材料组织课件

第2章工程材料的组织结构2.12.22.3纯金属的晶体结构与结晶非金属材料的结构简介合金的晶体结构与结晶第2章工程材料的组织结构2.12.22.3纯金属的晶1学习目的:

通过本章的学习，了解常用材料的组织结构，理解和掌握铁碳合金相图的内容与应用。本章重点内容:1.金属的结晶条件、规律及控制2.铁碳合金的基本组织3.铁碳合金相图的内容与意义与应用学习目的:本章重点内容:1.金属的结晶条件、规律及控制22.1.12.1纯金属的晶体结构与结晶晶体：材料的原子(离子、分子)在三维空间呈规则的周期性排列的物体。如金刚石、水晶、金属等。非晶体：材料的原子(离子、分子)在三维空间无规则排列的物体。如松香、石蜡、玻璃等。晶体结构—晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式。

晶格—假设通过原子结点的中心划出许多空间直线所形成的空间格架。晶胞—能反映晶格特征的最小组成单元。晶格常数—晶胞的三个棱边的长度a,b,c。第2章金属的晶体结构纯金属的晶体结构与结晶1.基本概念2.112.1.12.1纯金属的晶体结构与结晶晶体：材料的原子(离32常见的金属晶体结构

（1）体心立方晶格有：钼(Mo)、钨、钒、铬、铌、α-Fe等。（2）面心立方晶格（3）密排六方晶胞有：铝、铜、镍、金、银、γ-Fe等。有：镁、镉(Cd)、锌、铍(Be)等。2.1.1金属的晶体结构第2章22常见的金属晶体结构（1）体心立方晶格有：钼(Mo)、42.1.2实际金属的晶体结构1.多晶体结构晶粒晶界位向各向同性2.1.2实际金属的晶体结构3第2章2.1.2实际金属的晶体结构1.多晶体结构晶粒晶界位向各向同52.1.2实际金属的晶体结构2.实际金属中的晶体缺陷(1)点缺陷—三维尺度上都很小，不超过几个原子直径的缺陷。①空位①空位②间隙原子②间隙原子(2)线缺陷—二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷。①刃型位错②螺型位错①刃型位错(3)面缺陷—二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。①晶界②亚晶界

晶界4第2章2.1.2实际金属的晶体结构2.实际金属中的晶体缺陷(1)6※金属晶体缺陷的影响？

点缺陷--造成局部晶格畸变,使金属的电阻率;屈服强度增加,密度发生变化。

线缺陷--形成位错对金属的机械性能影响很大，位错极少时，金属强度很高，位错密度越大，金属强度也会提高。

面缺陷--晶界和亚晶界越多，晶粒越细，金属强度越高。金属塑性变形的能力越大，塑性越好。2.1.2实际金属的晶体结构第2章5※金属晶体缺陷的影响？点缺陷--造成局部晶格畸变,使金72.1.3纯金属的结晶

第2章6液态L→固态S

S可以是非晶体。一种原子排列状态过渡为另一种原子规则排列状态(晶态)的转变过程。一L→S晶态S→S晶态（1）冷却曲线与过冷度液态金属在结晶时的温度——时间曲线一次结晶二次结晶凝固结晶2.1.3纯金属的结晶1.金属结晶的基本规律2.1.3纯金属的结晶8过冷度——理论结晶温度和实际结晶温度之差。

ΔT=

T0－T1

冷却速度越快，过冷度越大过冷—液态金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度的现象。2.1.3纯金属的结晶

第2章7只有当液体的过冷度达到一定的大小，结晶过程才能开始进行—过冷是金属结晶的必要条件。过冷度——理论结晶温度ΔT=T0－T1冷却速度越快，9(2)结晶的一般过程2.1.3纯金属的结晶

第2章8(2)结晶的一般过程2.1.3纯金属的结晶10①形核——自发形核非自发形核②长大树枝状长大结晶过程2.1.3纯金属的结晶

第2章9平面长大①形核——自发形核②长大树枝状长大112.1.3纯金属的结晶

第2章10(1)晶粒度单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度(或直径)。(3)过冷度对形核一长大的影响过冷度ΔT提高，N提高、G提高过冷ΔT太高，N降低、G降低(2)晶粒大小对力学性能的影响晶粒越细，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好1.金属结晶后的晶粒大小2.1.3纯金属的结晶122.1.3纯金属的结晶

