工程材料2.1纯金属的结晶(清华出版社-李军编).

1、第二章第二章 金属材料组织和性能的控制金属材料组织和性能的控制第一节第一节 纯金属的结晶纯金属的结晶第二节第二节 合金的结晶合金的结晶第三节第三节 钢的热处理钢的热处理第四节第四节 金属的塑性加工金属的塑性加工第五节第五节 钢的合金化钢的合金化第六节第六节 表面技术表面技术一、纯金属的结晶一、纯金属的结晶二、同素异构转变二、同素异构转变三、细化铸态金属晶粒的措施三、细化铸态金属晶粒的措施四、铸锭的结构四、铸锭的结构五、单晶的制取五、单晶的制取第一节第一节 纯金属的结晶纯金属的结晶3第一节纯金属的结晶第一节纯金属的结晶结晶：结晶：金属从液态转变为固态（晶态）的过程金属从液态转变为固态（晶态）的过

2、程一次结晶：一次结晶：液态液态固体晶态固体晶态二次结晶（重结晶）：二次结晶（重结晶）：固体晶态固体晶态另一种固体晶态另一种固体晶态冶冶4理论结晶温理论结晶温度度开始结晶温度开始结晶温度 1. 1.纯金属结晶的条件纯金属结晶的条件液体金属在结晶时的液体金属在结晶时的温度温度- -时间时间曲线曲线冷却曲线冷却曲线1）热力学条件（）热力学条件（）t tT TT T0 0T Tn n T T = T T0 0 - T- Tn n abcdef纯铜的冷却曲线纯铜的冷却曲线绝大多数纯金属绝大多数纯金属（如铜、铝、银（如铜、铝、银等）的冷却曲线等）的冷却曲线 5nTTT0（3）cd正在结晶正在结晶回升回升结

3、晶时释放的结晶潜热结晶时释放的结晶潜热大于大于向向环境中散失的热量环境中散失的热量（4）de正在结晶正在结晶平台平台结晶时释放的结晶潜热与向环境中散失的热量相等结晶时释放的结晶潜热与向环境中散失的热量相等过冷度过冷度（1） ab液态逐渐冷却液态逐渐冷却（2） bc温度低于理论结晶温度温度低于理论结晶温度 过冷现象过冷现象（5）ef固态逐渐冷却固态逐渐冷却tt孕育期孕育期6l V冷冷越大，过冷度越大，即实际结晶温度越低越大，过冷度越大，即实际结晶温度越低7液、固态金属的自由能液、固态金属的自由能- -温度曲线温度曲线GGGG为什么金属结晶时一定要有过冷度为什么金属结晶时一定要有过冷度（存在过冷现

4、象）（存在过冷现象）？dG=-SdT+VdPdG=-SdT+VdP结晶为等压过程，即结晶为等压过程，即dPdP=0=0dGSdT GdSdT l相的自由能随温度的升高而降低相的自由能随温度的升高而降低l热力学第二定律表明，在等温等压的条件下，物质系统热力学第二定律表明，在等温等压的条件下，物质系统是自发地从自由能高的状态向自由能较低的状态转变。是自发地从自由能高的状态向自由能较低的状态转变。两条曲线交点的温度两条曲线交点的温度T T0 0即为理论结晶温度或熔点。液态金属即为理论结晶温度或熔点。液态金属要结晶，温度必须低于要结晶，温度必须低于T T0 0，也就是说要有一定的过冷度。，也就是说要有

5、一定的过冷度。 8液、固态金属的自由能液、固态金属的自由能- -温度曲线温度曲线GGGGl过冷度过冷度T 越大，结晶的驱动力也越大。越大，结晶的驱动力也越大。 有一定的过冷度l结晶时建立晶体界面消耗能量结晶时建立晶体界面消耗能量Al结晶过程的热力学条件结晶过程的热力学条件G A 即过冷度要足够大即过冷度要足够大l两相的自由能之差两相的自由能之差G成为结成为结晶的驱动力晶的驱动力9n不一定出现过热。不一定出现过热。n熔化时，液相若与汽相接触，当有熔化时，液相若与汽相接触，当有少量液体金属在固相表面形成时，少量液体金属在固相表面形成时，就会很快复盖在整个表面就会很快复盖在整个表面( (液体金液体金

