机械工程材料-第一章至第四章机械工程材料

1机械工程材料常书战讲师2绪论一、材料科学的重要地位1．材料的发展与人类社会的发展紧密联系。人类社会历史：石器时代、铜器时代和铁器时代。2．我国劳动人民在材料发展上曾取得辉煌成就。3．材料在现代科技中占有重要地位。材料、信息和能源是现代科技三大支柱。二、材料科学与社会发展1、材料与人类生活人类社会依据制造生产工具的材料来进行历史划分

旧石器时代新石器时代青铜器时代铁器时代

旧石器时代（250万年前）人类在地球上出现之后，最早使用的工具是石头。

旧石器时代（250万年前）石头——石器

新石器时代（1万年前）原始社会末期，开始用火烧制陶器，发展成陶瓷。精美石器陶器—人类第一种合成材料

青铜器时代（4000年前）奴隶社会，青铜冶炼技术得到很大发展。我国青铜冶炼始于夏代，商周时代，达到较高水平青铜（铜锡合金）人类发明的第一种合金

铁器时代（1400年前，春秋战国）生产工具由青铜器过渡到铁器，其重大发展对社会进步起了巨大的推动作用。汉代“先炼铁后炼钢”技术居世界领先地位。铁器物品铁制车轮

其他材料与陶瓷材料和金属材料发展的同时天然高分子材料

棉、麻、丝绸材料功能材料

磁铁—指南针

新石器（制陶）—东汉（制磁）—唐（釉）—唐（顶峰）

陶瓷的发展2.材料科学发展与现代文明的联系

现代社会文明的三大支柱：能源、信息和材料信息时代是建立在材料的基础上硅半导体→晶体管→集成电路→计算机磁性材料→信息贮存激光材料+光导纤维→信息传输→信息网络能源技术以材料为支撑再生能源、核能、燃料电池等信息时代11三、机械工程材料课程的内容1.材料的化学成分与材料的结构、组织及性能间的关系（基础理论部分）。

2.材料的加工工艺与材料的结构、组织及性能间的关系。

3.常用金属材料的应用及性能。如：结构钢、工具钢和特殊性能钢。12实际上由四部分组成：金属学热处理原理与工艺金属材料其他材料基础保证关键扩展课程总特点：内容多，涉及面广，前后关联性强，概念性、理解性、结论性、记忆性内容多，数学推理较少。要采取相应的学习方法：多看、多理解、多记忆13三、固体材料中的结合键

组成物质的粒子，如原子、离子或分子之间的相互作用力称为结合键。整体材料的性质主要是由结合键的性质决定的。分子键、氢键物理键：聚集过程中不发生电子运动的结合力，如：化学键：由于电子运动使原子产生聚集的结合力离子键共价键金属键14四、工程材料的分类简单金属原子之间的结合键完全为金属键；过渡族金属原子的结合键以金属键为主，但是也有共价键成分。由于金属键没有方向性,原子之间也没有选择性,所以在受外力作用而发生相对移动时金属键不会破坏。以金属为主体的工程金属材料不仅具有较高的弹性模量、硬度和强度，而且具有很好的塑性、韧性、导电和导热性能。

金属材料黑色金属：有色金属：铁和以铁为基的合金钢铸铁铁合金黑色金属以外的所有金属及其合金，如铝（Al）、铜（Cu）等（应用最广的是黑色金属，重点学习）根据材料的本性或其结合键的性质，工程材料可以分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料等四大类。

15陶瓷材料陶瓷材料无机玻璃（硅酸盐玻璃）工业用玻璃玻璃陶瓷，如，耐热耐蚀微晶玻璃陶瓷普通陶瓷，如，日用陶瓷特种陶瓷，如电容器陶瓷（BaTiO3，压电陶瓷（PbTiO3)金属陶瓷：如结构陶瓷（Al2O3,SiC,Si3N4）工具陶瓷（TiC,B4C，BN等）陶瓷是金属元素(或亚金属如硅等)的化合物，可以认为是各种无机非金属材料的统称。金属原子与异种原子化合时形成很强的离子键，同时也存在有一定成分的共价键，但仍以离子键为主。陶瓷的硬度很高，化学稳定性好，可以制造各种耐蚀、耐热用具，在一些特殊的情况下也可用作为结构材料。但是由于离子键、共价键对周围原子（或离子）有选择性或方向性,在受外力作用而发生相对移动时结合键就会破坏，所以一般陶瓷材料脆性都很大。