第2章11(4)晶粒大小的控制①提高过冷度②变质处理在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心，以细化晶粒和改善组织。③振动、搅拌等2.1.3纯金属的结晶13

2.2合金的晶体结构与结晶

合金的晶体结构与结晶12合金的相结构2.22.2.11.基本概念合金

组元合金系相组织第2章2.2合金的晶体结构与结晶14(1)合金

由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有金属特性的物质。

普通黄铜：Cu+Zn

45钢:

铁碳合金

2.2.1合金的相结构第2章13合金除具备纯金属的基本特性外，还可以拥有纯金属所不能达到的一系列机械特性与理化特性,如高强度、高硬度、高耐磨性、强磁性、耐蚀性等。(1)合金2.2.1合金15(2)组元

组元可以是金属、非金属或稳定化合物。组成合金的独立的，最基本的单元2.2.1合金的相结构第2章14(3)合金系

若干给定组元，以不同配比，配制出的一系列不同成分、不同性能的合金(2)组元组元可以是金属、非金属或稳16(4)相在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相的。铁在同素异构转变过程中，会出现相的变化。纯铁是单相的，而钢一般是双相或是多相的。固态白铜(铜与镍二元合金)是单相的。合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。在物质中，凡是成分相同，结构相同并与其他部分以界面分开的均匀组成部分，称为相。2.2.1合金的相结构第2章15(4)相在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相的。17(5)组织合金的组织是由数量、大小、形状和分布方式不同的各种相所组成的。不同组织具有不同的性能。由不同组织构成的材料具有不同的性能。同一种钢经过不同的热处理可以获得不同的组织，从而获得不同的性能。45钢经过不同的热处理可以获得珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体等组织。并获得不同的性能。组织是指用肉眼或显微镜等所观察到的材料的微观形貌。2.2.1合金的相结构第2章16(5)组织合金的组织是由数量、大小、形状和分布方式不同的各种18(1)固溶体合金中两组元在液态和固态下都互相溶解，共同形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。固溶体溶剂+溶质一种固相能够保持其原有晶格类型并与固溶体晶格相同的组元称为溶剂。失去原有晶格类型的组元称为溶质，一般在合金中含量较少。2.2.1合金的相结构17第2章2.合金的相结构(1)固溶体合金中两组元在液态和固态下都互相溶解，共同形成一19①固溶体的分类根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶体分为：间隙固溶体和置换固溶体。根据溶质原子在溶剂晶格中分布是否有规律可将固溶体分为：有序固溶体和无序固溶体。根据溶质原子在溶剂晶格中的溶解度可将固溶体分为：有限固溶体和无限固溶体。溶解度：指溶质在固溶体中的极限浓度。2.2.1合金的相结构第2章18①固溶体的分类根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶20间隙固溶体溶质原子进入溶剂晶格中的间隙之中形成的固溶体。置换固溶体溶质原子占据在溶剂晶格的某些结点上，使晶格上的某些溶剂原子被置换而形成的固溶体。间隙固溶体置换固溶体2.2.1合金的相结构第2章19

溶质与溶剂以任何比例都能互溶，固溶度达100％，则称为无限固溶体，否则为有限固溶体。间隙固溶体溶质原子进入溶剂晶格中的间隙之中形成的固溶体。置换21间隙

固溶体溶质原子与溶剂原子直径之比应小于0．59方可。直径较大的原子所组成的晶格，其空隙的尺寸也较大。过渡族元素(溶剂)与尺寸较小的元素C、N、H、B等易形成间隙固溶体。溶质原子在间隙固溶体中的溶解度一般很小,所以间隙固溶体都是有限固溶体。溶质原子将使间隙固溶体发生畸变，其浓度越大，畸变越大。2.2.1合金的相结构第2章20间隙