6、属总是润湿同一种固体金属属总是润湿同一种固体金属) )，n表面张力平衡：表面张力平衡：n实验指出实验指出 熔化时表面能之间的关系熔化时表面能之间的关系问题：问题：固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？n说明在熔化时，自由能的变化说明在熔化时，自由能的变化 ( (表面表面)0)0，即，即不存不存在表面能障碍，也就不必过热。在表面能障碍，也就不必过热。实际金属多属于这种情实际金属多属于这种情况。况。n如果固体金属熔化时液相不与汽相接触，则有可能使固如果固体金属熔化时液相不与汽相接触，则有可能使固体金属过热，然而，这在实际上是难以做到的。体金属过热，然而，这在实

7、际上是难以做到的。 10n在液态金属中的微小范围内，存在着紧密接触规则排列的在液态金属中的微小范围内，存在着紧密接触规则排列的原子集团，称为原子集团，称为近程有序近程有序。但在大范围内原子是无序分布。但在大范围内原子是无序分布的。的。n液态金属结构的特点是，液态金属结构的特点是，“远程无序，近程有序远程无序，近程有序”。n在晶体中大范围内的原子却是有序排列的，称为在晶体中大范围内的原子却是有序排列的，称为远程有序远程有序。n不断变化着的近程有序原子集团称为结构起伏，或称为相不断变化着的近程有序原子集团称为结构起伏，或称为相起伏，这是金属结晶重要的结构条件。起伏，这是金属结晶重要的结构条件。n结

8、构起伏的尺寸大小与温度有关，温度越低，结构起伏的结构起伏的尺寸大小与温度有关，温度越低，结构起伏的尺寸愈大。尺寸愈大。凝固时的晶核就是在结构起伏的基础上形成凝固时的晶核就是在结构起伏的基础上形成，故又将其称为故又将其称为“晶胚晶胚”。在液体中的晶胚为形核准备了结。在液体中的晶胚为形核准备了结构上的条件。构上的条件。 2）结构条件（）结构条件（结构起伏结构起伏）112.2.金属的结晶过程：金属的结晶过程：形核形核和和长大长大（1 1）形核形核1 1）自发自发（均匀）（均匀）形核形核：由液体金属本身原子自发形成晶核由液体金属本身原子自发形成晶核2 2）非自发非自发（非均匀）（非均匀）形核形核：依附

9、于杂质而生成晶核依附于杂质而生成晶核实际金属和合金中以实际金属和合金中以非自发形核非自发形核为主为主金属结晶过程示意图金属结晶过程示意图12（2 2）晶核的长大晶核的长大：（：（实质就是原子由液体向固体表面的实质就是原子由液体向固体表面的转移。）转移。） 1 1）平面长大：平面长大：冷却速度较小，冷却速度较小，表面向前平行推移表面向前平行推移长大长大 2 2）树枝状长大：树枝状长大：冷却速度较大，形成冷却速度较大，形成负温度梯度负温度梯度，树枝，树枝 状的形状长大。状的形状长大。 金属结晶示意图金属结晶示意图13金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶平面长大的规则形状晶体平面长大的规

10、则形状晶体 树枝状长大的树枝状晶体树枝状长大的树枝状晶体14一、纯金属的结晶一、纯金属的结晶二、同素异构转变二、同素异构转变三、细化铸态金属晶粒的措施三、细化铸态金属晶粒的措施四、铸锭的结构四、铸锭的结构五、单晶的制取五、单晶的制取第一节第一节 纯金属的结晶纯金属的结晶15二、同素异构转变二、同素异构转变( (二次结晶、重结晶二次结晶、重结晶) )l 同素异构转变：同素异构转变：金金属在固态下随温度属在固态下随温度的改变，由一种晶的改变，由一种晶格转变为另一种晶格转变为另一种晶格的现象。格的现象。纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线 u在固态下只有一种晶体结在固态下只有一种晶体结构，如铝、铜、银（构，