16高分子材料主要组分是有机高分子化合物。高分子化合物每个分子可含有几千、几万甚至几十万个原子，分子量在5000以上。大分子内的原子之间由很强的共价键结合，而大分子与大分子之间的结合力为范德华力和氢键。由于大分子链很长，大分子之间的接触面比较大，特别当分子链缠结在一起时，大分子之间可以产生较大的结合力，所以：高分子材料具有较高的强度，良好的塑性，较强的耐腐蚀性能，很好的绝缘性，以及较低的密度等优良性能，在工程上是发展最快的一类新型结构材料。高分子材料（亦称聚合物）塑料橡胶合成纤维胶粘剂17复合材料复合材料就是由两种或两种以上不同材料通过－定的工艺复合而成的，性能明显优于原材料的新材料。

复合材料通常分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料三大类。

如果选择适合的组分材料及复合工艺，可以得到在强度、刚度和耐蚀性等方面比单纯的金属、陶瓷和聚合物都优越的材料，复合材料具有广阔的发展前景

第一章工程材料的性能1.1材料的使用性能1.1.11.1.2材料的力学性能材料的物理化学性能1.2材料的工艺性能1.3常用力学性能指标在选材中的意义第一章工程材料的主要性能本章重点内容学习目的

通过本章的学习，掌握材料常用的力学性能指标及力学性能指标在选材中的应用1.常用的力学性能指标2.力学性能指标在选材中的意义1.1材料的使用性能

1.1材料的使用性能基本内容和要求1.1.1材料的力学性能

1.掌握力学性能指标及意义2.了解拉伸实验过程及相关指标概念和意义。3.了解各种硬度实验测试方法和应用范围。4.了解冲击实验方法和所测指标的意义。材料的性能：工艺性能、使用性能。

使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能。如：力学性能、物理性能、化学性能。

工艺性能：是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。如：铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理工艺性。第1章11.1.1材料的力学性能是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。力学性能—外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。载荷形式：静载荷、冲击载荷、交变载荷等。指标：强度、刚度、硬度、塑性、韧性等。强度、刚度与塑性2第1章静载单向静拉伸实验应力(σ)：单位横截面积的内力标准拉伸试样：长试样L0=10d0

短试样L0=5d0

1.1.1材料的力学性能第1章3静载单向静拉伸应力——应变曲线介绍拉伸实验：弹性变形阶段屈服阶段强化阶段缩颈阶段试样断裂1.1.1材料的力学性能4静载单向静拉伸应力——应变曲线分析拉伸实验：oe弹性变形阶段csd屈服阶段db强化阶段bk缩颈阶段k试样断裂第1章1.1.1材料的力学性能第1章5(1)强度①弹性极限σe

σe=Fe/So

材料拉伸时保持弹性变形，不发生永久变形的最大应力。

单位:MPa(MN/mm2)

金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。

②屈服极限σs(屈服强度或屈服点)σs=Fs/So

（MPa）金属材料开始发生明显塑性变形的抗力。（MPa）1.1.1材料的力学性能第1章6条件屈服强度σ0.2

—规定残余伸长率为0.2%时的应力值。(△L=0.2%LO)

用于无屈服点的中高碳钢。脆性材料：σb=σs

灰口铸铁③抗拉强度σb

(强度极限)是试样被拉断前的所能承受的最大应力

σb=Fb/So（MPa）材料抵抗外力而不致断裂的最大应力值

屈强比——

σs与σb的比值。

屈强比愈小，工程构件的可靠性愈高，

屈强比太小，则材料强度的有效利用率太低。(2)刚度表示材料抵抗弹性变形的能力。

弹性模量E—E=σ/ε杨氏弹性模量,应力应变的比值,单位MPa。1.1.1材料的力学性能第1章7E愈大，刚度越大，弹性变形越不容易进行。(3)塑性断后伸长率断面收缩率是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。材料在断裂前发生塑性变形的能力1.1.1材料的力学性能第1章8断面收缩率不受试样尺寸的影响δ、ψ越大，材料塑性越好2.硬度

材料抵抗局部变形、特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念，

硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其他机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。1.1.1材料的力学性能第1章9(1)布氏硬度硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。