固溶体溶质原子与溶剂原子直径之比应小于0．59方可。直22置换固溶体无限固溶体一定是置换固溶体。置换固溶体也可以是有限固溶体。两组元晶体结构相同，原子半径和电化学特性接近，则容易形成置换固溶体。无限固溶体形成条件两组元晶体结构相同是必要条件。溶剂原子半径rA与溶质原子半径rB的相对差(rA—rB)\rA小于8%左右时。2.2.1合金的相结构第2章21置换固溶体无限固溶体一定是置换固溶体。置换固溶体也可以是有限23第2章22碳在α－Fe中的间隙固溶体第2章22碳在α－Fe中的间隙固溶体24铜

和

金

形

成

的

置

换

固

溶

体第2章23铜

和

金

形

成

的

置

换

固

溶

体第2章2325②固溶体的性能固溶体与纯金属相比强度、硬度升高。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。它是强化金属材料的重要途径之一。固溶体的强度和塑性、韧性之间有较好的配合，所以，其综合性能较好，常作为结构合金的基体相。固溶体与纯金属相比电阻率上升，导电率下降等。2.2.1合金的相结构第2章24②固溶体的性能固溶体与纯金属相比强度、硬度升高。这种通过形成26固溶强化的原因

由于溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属滑移变形变得更加困难，变形抗力增大，从而提高合金的强度和硬度。2.2.1合金的相结构第2章25固溶强化的原因由于溶质原子的溶入，使固溶体27(2)金属化合物它是合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相。金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高，硬而脆。合金中出现金属化合物时，常能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。根据合金中金属化合物相结构的性质和特点，可大致划分为正常价化合物、电子化合物及间隙化合物三类。2.2.1合金的相结构第2章26(2)金属化合物它是合金组元相互作用形成的晶格28a第2章27a第2章2729当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将显著提高合金的强度、硬度和耐磨性(此现象称为弥散强化)。因此，金属化合物主要用来作为碳钢、各类合金钢、硬质合金及有色金属的重要组成相及强化相。而性能除固溶强化影响外，还取决于金属化合物的种类和数量。弥散强化2.2.1合金的相结构第2章28当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时30机械混合物工业合金中其组织仅由化合物单相组成的情况是不存在的。因为化合物固然有很高的硬度，但脆性太大，无法应用。固溶体组成的合金，往往由于强度、硬度等不够高，使用受到一定限制。绝大多数的工业合金，其组织均为固溶体与少量化合物(一种或几种)所构成的机械混合物。合金的性能取决于其形态、大小、数量、种类等。2.2.1合金的相结构第2章29机械混合物工业合金中其组织仅由化合物单相组成的312.2.2合金的结晶

第2章30合金相图

相图是表示在平衡状态下合金系中各种合金状态、组织与温度、成分之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图。合金的结晶2.2.2合金的结晶2.2.2合金的结晶321.铁碳合金相图的表示方法2.2.2合金的结晶

第2章31横坐标表示合金成分即碳的质量分数纵坐标表示温度2.铁碳合金相图的建立

3.Fe-Fe3C相图的意义

（1）纯铁的同素异晶转变

1.铁碳合金相图的表示方法2.2.2合金的结晶332.2.2合金的结晶

第2章322.2.2合金的结晶342.2.2合金的结晶

第2章33(2)铁碳合金的基本相①铁素体(F)—

②奥氏体

(A)—③渗碳体(Fe3C)—室温时的性能与纯铁相似，强度、硬度低，塑性和韧性好。

具有一定的强度和硬度，塑性也很好。

硬度很高（约1000HV），塑性、韧性几乎为零，极脆。

铁素体与渗碳体（F+Fe3C）组成的珠光体(P)、奥氏体与渗碳体（A+Fe3C）组成的高温莱氏体(Ld)珠光体与渗碳体（P+Fe3C）组成的低温莱氏体(Ld)三种复相组织碳溶于α-Fe中的间隙固溶体碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体铁与碳形成的金属化合物2.2.2合金的结晶352.2.2合金的结晶

第2章34(3)相图中的特性点、线的意义、相区相的组成及各区域的组织特性点A、C、D、E、G、P、S、Q特性线ACD

AECFECF

PSK

GSGP

ESPQ

相区相的组成L、A、F、L+A、L+Fe3C、A+F、A+Fe3C、F+Fe3C在恒温下，由一定成分的液相同时结晶出两种一定成分固相的转变。共晶转变:共析转变:在恒温下，由一定成分的固相同时析出两种一定成分的固相的转变。