11、如铝、铜、银（FCCFCC）和钨、钼、钒（和钨、钼、钒（BCCBCC）等。）等。u存在两种或两种以上的晶存在两种或两种以上的晶格形式，如铁、钴、钛等。格形式，如铁、钴、钛等。 16三个特殊温度：三个特殊温度：1538 C、1394C、912CbccfccbccFeFeFe 9121394l 固态相变固态相变l形核和长大形核和长大l过冷度较大过冷度较大l 钛、锡、钴、锰等金属也存在钛、锡、钴、锰等金属也存在同素异构转变。同素异构转变。 17一、纯金属的结晶一、纯金属的结晶二、同素异构转变二、同素异构转变三、细化铸态金属晶粒的措施三、细化铸态金属晶粒的措施四、铸锭的结构四、铸锭的结构五、单晶的制取

12、五、单晶的制取第一节第一节 纯金属的结晶纯金属的结晶18三、细化铸态金属晶粒的措施三、细化铸态金属晶粒的措施l 晶粒度晶粒度表示晶粒的表示晶粒的大小，可用晶粒的平大小，可用晶粒的平均面积或平均直径来均面积或平均直径来表示。表示。l晶粒度号晶粒度号越大越大晶粒晶粒越细越细1、晶粒度、晶粒度19细化金属晶粒是提高其金属机械性能的最佳手段之一。细化金属晶粒是提高其金属机械性能的最佳手段之一。比较： 细晶强化 强度、硬度、塑性、韧性 固溶强化 强度、硬度，塑性、韧性2、晶粒度对金属性能的影响、晶粒度对金属性能的影响退火态退火态7030黄铜晶粒尺寸与硬度的关系图黄铜晶粒尺寸与硬度的关系图 在高温下工作的

13、金属材料，晶粒过大或过小都不好。但对于制造电在高温下工作的金属材料，晶粒过大或过小都不好。但对于制造电动机和变压器的硅钢片来说，其晶粒越大性能越好。动机和变压器的硅钢片来说，其晶粒越大性能越好。 20措施：措施：提高液体金属的冷却速度提高液体金属的冷却速度 金属模金属模 超高速急冷技术超高速急冷技术1） 增大过冷度增大过冷度成核速率成核速率N： 个个/(m3s)长大速度长大速度G： m/s实际实际过冷度对成核速率的影响更大过冷度对成核速率的影响更大3、 细化晶粒的措施细化晶粒的措施 比值比值N/G越大，晶粒越细小越大，晶粒越细小212 2）变质处理）变质处理（自发形核和非自发形核）（自发形核和

14、非自发形核）变质处理：变质处理：在液体金属中加入在液体金属中加入孕育剂孕育剂或或变质剂变质剂， 以细化晶粒和改善组织。以细化晶粒和改善组织。变质剂（孕育剂）变质剂（孕育剂）形核剂形核剂长大抑制剂长大抑制剂作用：作用：增加晶核的数量增加晶核的数量或者或者阻碍晶核的长大阻碍晶核的长大例：例： 形核剂：钢水，形核剂：钢水，TiTi、V V、AlAl；铝液体，；铝液体，TiTi、ZrZr 长大抑制剂：铝合金中加入钠盐长大抑制剂：铝合金中加入钠盐223 3）振动）振动机械、超声波，破碎树枝晶，更多的结晶核心机械、超声波，破碎树枝晶，更多的结晶核心4 4）电磁搅拌）电磁搅拌电磁感应，液态金属翻滚，冲断晶枝