①布氏硬度测定的原理是把一定直径的淬火钢球或硬质合金球，以规定的载荷F压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压痕直径d，求出压痕面积，实验载荷除以球面压痕表面积所得的商即为布氏硬度。1.1.1材料的力学性能第1章10布氏硬度测试原理示意图1.1.1材料的力学性能第1章11布氏硬度测定主要适用于各种未经淬火的钢、退火、正火状态的钢；结构钢调质件；铸铁、有色金属、质地轻软的轴承合金等原材料。

标注：如120HBS10/1000/10，即表示用直径D=10mm的淬火钢球压头在1000kgf(9.8KN)的试验载荷作用下，保持10秒所测得布氏硬度值为120

。HBS只可用来测定硬度值小于450的金属材料

500HBW5/750表示用直径D=5mm的硬质合金球压头在750kgf(7.35KN)的试验载荷作用下，保持10-15秒(不标注)所测得布氏硬度值为500。HBW可用来测定硬度值450-650的金属材料布氏硬度的试验规范②布氏硬度的表示方法1.1.1材料的力学性能第1章12(2)洛氏硬度（HR）

①洛氏硬度测试原理

洛氏硬度测定时需要先后施加二次载荷（初载荷F0和主载荷F1）预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好,

以保证测量结果准确。洛氏硬度就是以主载荷引起的残余压入深度来表示硬度值。硬度值的大小直接由硬度计表盘上读出

1.1.1材料的力学性能第1章13洛氏硬度实验原理示意图1.1.1材料的力学性能第1章14②洛氏硬度表示方法——如40～45HRC

常见洛氏硬度的试验条件及应用范围硬度符号压头总载荷（kgf）表盘上刻度颜色常用硬度值范围使用范围HRA金钢石圆锥60黑

色20~85碳化物、硬质合金、表面淬火层等HRBφ1.5875mm钢球100红

色25~100有色金属、退火及正火钢等HRC金钢石圆锥150黑

色20~67调质钢、淬火钢等151.1.1材料的力学性能第1章15③特点与应用

洛氏硬度测定仅产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。

设备简单，操作迅速方便。但测一点无代表性，不准确，需多点测量，然后取平均值。洛氏硬度可用来测定各种金属材料的硬度。1.1.1材料的力学性能第1章16(3)维氏硬度(HV)

为了从软到硬的各种金属材料有一个连续一致的硬度标度，因而制定了维氏硬度试验法。

是用一种顶角为136°的正四棱锥体金钢压头，在载荷F(kgf)作用下，试样表面压出一个四方锥形压痕，测量压痕对角线长度d(mm)供以计算试样的硬度值。——根据d值查表即可得到硬度值。①维氏硬度试验法原理1.1.1材料的力学性能第1章17

维氏硬度试验主要用来测定金属镀层、薄片金属以及化学热处理(如氮化、渗碳等)后的表面硬度。

维氏硬度用符号HV表示，HV前面为硬度值，HV后面的数字按试验载荷、试验载荷保持时间(10～15s不标注)的顺序表示试验条件。例如：

640HV30表示用294.2N(30kgf)的试验载荷，保持10～15s(不标出)测定的维氏硬度值为640；

640HV30/20表示用294.2N(30kgf)的试验载荷，保持20s测定的维氏硬度值为640。②维氏硬度的表示方法1.1.1材料的力学性能第1章183.冲击韧性(Ak或ak

)

韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积F

单位为焦耳/厘米²（J/cm²）

ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。Ak=mg(h1-h2)冲击吸收(Ak)

：单位为焦耳冲击韧度(ak)

：韧脆转变温度：冲击吸收功急剧变化或断口韧性急剧转变的温度区域。1.1.1材料的力学性能第1章19冲击韧性实验Ak=h1-h24.疲劳强度σ-1

1.1.1材料的力学性能第1章2080%的断裂由疲劳造成

疲劳断裂：材料在承受大小和方同随时间作周期性变化(包括交变应力和重复)的载荷作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳强度(疲劳极限)：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。循环基数：钢铁材料10；非铁金属10；腐蚀介质作用下107陶瓷、高分子材料的疲劳抗力很低，金属材料疲劳强度较高，纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能。影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。865.金属材料的断裂韧度

有些高强度材料的零(构)件往往在远低于屈服点的状态下发生脆性断裂；中、低强度的重型零(构)件、大型结构件也有类似情况。1.1.1材料的力学性能第1章21(2)裂纹扩展的基本形式(1)低应力脆断(3)断裂韧度及其应用