2.2.2合金的结晶36各区域的组织2.2.2合金的结晶

第2章35各区域的组织2.2.2合金的结晶372.2.2合金的结晶

第2章362.2.2合金的结晶382.2.2合金的结晶

第2章372.2.2合金的结晶392.2.2合金的结晶

第2章38(4)典型合金的冷却过程及其组织①铁碳合金的分类

●工业纯铁

wc≤0.0218%，室温组织：铁素体和三次渗碳体；

●非合金钢0.0218%<wc≤2.11%，根据室温组织不同，又可以分为：亚共析钢0.0218%<wc<0.77%，室温组织：铁素体和珠光体；共析钢wc=0.77%，室温组织：珠光体；过共析钢0.77%<wc≤2.11%，室温组织：珠光体和二次渗碳体。

●白口铸铁2.11%<wc<6.69%，根据室温组织不同，又可以分为：亚共晶白口铸铁2.11%<wc<4.3%，室温组织：珠光体、低温莱氏体和二次渗碳体；共晶白口铸铁wc=4.3%，室温组织：低温莱氏体；过共晶白口铸铁：4.3%<wc<6.69%，室温组织：渗碳体和低温莱氏体

2.2.2合金的结晶402.2.2合金的结晶

第2章39②典型合金的冷却过程分析共析钢的冷却过程分析过wc=0.77%的点作一条垂直于横轴的垂线(合金线)Ⅰ，与相图分别交于1、2、3(S0点温度，以这三点温度为界，分析其冷却过程。

1点以上:液相(L);

1点：从液相中结晶出奥氏体(A);

2点:奥氏体;

2～3点(即S点):奥氏体。

3点(727℃):共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体,称为珠光体，其共析转变式为:2.2.2合金的结晶41力学性能介于铁素体与渗碳体之间，即强度较高，硬度适中，有一定塑性

性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差。

2.2.2合金的结晶

第2章40珠光体莱氏体(5)碳的质量分数对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响①对铁碳合金平衡组织的影响

F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld'→Ld'→Ld'+Fe3CⅠ②对铁碳合金力学性能的影响

力学性能介于铁素体与渗碳体之间，即强度性能与渗碳体相似，硬度424.铁碳合金相图的应用2.2.2合金的结晶

41第2章(1)在选材方面的应用

要求塑性、韧性好的各种型材和建筑用钢，应选用碳的质量分数低的钢；承受冲击载荷，并要求较高强度、塑性和韧性的机械零件，应选用碳的质量分数为0.25%～0.55%的钢；要求硬度高、耐磨性好的各种工具，应选用碳的质量分数大于0.55%的钢；形状复杂、不受冲击、要求耐磨的铸件（如冷轧辊、拉丝模、犁铧等），应选用白口铸铁。(2)在铸造方面的应用

纯组元和共晶成分的合金的流动性最好，缩孔集中，铸造性能好。相图中液相线和固相线之间距离越小，液体合金结晶的温度范围越窄，对浇注和铸造质量越有利。合金的液、固相线温度间隔大时，形成枝晶偏析的倾向性大；同时先结晶出的树枝晶阻碍结晶液体的流动，而降低其流动性，增多分散缩孔。所以，铸造合金常选共晶或接近共晶的成分。浇注温度一般在液相线以上50～100℃。4.铁碳合金相图的应用2.2.2合金的结晶43(3)在锻造和焊接方面的应用

(4)在热处理方面的应用

2.2.2合金的结晶

第2章42

合金为单相组织时变形抗力小，变形均匀，不易开裂，因而变形能力大。双相组织的合金变形能力差些，特别是组织中存在有较多的化合物相时更是如此，因为他们都很脆。单相奥氏体状态时，可获得良好的塑性，易于锻造成形。白口铸铁无论是在低温还是高温，组织中均有大量硬而脆的渗碳体，故不能锻造碳的质量分数越高，铁碳合金的焊接性越差。确定各种热处理工艺的加热温度存在同素异晶转变、共析转变、固溶度变化的合金才能进行热处理。(3)在锻造和焊接方面的应用(4)在热处理方面的应用2.442.3非金属材料的结构简介