15、，增加结晶核心电磁感应，液态金属翻滚，冲断晶枝，增加结晶核心细化晶粒的基本途径：细化晶粒的基本途径：“促进形核、抑制长大促进形核、抑制长大”23一、纯金属的结晶一、纯金属的结晶二、同素异构转变二、同素异构转变三、细化铸态金属晶粒的措施三、细化铸态金属晶粒的措施四、铸锭的结构四、铸锭的结构五、单晶的制取五、单晶的制取第一节第一节 纯金属的结晶纯金属的结晶24四、铸锭的结构四、铸锭的结构l 表层细等轴晶区表层细等轴晶区l 中间柱状晶区中间柱状晶区l 心部粗等轴晶区心部粗等轴晶区25l 铸锭晶粒形状的影响因素铸锭晶粒形状的影响因素柱状晶柱状晶特点：特点：晶质较致密；晶质较致密； 性能有方向性，单向载

16、荷有利；（如性能有方向性，单向载荷有利；（如汽轮机叶片汽轮机叶片） 接触面由于常有非金属夹杂或低熔点杂质而为弱面接触面由于常有非金属夹杂或低熔点杂质而为弱面等轴晶等轴晶没有弱面，晶枝彼此嵌入，结合较牢，性能均匀，没有弱面，晶枝彼此嵌入，结合较牢，性能均匀，无方向性，是一般情况下无方向性，是一般情况下金属特别是钢铁铸件所要求的结构金属特别是钢铁铸件所要求的结构。加热温度高、冷速大、铸造温度高和浇注速度大，有利于在铸锭或加热温度高、冷速大、铸造温度高和浇注速度大，有利于在铸锭或铸件的截面上保持较大的温度梯度，获得较发达的柱状晶。铸件的截面上保持较大的温度梯度，获得较发达的柱状晶。铸造温度低，冷速小

17、，利于截面温度的均匀化，促进等轴晶的形成。铸造温度低，冷速小，利于截面温度的均匀化，促进等轴晶的形成。26l 铸锭的缺陷铸锭的缺陷1 1）缩孔缩孔（集中缩孔）（集中缩孔）-最后凝固的地方最后凝固的地方2 2）疏松疏松（分散缩孔）（分散缩孔）-枝晶间和枝晶内枝晶间和枝晶内3 3）气孔气孔（皮下气孔）（皮下气孔）27四、铸锭的结构四、铸锭的结构单晶是电子元件中非常重要的原料。根据结晶理单晶是电子元件中非常重要的原料。根据结晶理论，制备单晶的基本要求是液体结晶是只存在一论，制备单晶的基本要求是液体结晶是只存在一个晶核，要防止另外形核。主要采用下列两种方个晶核，要防止另外形核。主要采用下列两种方法：法

18、：1、尖端形核法、尖端形核法将原料放入尖底圆柱形坩埚加热熔化，让坩埚缓慢将原料放入尖底圆柱形坩埚加热熔化，让坩埚缓慢下降入冷却区，底部尖端液体首先达到过冷态，形下降入冷却区，底部尖端液体首先达到过冷态，形成一个晶核，随着坩埚不断下降，这个晶核逐渐长成一个晶核，随着坩埚不断下降，这个晶核逐渐长大并获得单晶。大并获得单晶。2、将坩埚中原料加热熔化，将籽晶夹在一个杆上，、将坩埚中原料加热熔化，将籽晶夹在一个杆上，让籽晶与熔体接触，不断缓慢旋转并拉出，形成一让籽晶与熔体接触，不断缓慢旋转并拉出，形成一个单晶。个单晶。28第二节第二节 合金的结晶合金的结晶2.2.1 二元合金的结晶二元合金的结晶2.2.