应力场强度因子：1.1.1材料的力学性能第1章22单位为MPa·m1/2，

断裂韧度：当KI达到某一临界值时，就能使裂纹尖端附加的内应力达到材料的断裂强度，裂纹将发生突然的失稳扩展，导致构件脆断。这时所对应的应力场强度因子KI就称为材料的断裂韧度，用KIC表示。KIC的单位与KI相同，它表示材料抵抗裂纹失稳扩展(即抵抗脆性断裂)的能力。

已知KIC，可根据工作应力，确定材料中允许存在的、不

会失稳扩展的最大裂纹长度；

根据材料已存在的裂纹长度，确定材料能够承受的不致脆

断的最大应力。

已知材料的工作应力和最大裂纹尺寸，可以算出应力场强

度因子KI，根据应力场强度因子和断裂韧度的相对大小，可判

断材料在受力时，是否会因为裂纹失稳扩展而断裂。1.1.1材料的力学性能第1章23断裂韧度的应用1.1.2材料的物理化学性能

1.1.224

材料的物理、化学性能

1.物理性能金属的密度就是单位体积金属的质量用符号ρ(g/cm3或kg/m3)表示。

(2)熔点：

(3)导电性：(4)导热性：

(5)热膨胀性：

(6)磁性：

缓慢加热时金属由固态转变为液态的温度（℃或K）。

材料传导热量的能力。

是材料传导电流的能力。

材料因温度变化而引起的体积变化现象称为热膨胀性。

材料在磁场中能被磁化或导磁的能力称为导磁性或磁性。

(1)密度：第1章1.1.2材料的物理化学性能

第1章252.化学性能金属材料与周围介质接触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。(1)耐腐蚀性——指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。(2)抗氧化性——指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮的能力。耐腐蚀性材料如：不锈钢、塑料、陶瓷、钛及其合金等等。如：耐热钢、铬镍合金、铁铬合金等。1.2材料的工艺性能

第1章26指材料适应加工工艺要求的能力1.铸造性能——指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，

包括：流动性能、收缩性、偏析等。

2.焊接性能——指材料焊接时其工艺方法的难易程度及接口处是否能满足使用目的的特性。3.锻造性能——金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。含碳量越高，焊接性越差。含碳量越高，锻造性越差。1.2材料的工艺性能含碳量4.3%的铁碳合金铸造性最好。1.2材料的工艺性能

第1章274.切削加工性：指材料被切削加工成合格零件的难易程度。包含：刀具耐用度；切削力，切削温度，表面加工质量，切屑的形状或断屑难易程度。

5.冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。

含碳量太高，切削性差。含碳量太低，切削性也差。含碳量越高，冲压性越差。6.热处理工艺性：指材料被热处理时达到性能等要求的难易程度。

如：淬硬性、淬透性。

1.3常用力学性能指标在选材中的意义1.3常用力学性能指标在选材中的意义1.3.1刚度和弹性第1章281、刚度刚度和弹性

当零件的尺寸和外加载荷一定时，材料的弹性模量E(或切变模量G)越高，零件的弹性变形量越小，则刚度越好。

1.3.1

如果要在给定的弹性变形量下，要求零件的重量最轻，则必须按照比刚度进行选材。2、弹性

材料的弹性极限越高和弹性模量E越低，则弹性能越大,零件的弹性越好。

工程结构中的弹簧都选用弹性模量较大，弹性极限或屈服强度较高的材料。

如汽车板弹簧，常选用合金弹簧钢经淬火+中温回火，以获得尽可能高的弹性极限和屈服强度。1.3.2硬度与强度第1章29硬度和强度1、硬度1.3.21.3.2硬度与强度第1章30硬度高，耐磨性就好，一般情况下，在一定的处理工艺下，只要硬度达到了规定的要求，其他性能也基本能达到要求。

同样的硬度可以通过不同的处理工艺得到。

2、强度＜[]=/K

承受纯剪或纯拉的零件，如螺钉、螺栓，

承受纯剪或纯拉的零件，可直接作为设计的依据，并取K=1.1～1.3。屈服强度

承受交变接触应力的零件，除保证表面高硬度外，要适当提高零件心部屈服强度；

低应力脆断的零件，其承载能力决定于材料的韧性，应适当地降低材料的屈服强度；

承受弯曲和扭转的轴类零件，只要求一定的淬硬层深，对于零件心部的屈服强度不需做过高要求。抗拉强度1.3.2硬度与强度第1章31疲劳断裂：通常也以抗拉强度来衡量疲劳强度的高低