第2章432.3.1高分子材料的结构非金属材料的结构简介2.3单体（CH2=CH2）

链节-CH2-CH2-聚合度n高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料高分子化合物是分子量很大的化合物,是由一种或几种简单的低分子化合物以共价键形式重复连接而成1.大分子链结构

（1）线型结构nCH2=CH2［-CH2-CH2-］n2.3非金属材料的结构简介452.3非金属材料的结构简介

第2章44(2)体型结构

线型结构聚合物具有良好的弹性和塑性，加工成形时，大分子链能够蜷曲收缩、伸直，易于加工，并可反复使用，在一定溶剂中可溶胀、溶解，加热时则软化并熔化。属于这类结构的高分子，如聚乙烯、聚氯乙烯、未硫化的橡胶及合成纤维等(网状结构图c)

脆性大，弹性和塑性差，但具有较好的耐热性、难溶性、尺寸稳定性和机械强度，加工时只能一次成形(即在网状结构形成之前进行)热固性塑料、硫化橡胶等是属于这种类型结构的高分子材料。

2.3非金属材料的结构简介462.3非金属材料的结构简介

第2章452.高分子的聚集态结构结晶型、部分结晶型和无定型(非晶态)

2.3非金属材料的结构简介472.3非金属材料的结构简介

第2章462.3.2陶瓷的组织结构1.晶体相

陶瓷的主要组成，一般数量较大，其结构、数量、形态和分布，决定陶瓷的主要性能和应用。2.玻璃相

将晶体相粘连起来，填充晶体相之间空隙，提高材料致密度；降低烧结温度，加快烧结过程；阻止晶体转变，抑制晶体长大；获得一定程度的玻璃特性，如透光性等3.气相

降低了陶瓷的强度，常常是造成裂纹的根源，尽量使其比例降低。一般，普通陶瓷的气孔率为5%～10%；特种陶瓷的气孔率在5%以下；金属陶瓷则要求低于0.5%。2.3非金属材料的结构简介48第2章工程材料的组织结构2.12.22.3纯金属的晶体结构与结晶非金属材料的结构简介合金的晶体结构与结晶第2章工程材料的组织结构2.12.22.3纯金属的晶49学习目的:

通过本章的学习，了解常用材料的组织结构，理解和掌握铁碳合金相图的内容与应用。本章重点内容:1.金属的结晶条件、规律及控制2.铁碳合金的基本组织3.铁碳合金相图的内容与意义与应用学习目的:本章重点内容:1.金属的结晶条件、规律及控制502.1.12.1纯金属的晶体结构与结晶晶体：材料的原子(离子、分子)在三维空间呈规则的周期性排列的物体。如金刚石、水晶、金属等。非晶体：材料的原子(离子、分子)在三维空间无规则排列的物体。如松香、石蜡、玻璃等。晶体结构—晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式。

晶格—假设通过原子结点的中心划出许多空间直线所形成的空间格架。晶胞—能反映晶格特征的最小组成单元。晶格常数—晶胞的三个棱边的长度a,b,c。第2章金属的晶体结构纯金属的晶体结构与结晶1.基本概念2.112.1.12.1纯金属的晶体结构与结晶晶体：材料的原子(离512常见的金属晶体结构

（1）体心立方晶格有：钼(Mo)、钨、钒、铬、铌、α-Fe等。（2）面心立方晶格（3）密排六方晶胞有：铝、铜、镍、金、银、γ-Fe等。有：镁、镉(Cd)、锌、铍(Be)等。2.1.1金属的晶体结构第2章22常见的金属晶体结构（1）体心立方晶格有：钼(Mo)、522.1.2实际金属的晶体结构1.多晶体结构晶粒晶界位向各向同性2.1.2实际金属的晶体结构3第2章2.1.2实际金属的晶体结构1.多晶体结构晶粒晶界位向各向同532.1.2实际金属的晶体结构2.实际金属中的晶体缺陷(1)点缺陷—三维尺度上都很小，不超过几个原子直径的缺陷。①空位①空位②间隙原子②间隙原子(2)线缺陷—二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷。①刃型位错②螺型位错①刃型位错(3)面缺陷—二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。①晶界②亚晶界