19、2 铁碳合金的结晶铁碳合金的结晶29第二节第二节 合金的结晶合金的结晶 纯金属：状态（相）纯金属：状态（相）温度温度 合金：状态（相）合金：状态（相）温度、成分温度、成分Cu-NiCu-Ni合金相图合金相图l 相图（状态图、平衡图）相图（状态图、平衡图）：表：表示合金系中合金的状态与示合金系中合金的状态与温度、温度、成分成分间的关系的图解。间的关系的图解。用途用途1 1：不同成分的合金在不同温不同成分的合金在不同温度下所存在的状态，包括存在度下所存在的状态，包括存在哪些相、相的成分及相对含量。哪些相、相的成分及相对含量。用途用途2 2：在缓慢加热或冷却过程中，：在缓慢加热或冷却过程中，不同成分

20、的合金会发生那些相不同成分的合金会发生那些相的转变。的转变。30杠杆定律杠杆定律CuNiNi%T,C2040608010010831455L L+ 2ba1b1c11. 1. 在两相区内，对在两相区内，对应每一确定的温度，应每一确定的温度，两相的成分是确定的。两相的成分是确定的。2. 2. 随着温度的降低，随着温度的降低，两相的成分分别沿液两相的成分分别沿液相线和固相线变化。相线和固相线变化。杠杆定律：在两相区内，对杠杆定律：在两相区内，对应每一确定的温度，成分确应每一确定的温度，成分确定的合金中两相质量的比值定的合金中两相质量的比值是确定的。即是确定的。即QL/Q =b1c1/a1b1杠杆定

21、律推论：在两杠杆定律推论：在两相区内，对应温度相区内，对应温度T1时两相在合金时两相在合金b中的相中的相对质量各为对质量各为QL/QH=b1c1/a1c1Q /QH=a1b1/a1c1=1- QL/QHb2a2c231acabQQacbcLQQL)(;)(合金合金杠杆定律的适用范围：杠杆定律的适用范围：（1 1）只适用于相图中的两相区；）只适用于相图中的两相区；（2 2）只能在平衡状态下使用）只能在平衡状态下使用（3 3）支点为合金的成分点，两个端点为给定温度时两）支点为合金的成分点，两个端点为给定温度时两相的成分相的成分杠杆定律是计算杠杆定律是计算合金平衡组织中合金平衡组织中的组成相或组织的

22、组成相或组织组成物的质量分组成物的质量分数的重要工具。数的重要工具。应当熟练掌握和应当熟练掌握和运用。运用。 32例：将例：将20kg20kg纯铜与纯铜与30kg30kg纯镍熔化后慢冷至如图温度纯镍熔化后慢冷至如图温度T T1 1, ,求此时求此时: :1)1)两相的成分两相的成分; ;2)2)两相的重量比两相的重量比; ;3)3)两相的相对重量两相的相对重量; ;4)4)两相的重量。两相的重量。L, 50%Ni; , 80%Ni1:250606080/L%3 .3350805060)(%7 .6650806080)(LkgkgL7 .1650%3 .334 .3350%7 .66重量重量33

23、根据结晶过程中出现的不同类型的结晶反应，可把结晶过根据结晶过程中出现的不同类型的结晶反应，可把结晶过程分为发生程分为发生匀晶反应、共晶反应、包晶反应、共析反应匀晶反应、共晶反应、包晶反应、共析反应的的合金的结晶和合金的结晶和含有稳定化合物的合金的结晶含有稳定化合物的合金的结晶Cu-NiCu-Ni合金相图合金相图 123X134PbSnT, CL + L + L + 183cedl 铅-锡合金共晶相图 12X2123X3 123X1412 3X41234X5abfgSn%c1e135l 铂-银合金包晶相图PtAgAg%T, CL + L + L + cedfgab 123X1 123X2 123

24、X3 123X44 123X5436l 共析相图ABT, C + + + cedL + L 123X1456123X24 123X345123X445123X545637l 含有稳定化合物的相图 38铁碳合金相图铁碳合金相图l 铁碳合金铁碳合金（Iron-carbon Alloy）以铁和碳为基本组元的合金。以铁和碳为基本组元的合金。l 铁碳合金类别铁碳合金类别l 碳在铁碳合金中的存在形式碳在铁碳合金中的存在形式 C C溶入溶入FeFe的晶格间隙中形成间隙固溶体（铁素体、奥氏体）。的晶格间隙中形成间隙固溶体（铁素体、奥氏体）。 C C与与FeFe作用形成化合物（作用形成化合物（FeFe3 3C