塑性低的材料：

抗拉强度作为两种不同材料或同一材料在两种不同热处理状态下性能比较的标准。＜[]=

/K

1.3.3塑性和冲击韧性第1章32塑性和冲击韧性1.3.31、塑性

塑性指标、

只能表示在单向拉伸应力状态下的塑性，不能反映应力集中、工作温度、零件尺寸等对断裂强度的影响，因此不能可靠的避免零件脆断。是材料产生塑性变形使应力重新分布而减少应力集中的能力的度量。冲击韧性指标或表征在有缺口时材料塑性变形的不足。

2.冲击韧性或的能力，反映了应力集中和复杂应力状态下材料的塑性，而且对温度很敏感，正好弥补了、由于影响材料冲击韧性的因素很多，1.3.4断裂韧度1.3.5材料强度、塑性与韧性的合理配合第1章33不能定量的用于设计。断裂韧度1.3.4

低应力脆断为主要危险时，其承载能力取决于材料的断裂韧度，应该根据断裂韧度KIC选材。材料强度、塑性与韧性的合理配合1.3.5若＞1400MPa，随强度增加，其疲劳寿命可能会对于以低应力脆断为主要危险的零件，应该反而降低。1.3.5材料强度、塑性与韧性的合理配合

第1章34用断裂韧度来选材。

来计算和选材，提高屈服强度可以提高零件的允许工作应力和减轻零件的重量。

以高周疲劳断裂为主要危险的零件，在

＜1400MPa范围内，提高材料强度，适当降低塑性、韧性。这类中低强度材料的断裂韧度较高，

可以用工作应力≤／K第二章

金属的晶体结构56第一节纯金属的晶体结构第二节实际金属中的晶体缺陷第三节扩散第四节金属的结晶与铸锭第二章金属的晶体结构57一、纯金属的晶体结构

晶体：原子（离子或分子）在三维空间中有规则地周期性重复排列构成的物质称为晶体。如：金属材料、冰糖、NaCl。

单晶体：原子排列趋向于一致的晶体。如：Si、Ge单晶。

多晶体：由位向不同的单晶体组成的合金。如：金属材料。

非晶体：组成物质的微粒无规则排列。如：玻璃、松香。图1-1单晶体第一节金属的晶体结构（一）晶体与非晶体ABC单晶体与多晶体581、晶体结构晶体结构：是指组成晶体的物质质点（分子、原子、离子、原子集团）依靠一定的结合键结合后，在三维空间做有规律的周期性的重复排列方式。由于组成晶体的物质质点不同，排列规则不同，或者周期性不同，所以实际存在的晶体结构可以有无限多种。空间点阵：为对晶体结构的规律作全面系统的研究，人为地引入一个几何模型：将晶体结构中的某一类等同点挑选出来，让它们有规则地、周期性地重复排列所形成的空间几何图形。

（二）晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞与晶格参数59

空间点阵特点（有规则、周期性、重复排列）

1）空间规则排列点的阵列，无限；2）点阵中的每一点具有相同的周围环境。

3）原子、离子等物质质点抽象为一些几何点，这些点称为“结点”、“格点”或“阵点”（实际为物质质点的平衡中心的位置）。图1－1空间点阵模型图1-2晶格示意图2空间点阵

晶格：假设通过原子的中心划出许多空间直线，这些直线连接起来就形成了“空间（几何）格架”，这种假想格架称为“晶格”。

60图1－3描述晶胞六要素3晶胞与晶格参数晶胞：能够反应晶格特征的最小几何单元。晶格参数包括：晶格常数－a、b、c（棱边）棱间夹角－a、b、g晶胞在三维空间周期性重复排列晶格空间点阵＋直线晶体结构总结规律的共性晶体结构的实际种类有无限多，而空间点阵的种类有限。614布拉菲空间点阵根据晶胞的对称性，及6个晶格参数的可能的组合，可将金属的晶体结构总结为7大晶系，14种布拉菲点阵.62立方晶系晶系点阵常数布拉菲点阵点阵符号晶胞内结点数结点坐标立方晶系Cubica=b=ca=b=g=90°简单立方P1000体心立方I2000,½½½面心立方F4000，½½0,½0½,0½½63正方／四方晶系晶系点阵常数布拉菲点阵点阵符号晶胞内结点数结点坐标正方（四方）晶系Tetragonala=b

ca=b=g=90°简单正方P1000体心正方I2000,½½½64正交／斜方晶系晶系点阵常数布拉菲点阵点阵符号晶胞内结点数结点坐标正交晶系（斜方晶系）Orthorhombica

b

ca=b=g=90°简单斜方P1000体心斜方I2000,½½½底心斜方C2000，½½0面心斜方F4000，½½0,½0½,0½½65菱方晶系晶系点阵常数布拉菲点阵点阵符号晶胞内结点数结点坐标菱方晶系Rhombohedrala=b=ca=b=g