晶界4第2章2.1.2实际金属的晶体结构2.实际金属中的晶体缺陷(1)54※金属晶体缺陷的影响？

点缺陷--造成局部晶格畸变,使金属的电阻率;屈服强度增加,密度发生变化。

线缺陷--形成位错对金属的机械性能影响很大，位错极少时，金属强度很高，位错密度越大，金属强度也会提高。

面缺陷--晶界和亚晶界越多，晶粒越细，金属强度越高。金属塑性变形的能力越大，塑性越好。2.1.2实际金属的晶体结构第2章5※金属晶体缺陷的影响？点缺陷--造成局部晶格畸变,使金552.1.3纯金属的结晶

第2章6液态L→固态S

S可以是非晶体。一种原子排列状态过渡为另一种原子规则排列状态(晶态)的转变过程。一L→S晶态S→S晶态（1）冷却曲线与过冷度液态金属在结晶时的温度——时间曲线一次结晶二次结晶凝固结晶2.1.3纯金属的结晶1.金属结晶的基本规律2.1.3纯金属的结晶56过冷度——理论结晶温度和实际结晶温度之差。

ΔT=

T0－T1

冷却速度越快，过冷度越大过冷—液态金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度的现象。2.1.3纯金属的结晶

第2章7只有当液体的过冷度达到一定的大小，结晶过程才能开始进行—过冷是金属结晶的必要条件。过冷度——理论结晶温度ΔT=T0－T1冷却速度越快，57(2)结晶的一般过程2.1.3纯金属的结晶

第2章8(2)结晶的一般过程2.1.3纯金属的结晶58①形核——自发形核非自发形核②长大树枝状长大结晶过程2.1.3纯金属的结晶

第2章9平面长大①形核——自发形核②长大树枝状长大592.1.3纯金属的结晶

第2章10(1)晶粒度单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度(或直径)。(3)过冷度对形核一长大的影响过冷度ΔT提高，N提高、G提高过冷ΔT太高，N降低、G降低(2)晶粒大小对力学性能的影响晶粒越细，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好1.金属结晶后的晶粒大小2.1.3纯金属的结晶602.1.3纯金属的结晶

第2章11(4)晶粒大小的控制①提高过冷度②变质处理在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心，以细化晶粒和改善组织。③振动、搅拌等2.1.3纯金属的结晶61

2.2合金的晶体结构与结晶

合金的晶体结构与结晶12合金的相结构2.22.2.11.基本概念合金

组元合金系相组织第2章2.2合金的晶体结构与结晶62(1)合金

由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有金属特性的物质。

普通黄铜：Cu+Zn

45钢:

铁碳合金

2.2.1合金的相结构第2章13合金除具备纯金属的基本特性外，还可以拥有纯金属所不能达到的一系列机械特性与理化特性,如高强度、高硬度、高耐磨性、强磁性、耐蚀性等。(1)合金2.2.1合金63(2)组元