25、C、FeFe2 2C C、FeCFeC）。）。 以游离态（石墨）存在。以游离态（石墨）存在。当当C C主要以主要以FeFe3 3C C形式存在时，铁碳合金的组成相就是形式存在时，铁碳合金的组成相就是FeFe和和FeFe3 3C C。本节讨论的铁碳相图即为本节讨论的铁碳相图即为Fe-FeFe-Fe3 3C C相图。相图。碳钢碳钢（Carbon Steel）（wC%2.11%）铸铁铸铁（Cast Iron）（wC%2.11%）铁碳合金铁碳合金3940 1.1. 定义：定义：碳溶解在体心立方晶格的碳溶解在体心立方晶格的 -Fe中形成的间隙固溶体。中形成的间隙固溶体。 相相的最大溶碳量（的最大溶碳量（

26、727727 C C时时）为）为0.0218%0.0218%，室温溶碳量为，室温溶碳量为0.0008%0.0008%。性能：性能：强度和硬度低，塑性和韧性高。强度和硬度低，塑性和韧性高。铁碳合金中的基本固相铁碳合金中的基本固相 2. 2. 定义：定义：碳溶解在面心立方晶格的碳溶解在面心立方晶格的 -FeFe中形成的间隙固溶体。中形成的间隙固溶体。 相相的最大溶碳量为的最大溶碳量为2.11%2.11%。 性能：性能：强度和硬度较低，塑性和韧性高。强度和硬度较低，塑性和韧性高。3 3. 定义：定义：碳溶解在体心立方晶格的碳溶解在体心立方晶格的 -Fe中形成的间隙固溶体。中形成的间隙固溶体。 的最大

27、溶碳量为的最大溶碳量为0.09%0.09%。4.4.Fe3C 定义：定义：碳和铁相互作用形成的化合物。碳和铁相互作用形成的化合物。 性能：性能：熔点高，硬度高，脆性大，塑性几乎为零。熔点高，硬度高，脆性大，塑性几乎为零。411 1）.Fe-Fe.Fe-Fe3 3C C相图中的重要点相图中的重要点J: 包晶点包晶点 w(c)=0.17% 在该点发生包晶反应在该点发生包晶反应H: 碳在碳在 -Fe中的最大溶解度，中的最大溶解度，w(c)=0.09%C: 共晶点共晶点 w(c)=4.3% 在该点发生共晶反应在该点发生共晶反应E: 碳在碳在 -Fe 中的最大溶解度，中的最大溶解度，w(c)=2.11%

28、S: 共析点共析点 w(c)=0.77%在该点发生共析反应在该点发生共析反应P：碳在：碳在 -Fe 中的最大溶解度，中的最大溶解度，w(c)=0.0218%铁碳合金相图中的重要点、线和区铁碳合金相图中的重要点、线和区L L0.530.53 0.090.09 0.170.1714951495 C CL L4.34.3 2.112.11 FeFe3 3C C11481148 C C 0.770.77 0.02180.0218 FeFe3 3C C727727 C C422）.Fe-Fe3C相图中的重要线相图中的重要线l 液、固相线液、固相线液相线：液相线：ABCDABCD；固相线：；固相线：AHJ

29、ECFAHJECFl 三条水平线三条水平线HJBHJB线：包晶线（线：包晶线（14951495 C C） 包晶反应：包晶反应：ECFECF线：共晶线（线：共晶线（11481148 C C） 共晶反应：共晶反应：PSKPSK线：共析线（线：共析线（727727 C C），又标记为），又标记为A A1 1线线 共析反应：共析反应：L L4.34.3 2.112.11 FeFe3 3C C11481148 C C 0.770.77 0.02180.0218 FeFe3 3C C727727 C CL L0.530.53 0.090.09 0.170.1714951495 C C43l 三条固态转变线