90°简单菱方R100066六方晶系晶系点阵常数布拉菲点阵点阵符号晶胞内结点数结点坐标六方晶系Hexagonala=b

ca=b=90°

g＝120°简单六方P100067单斜晶系晶系点阵常数布拉菲点阵点阵符号晶胞内结点数结点坐标单斜晶系Monoclnica

b

ca=g=90°

b简单单斜P1000底心单斜C2000，½½068三斜晶系晶系点阵常数布拉菲点阵点阵符号晶胞内结点数结点坐标三斜晶系Triclinica

b

ca

b

g

90°简单三斜P1000691.面心立方晶格（face-centeredcubic)简称（FCC或A1））

图1－4FCC晶格模型二、典型金属的晶体结构701）结构特点立方体的8个顶点个各有一个原子，

6个面的面心各有一个原子。

g－Fe、Au、Ag、Cu、Ni、Pb等面心立方晶格2）晶格参数

a=b=c=1aα＝β＝γ＝90°3）原子半径：通常指晶胞中原子密度最大方向上相邻两原子之间平衡距离的一半，或晶胞中相距最近的两个原子间距离的一半。4）晶胞原子数：一个晶胞中所含的原子数目。

n＝8×1／8＋6×1/2=4fcc晶胞中原子相距最近的方向是面对角线，因此

R＝a715）致密度和配位数致密度：单胞中原子体积与单胞体积之比图1－5FCC晶格配位数致密度和配位数是描述金属原子排列紧密程度的物理量，致密度和配位数子越大，原子排列的越紧密。配位数：单胞中与任一原子相距最近邻且等距离的原子个数。所以，CN＝12K＝=74％721）结构特点：八个顶点各有一个原子，立方体的体心有一个原子。

α－Fe、Cr、W、Mo等30种。2）晶格常数：a=b=c=1aα＝β＝γ＝90o

图1-6体心立方的晶体结构＝68％

CN＝84）单胞中的原子个数n＝8×1/8＋1＝22体心立方晶格（BCC或A2）3）原子半径：(体对角线方向）R＝5）K＝733密排六方结构1、结构特点：原子分布在六方晶胞的12个角上，上下底面的中心和两底面之间的三个均匀分布的间隙（3原子在底面上的投影恰为三个相间等边三角形的中心位置）中。属于此类晶格的金属有：Mg、Cd、Zn、Be等。（当原子之间距离相等时c/a=1.633最紧密结构）2、晶格常数：a=b

c，a=b=90º

，g=120º3、原子半径：R=a/2（上下底面的对角线方向）4、晶胞原子数：n=121/6+21/2+3=65、配位数CN=12密排六方结构＝close-packedHexagonalstructure,Hexagonalclose-packed(hcp)74晶体类型原子半径（R）

单胞原子个数（n）

致密度

（K）

配位数(CN）

常见金属

bcc268%8α-Fe、Cr、W等fcc474%12γ-Fe、Cu、Ni等hcp½a674%12Mg,Cd,Zn,Be等由以上数据可知：FCC，hcp为最紧密排列，BCC为次紧密排列。

晶体结构小结75（1）在晶向中任选一阵点为原点，三个基矢为坐标轴OX、OY、OZ。（2）选取距原点O最近的一点P，以一个a为度量单位，求出P点坐标值（x,y,z）（3）将坐标值乘以最小公倍数，将其化简成最小的整数放入[uvw]内

(不加逗号）例如：OA晶向指数为[110]，OX晶向指数为[100]，OY晶向指数为[010],OZ指数为[001]；XO指数为

[00]，ZA指数为终点坐标减始

点坐标,故晶向指数为[11]。AXYZO图1－7晶向指数的标志三、立方晶系晶向指数与晶面指数（一）晶向指数：表示某晶向的空间几何方位。用[uvw]表示。晶面：通过晶体中原子中心的平面。晶向：通过原子中心的直线为原子列，原子列代表的方向为晶向。1.立方晶系晶向指数的标志方法76(2).将各指数乘以-1如[001]与[00]代表空间另一组晶向2．晶向指数小结(1).一个晶向指数代表空间相互平行且方向相同的一