组元可以是金属、非金属或稳定化合物。组成合金的独立的，最基本的单元2.2.1合金的相结构第2章14(3)合金系

若干给定组元，以不同配比，配制出的一系列不同成分、不同性能的合金(2)组元组元可以是金属、非金属或稳64(4)相在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相的。铁在同素异构转变过程中，会出现相的变化。纯铁是单相的，而钢一般是双相或是多相的。固态白铜(铜与镍二元合金)是单相的。合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。在物质中，凡是成分相同，结构相同并与其他部分以界面分开的均匀组成部分，称为相。2.2.1合金的相结构第2章15(4)相在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相的。65(5)组织合金的组织是由数量、大小、形状和分布方式不同的各种相所组成的。不同组织具有不同的性能。由不同组织构成的材料具有不同的性能。同一种钢经过不同的热处理可以获得不同的组织，从而获得不同的性能。45钢经过不同的热处理可以获得珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体等组织。并获得不同的性能。组织是指用肉眼或显微镜等所观察到的材料的微观形貌。2.2.1合金的相结构第2章16(5)组织合金的组织是由数量、大小、形状和分布方式不同的各种66(1)固溶体合金中两组元在液态和固态下都互相溶解，共同形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。固溶体溶剂+溶质一种固相能够保持其原有晶格类型并与固溶体晶格相同的组元称为溶剂。失去原有晶格类型的组元称为溶质，一般在合金中含量较少。2.2.1合金的相结构17第2章2.合金的相结构(1)固溶体合金中两组元在液态和固态下都互相溶解，共同形成一67①固溶体的分类根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶体分为：间隙固溶体和置换固溶体。根据溶质原子在溶剂晶格中分布是否有规律可将固溶体分为：有序固溶体和无序固溶体。根据溶质原子在溶剂晶格中的溶解度可将固溶体分为：有限固溶体和无限固溶体。溶解度：指溶质在固溶体中的极限浓度。2.2.1合金的相结构第2章18①固溶体的分类根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶68间隙固溶体溶质原子进入溶剂晶格中的间隙之中形成的固溶体。置换固溶体溶质原子占据在溶剂晶格的某些结点上，使晶格上的某些溶剂原子被置换而形成的固溶体。间隙固溶体置换固溶体2.2.1合金的相结构第2章19

溶质与溶剂以任何比例都能互溶，固溶度达100％，则称为无限固溶体，否则为有限固溶体。间隙固溶体溶质原子进入溶剂晶格中的间隙之中形成的固溶体。置换69间隙

固溶体溶质原子与溶剂原子直径之比应小于0．59方可。直径较大的原子所组成的晶格，其空隙的尺寸也较大。过渡族元素(溶剂)与尺寸较小的元素C、N、H、B等易形成间隙固溶体。溶质原子在间隙固溶体中的溶解度一般很小,所以间隙固溶体都是有限固溶体。溶质原子将使间隙固溶体发生畸变，其浓度越大，畸变越大。2.2.1合金的相结构第2章20间隙

固溶体溶质原子与溶剂原子直径之比应小于0．59方可。直70置换固溶体无限固溶体一定是置换固溶体。置换固溶体也可以是有限固溶体。两组元晶体结构相同，原子半径和电化学特性接近，则容易形成置换固溶体。无限固溶体形成条件两组元晶体结构相同是必要条件。溶剂原子半径rA与溶质原子半径rB的相对差(rA—rB)\rA小于8%左右时。2.2.1合金的相结构第2章21置换固溶体无限固溶体一定是置换固溶体。置换固溶体也可以是有限71第2章22碳在α－Fe中的间隙固溶体第2章22碳在α－Fe中的间隙固溶体72铜

和

金

形

成

的

置

换

固

溶

体第2章23铜

和

金

形

成

的

置

换

固

溶

体第2章2373②固溶体的性能固溶体与纯金属相比强度、硬度升高。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。它是强化金属材料的重要途径之一。固溶体的强度和塑性、韧性之间有较好的配合，所以，其综合性能较好，常作为结构合金的基体相。固溶体与纯金属相比电阻率上升，导电率下降等。2.2.1合金的相结构第2章24②固溶体的性能固溶体与纯金属相比强度、硬度升高。这种通过形成74固溶强化的原因

由于溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属滑移变形变得更加困难，变形抗力增大，从而提高合金的强度和硬度。2.2.1合金的相结构第2章25固溶强化的原因由于溶质原子的溶入，使固溶体75(2)金属化合物它是合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相。金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高，硬而脆。合金中出现金属化合物时，常能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。根据合金中金属化合物相结构的性质和特点，可大致划分为正常价化合物、电子化合物及间隙化合物三类。2.2.1合金的相结构第2章26(2)金属化合物它是合金组元相互作用形成的晶格76a第2章27a第2章2777当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将显著提高合金的强度、硬度和耐磨性(此现象称为弥散强化)。因此，金属化合物主要用来作为碳钢、各类合金钢、硬质合金及有色金属的重要组成相及强化相。而性能除固溶强化影响外，还取决于金属化合物的种类和数量。弥散强化2.2.1合金的相结构第2章28当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时78机械混合物工业合金中其组织仅由化合物单相组成的情况是不存在的。因为化合物固然有很高的硬度，但脆性太大，无法应用。固溶体组成的合金，往往由于强度、硬度等不够高，使用受到一定限制。绝大多数的工业合金，其组织均为固溶体与少量化合物(一种或几种)所构成的机械混合物。合金的性能取决于其形态、大小、数量、种类等。2.2.1合金的相结构第2章29机械混合物工业合金中其组织仅由化合物单相组成的792.2.2合金的结晶