30、三条固态转变线GSGS线：冷却时线：冷却时 转变为转变为 的的临界温度线，或加热时临界温度线，或加热时 全部转变为全部转变为 的的 临界温度线，又标记为临界温度线，又标记为A A3 3线。线。ESES线：碳在线：碳在 中的固溶度曲线，中的固溶度曲线，又标记为又标记为A Acmcm线。线。PQPQ线：碳在铁素体（线：碳在铁素体（ ）中的固溶度曲线。）中的固溶度曲线。3）.Fe-Fe3C相图中的重要区相图中的重要区5 5个单相区：个单相区： L L、 、 、 、FeFe3 3C C；7 7个两相区：个两相区：L L 、L L 、 、L LFeFe3 3C C、 、 FeFe3 3C C、 FeFe

31、3 3C C；3 3三相区：三相区：L L 、L L FeFe3 3C C、 FeFe3 3C C，即三条水平线。即三条水平线。 F Fe e3 3C C F Fe e3 3C C44 1）铁素体）铁素体 F 由由 形成的组织。形成的组织。 2）奥氏体）奥氏体 A 由由 形成的组织。形成的组织。 3）莱氏体）莱氏体 Le 共晶反应的产物形成的组织，共晶反应的产物形成的组织， 由由A和共晶渗碳体组成，形态：块状或粒状和共晶渗碳体组成，形态：块状或粒状A分布在共分布在共 晶渗碳体基体上。晶渗碳体基体上。 4）珠光体）珠光体 P 共析反应的产物形成的组织共析反应的产物形成的组织 由由F与共析渗碳体组

32、成，形态：片层状，片层状的共与共析渗碳体组成，形态：片层状，片层状的共 析渗碳体分布在铁素体基体上。析渗碳体分布在铁素体基体上。 L L4.34.3 2.112.11 FeFe3 3C C11481148 C C 0.770.77 0.02180.0218 FeFe3 3C C727727 C C铁碳合金相图中的组织铁碳合金相图中的组织455 5）五种形态不同的渗碳体）五种形态不同的渗碳体l 一次渗碳体一次渗碳体（F Fe e3 3C C）从液相中析出的渗碳体，呈粗大片条状。从液相中析出的渗碳体，呈粗大片条状。l 共晶渗碳体共晶渗碳体共晶反应中生成的渗碳体，为合金基体。共晶反应中生成的渗碳体，

33、为合金基体。l 二次渗碳体二次渗碳体（F Fe e3 3C C）从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状。从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状。l 共析渗碳体共析渗碳体共析反应中生成的渗碳体，呈层片状。共析反应中生成的渗碳体，呈层片状。l 三次渗碳体三次渗碳体（F Fe e3 3C C）从铁素体中析出的渗碳体，呈短条状。从铁素体中析出的渗碳体，呈短条状。特别说明：特别说明：5 5种种F Fe e3 3C C除对铁碳合金性除对铁碳合金性能有不同影响外，本质能有不同影响外，本质上并无不同，都是同一上并无不同，都是同一种相，只是显微组织特种相，只是显微组织特征不同而已。征不同而已。46LL+ L+Fe3C +Fe3

34、C +Fe3C + L+ + Fe3C (0.09)(0.53)(0.17)(0.77)(0.0218)(2.11)(4.3)1495 C1148 C727 C1538 C1227 C1394 C912 C 典型铁碳合金的平衡结晶过程分析典型铁碳合金的平衡结晶过程分析亚共晶白口铸铁（亚共晶白口铸铁（wC% %2.11%2.11%4.3%4.3%）过共晶白口铸铁（过共晶白口铸铁（wC% %4.3%4.3%6.69 % %）工业纯铁（工业纯铁（wC% %0.0218%0.0218%）共析钢（共析钢（wC% %0.77%0.77%）亚共析钢铁（亚共析钢铁（wC% %0.0218%0.0218%0.7