组晶向。[111]与[]相互平行，但方向相反。(3).晶向上原子排列规律相同但空间方位不同的晶向

属于同一晶向族，用<uvw>表示。（特点：数值相同，但符号与次序不同）如：<100>晶向族包括[100]+[010]+[001]+[00]+

[00]+[00]共6组。

<110>晶向族包括[110]+[101]+[011]+[10]+[01]+[01]再加上其反方向共12组。

<111>晶向族包括[111]+[11]+[11]+[11]再加上其反方向共8组.77（二）晶面指数（米勒指数）：表示晶面的空间几何方位，用(hkl)表示。1．晶面指数的标定方法（1）选择不在要表示的晶面上的晶格中的任一结点为空间坐标系的坐标原点O，以过该点的三条基矢为坐标轴OX、OY、OZ。（关键：晶面与坐标原点不能有交点）（2）以单位基矢为度量单位求出该晶面与坐标轴的截距（mnp）（3）取截距的倒数（1/m，1/n，1/p），化为最小整数放入（hkl）内图1－8晶面指数的标志78（1）一个晶面指数实际代表一组原子排列相同的相互平行的晶面。将晶面指数各乘以-1，表示同一晶面如（111）与（）（2）晶面空间方位不同但原子排列规律相同属于同一晶面

族，用{hkl}表示。如：

{100}晶面族包括（100）+（010）+（001）。

{110}晶面族包括（110）+(101)+(011)+(10)+(01)+(01){111}晶面族包括（111）+（11）+（11）+（11）4组2

晶面指数小结（三）、立方晶系晶向与晶面的关系1．指数相同的晶向与晶面相互垂直，如：（111)⊥[111]。2．晶向与晶面相互平行时满足hu+kv+lw＝0，如(111）∥[10]79图1－11单晶体的各向异性（四）单晶体的各向异性1、单晶体的各向异性：单晶体各个方向的机性、物性、化学性能等不同。

如：BCC结构的[111]方向的弹性模量

E[111]＝290000MPa，E[100]＝135000MPa，

而多晶体的E＝210000MPa。3、多晶体的伪各向同性：多晶体沿各个方向的性能相近。原因是：单晶体的各个方向原子排列规律不同。多晶体是由大量位向不同的晶粒和亚晶粒组成。2、非晶体的各向同性：非晶体沿各个方向的性能完全相同。80（五）、最密排晶向与最密排晶面1.

FCC结构的最密排晶面与最密排晶向为{111}与<110>

2.

BCC结构的最密排晶面与最密排晶向为{110}与<111>体心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度

81体心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度

晶向指数体心立方晶格面心立方晶格晶向原子排列晶向原子密度晶向原子排列晶向原子密度<100><110><111>晶向原子密度=原子数／长度82

课堂练习1.画图表示下列晶向及晶面

[111][110][011][001];(110)(100)2.写出{110}{100}及<111><110>所包括的各晶向和晶面指数.3.与(110)晶面平行的晶向为__;

与(110)晶面相垂直的晶向是____。4.面心立方晶格的最密排晶面族为____,最密排晶向族是____。5.体心立方晶格的最密排晶面族为____,最密排晶向族是____。6.面心立方晶格的原子半径是___,致密度为____,配位数是____。7.体心立方晶格的原子半径是___,致密度为____,配位数是____。83第二节实际金属的晶体结构实际金属的结构中存在缺陷，按照几何特征，晶体缺陷分为：点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。一、点缺陷（零维缺陷）点缺陷：指在三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径的缺陷。1、空位：就是没有原子的结点。空位间隙原子由于结晶或变形使金属原子脱离开平衡位置跑到间隙位置或晶体的外表面，在晶体内部便形成空位和间隙原子。图1－12晶体中的两种空位a)肖脱基空位b)弗兰克尔空位离开平衡位置的原子，有两种去处：一种可能是跑到表面，此时产生的空位叫肖脱基空位，另一种可能跑到点阵间隙中，形成弗兰克尔空位。在形成弗兰克尔空位时，伴随产生一个间隙原子。实际金属中常见的是肖脱基空位842、间隙原子间隙原子就是位于晶格间隙中的原子。有两种类型：自间隙原子杂质间隙原子从晶格结点转移到晶格间隙中的原子杂质原子进入晶格间隙中形成自间隙原子的同时产生一个空位，但形成自间隙原子非常困难，而金属中小原子半径的C、N、H、B易以间隙原子存在。杂质间隙原子及晶格畸变空位及晶格畸变85二、线缺陷(二维缺陷)