第2章30合金相图

相图是表示在平衡状态下合金系中各种合金状态、组织与温度、成分之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图。合金的结晶2.2.2合金的结晶2.2.2合金的结晶801.铁碳合金相图的表示方法2.2.2合金的结晶

第2章31横坐标表示合金成分即碳的质量分数纵坐标表示温度2.铁碳合金相图的建立

3.Fe-Fe3C相图的意义

（1）纯铁的同素异晶转变

1.铁碳合金相图的表示方法2.2.2合金的结晶812.2.2合金的结晶

第2章322.2.2合金的结晶822.2.2合金的结晶

第2章33(2)铁碳合金的基本相①铁素体(F)—

②奥氏体

(A)—③渗碳体(Fe3C)—室温时的性能与纯铁相似，强度、硬度低，塑性和韧性好。

具有一定的强度和硬度，塑性也很好。

硬度很高（约1000HV），塑性、韧性几乎为零，极脆。

铁素体与渗碳体（F+Fe3C）组成的珠光体(P)、奥氏体与渗碳体（A+Fe3C）组成的高温莱氏体(Ld)珠光体与渗碳体（P+Fe3C）组成的低温莱氏体(Ld)三种复相组织碳溶于α-Fe中的间隙固溶体碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体铁与碳形成的金属化合物2.2.2合金的结晶832.2.2合金的结晶

第2章34(3)相图中的特性点、线的意义、相区相的组成及各区域的组织特性点A、C、D、E、G、P、S、Q特性线ACD

AECFECF

PSK

GSGP

ESPQ

相区相的组成L、A、F、L+A、L+Fe3C、A+F、A+Fe3C、F+Fe3C在恒温下，由一定成分的液相同时结晶出两种一定成分固相的转变。共晶转变:共析转变:在恒温下，由一定成分的固相同时析出两种一定成分的固相的转变。

2.2.2合金的结晶84各区域的组织2.2.2合金的结晶

第2章35各区域的组织2.2.2合金的结晶852.2.2合金的结晶

第2章362.2.2合金的结晶862.2.2合金的结晶

第2章372.2.2合金的结晶872.2.2合金的结晶

第2章38(4)典型合金的冷却过程及其组织①铁碳合金的分类

●工业纯铁

wc≤0.0218%，室温组织：铁素体和三次渗碳体；

●非合金钢0.0218%<wc≤2.11%，根据室温组织不同，又可以分为：亚共析钢0.0218%<wc<0.77%，室温组织：铁素体和珠光体；共析钢wc=0.77%，室温组织：珠光体；过共析钢0.77%<wc≤2.11%，室温组织：珠光体和二次渗碳体。

●白口铸铁2.11%<wc<6.69%，根据室温组织不同，又可以分为：亚共晶白口铸铁2.11%<wc<4.3%，室温组织：珠光体、低温莱氏体和二次渗碳体；共晶白口铸铁wc=4.3%，室温组织：低温莱氏体；过共晶白口铸铁：4.3%<wc<6.69%，室温组织：渗碳体和低温莱氏体

2.2.2合金的结晶882.2.2合金的结晶

第2章39②典型合金的冷却过程分析共析钢的冷却过程分析过wc=0.77%的点作一条垂直于横轴的垂线(合金线)Ⅰ，与相图分别交于1、2、3(S0点温度，以这三点温度为界，分析其冷却过程。

1点以上:液相(L);

1点：从液相中结晶出奥氏体(A);

2点:奥氏体;

2～3点(即S点):奥氏体。

3点(727℃):共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体,称为珠光体，其共析转变式为:2.2.2合金的结晶89力学性能介于铁素体与渗碳体之间，即强度较高，硬度适中，有一定塑性

性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差。

2.2.2合金的结晶

第2章40珠光体莱