35、7%0.77%）过共析钢（过共析钢（wC% %0.77%0.77%2.11%2.11%）共晶白口铸铁（共晶白口铸铁（wC% %4.3%4.3%）471.1.合金合金：工业纯铁：工业纯铁（Commercially Pure Iron） （wC% %0.0218%0.0218%）12工业纯铁结晶过程示意图工业纯铁结晶过程示意图3456748FFe3C工业纯铁（工业纯铁（wC 0.0218%）的室温组织）的室温组织FFe3C492.2.合金合金：共析钢：共析钢（Eutectoid Steel） （wC% %0.77%0.77%）1234共析钢结晶过程示意图共析钢结晶过程示意图342350共析钢（共析

36、钢（wC= 0.77%）的室温组织）的室温组织PFFe3CP51FFe3CP共析钢（共析钢（wC= 0.77%）的室温组织）的室温组织P523.3.合金合金：亚共析钢：亚共析钢（Hypoeutectoid Steel） （wC% %0.0218%0.0218%0.77%0.77%）1234亚共析钢结晶过程示意图亚共析钢结晶过程示意图545663453亚共析钢（亚共析钢（wC= 0.0218% 0.77%）的室温组织）的室温组织FPFP54亚共析钢的室温组织亚共析钢的室温组织wC% %0.2%0.2%的亚共析钢的亚共析钢wC% %0.4%0.4%的亚共析钢的亚共析钢wC% %0.6%0.6%的亚

37、共析钢的亚共析钢55过共析钢结晶过程示意图过共析钢结晶过程示意图4.4.合金合金：过共析钢：过共析钢（Hypereutectoid Steel） （wC% %0.77%0.77%2.11%2.11%）123454523356过共析钢（过共析钢（wC= 0.77 2.11%）的室温组织）的室温组织P Fe3CFe3CP575.5.合金合金：共晶白口铸铁：共晶白口铸铁（Eutectic White Cast Iron） （wC% %4.34.3）123共晶白口铸铁结晶过程示意图共晶白口铸铁结晶过程示意图1223dLd这里的这里的L Ld d是由是由A A 和和FeFe3 3C C共晶共晶组成的机械

38、混合物组成的机械混合物保留了高温下保留了高温下L Le e的形态特征但的形态特征但已发生组织转变的机械混合物，已发生组织转变的机械混合物，由由P P 和和FeFe3 3C CII II+Fe+Fe3 3C C共晶共晶组成，组成，称为称为变态莱氏体变态莱氏体或或低温莱氏体，低温莱氏体，记为记为LeLeLe58共晶白口铸铁（共晶白口铸铁（wC= 4.3%）的室温组织）的室温组织Le Fe3CPLe596.6.合金合金：亚共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁（Hypoeutectic White Cast Iron） （wC% %2.11%2.11%4.3%4.3%）1234过共晶白口铸铁结晶过程示意图过共

39、晶白口铸铁结晶过程示意图60亚共晶白口铸铁（亚共晶白口铸铁（wC= 2.11% 4.3%）的室温组织）的室温组织P Fe3CII Le Fe3CPLe617.7.合金合金：过共晶白口铸铁：过共晶白口铸铁（Hypereutectic White Cast Iron） （wC% %2.11%2.11%4.3%4.3%）1234过共晶白口铸铁的结晶过程过共晶白口铸铁的结晶过程与亚共晶白口铸铁类似，只是与亚共晶白口铸铁类似，只是先共晶相为一次渗碳体。先共晶相为一次渗碳体。62过共晶白口铸铁（过共晶白口铸铁（wC= 4.3% 6.69%）的室温组织）的室温组织Fe3C Le Fe3CLe63 铁碳合金平衡结晶后的室温组织：铁碳合金平衡结晶后的室温组织： 合金合金（工业纯铁）（工业纯铁）结晶完成后的室温组织：结晶完成后的室温组织： Fe3C 合金合金（共析钢）（共析钢）结晶完成后的室温组织：结晶完成后的室温组织：P 合金合金（亚共析钢）（亚共析钢）结晶完成后的室温组织：结晶完成后