以上合金呈液态，冷却至该线合金开始结晶）AECF线固相线两条反应线ECF共晶线， PSK 共析线，A1线， 两条开始析出线GSA3线，A中开始析出F（A、F转变线）ESA中开始析出 （C在 中的溶解度曲线）两条围成F单相区的线GPC在 中的溶解度曲线

17、PQF中开始析出 )(L31148CFeALdc)(A3727CFeFPsCFe3Fe-Fe-CFe3项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用特特性性点点、线线、区区主要特性主要特性相区相区的意义（的意义（5个单相区个单相区） 依据特性点和线的分析，简化Fe-Fe3C状态图主要有五个单相区五个单相区：L、A、F、Ld、Fe3C；其他相区为相邻相区叠加其他相区为相邻相区叠加。项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用Fe - FeFe - Fe3 3C

18、 C 相图的相图的绘制绘制1.先画两条坐标轴：先画两条坐标轴：横轴表示含碳量，纵轴表示温度。2.标出六个成分点：标出六个成分点：0、0.0218、0.77、2.11、4.3、6.69；画出两条温度线：727、1148。3. 找出找出8+2个特性点：个特性点：1（一个熔点：同素异构转变点G）2（两个熔点：纯铁A1538、渗碳体D1227）2（两个反应点：共晶点C、共析点S）3（三个最大溶解度点：E、P、Q）2两个成分点）。4连接连接8条特性线：条特性线：2（两条相线：液相线ACD和固相线AECF）2（两条反应线：共晶ECF和共析PSK）2（两条开始析出线：析出渗碳体ES和析出F的线GS）2（围成

19、F单相区QP和GP） ，形成5个单相区：L、A、P、Ld、Fe3C。5. 填写其他相区填写其他相区：为相邻相区的叠加。项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用Fe - FeFe - Fe3 3C C 相图的相图的绘制绘制 项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用六、铁碳合金的分类六、铁碳合金的分类项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用1.1.含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的

20、影响含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 七、铁碳合金状态图的应用七、铁碳合金状态图的应用项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用1.1.含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 七、铁碳合金状态图的应用七、铁碳合金状态图的应用项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用七、铁碳合金状态图的应用七、铁碳合金状态图的应用2.2.铁碳合金状态图的应用铁碳合金状态图的应用 项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用七、铁碳合金状态图的应用七、铁碳合金状态图的应用2.2.铁碳合金状态图的应用铁碳合金状态图的应用 项目一项目一 金属材料与热处理金属材料与热处理任务任务1 1 铁碳合金状态图的分析及应用铁碳合金状态图的分析及应用35典型铁碳合金的结晶过程分析典型铁碳合金的结晶