线缺陷：指两维尺度很小，而第三维尺度很大的缺陷，即位错。有两种类型：刃型位错与螺型位错。位错：由于变形或结晶，晶体的一部分相对晶体的另一部分相对滑移便产生位错。位错是变形部分与末变形部分的分界线。

1、刃型位错在金属晶体中，由于某种原因，晶体的一部分沿一定晶面ABCD相对于晶体的未动（下半）部分滑移了一个原子间距d，结果在滑移面ABCD的上半部分出现多余的半原子面EFGH。该半原子面中断于EF处，象一把刀插入晶体中，刀刃为EF线，因此把半原子面EFGH与滑移面ABCD的交线EF叫做刃型位错线。GH86刃型位错正刃型位错“

”：原子面位于滑移面的上部；负刃型位错“┬”：原子面位于滑移面的下部。刃型位错应该是晶格畸变的中心线，实际上为几个原子间距宽的长管道。87金属晶体中，右侧上下两部分原子沿滑移面ABCD发生了滑移，这时，已滑移区与未滑移区的边界线bb’，即位错线。而aa’右方的晶体，下面层原子相对错开了一个原子间距d，而在bb’与aa’之间出现了一个约有几个原子宽的过渡区，过渡区的原子的正常位置发生了错动，原子沿abcd….b’。原子每作一循环排列时，移动一原子间距。2、螺型位错88螺位错实际螺旋位错在空间是一个螺旋状的晶格畸变管道，宽仅为几个原子间距，长则可穿透晶体。89位错对性能的影响位错线周围产生晶格畸变(晶格歪扭现象)使材料的强度、硬度升高。

变形量越大，位错密度越大，材料的强度、硬度越高。

实际晶体中存在着大量的位错，一般以空间三维网状分布网络中的各线段可以是刃型，螺型或混合型位错。晶体中位错数目的多少一般用位错密度ρ表示，ρ=L/V，是单位晶体中所包含的位错线总长度，单位为cm/cm3

。在退火态金属中ρ≈106-108cm-2

，而经冷形变后ρ↑到1011~1012cm-2。90三．面缺陷(二维缺陷)

面缺陷：是指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。有两种类型：晶界(相邻晶粒位向差θ>1～3o)与亚晶界(θ<1～3o)

。1、晶界：位向不同的相邻晶粒之间的接触界面，属于面缺陷。随相邻晶粒位向的不同，晶界宽度为5~10个原子间距。晶界分小角度晶界(θ<10o)和大角度晶界(θ>10o)

。

图1－151Cr17不锈钢中的多晶体图1－16晶界原子排列示意图91小角度晶界1）小角度晶界:晶粒之间的位相差θ<l0o

晶粒内部的亚晶界(θ=1～3o)为小角度晶界。2）大角度晶界:晶粒之间的位相差θ>10o晶粒,

多晶体(θ>20o)为大角度晶界.3）晶界处原子排列紊乱，所以具有较高的界面能。

图1－17小角度晶界示意图（对称倾侧晶界）q/2q/2对称倾侧晶界：两晶粒位向差为q，是由一系列平行等距的刃位错垂直排列而组成的。扭转晶界922、亚晶界每个晶粒可分为若干个位向相差很小(一般θ<1～3o)的亚晶粒。亚晶粒之间的边界叫亚晶界。晶粒越细，晶界面积越大，材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好。

3、晶粒与晶界对性能的影响93第三节扩散原子在金属晶体中移动距离超过其平均原子间距的迁移现象。一、扩散定义二、扩散方式自扩散：原子的迁移不引起浓度变化的扩散，如纯金属中的扩散。异扩散：原子的迁移伴随有浓度变化的扩散，简称扩散，如杂质含量较高的金属中的扩散。三、扩散机制1）直接换位机制：相邻两原子直接交换位置。2）环形换位机制：同一平面上的几个原子绕某一瞬时轴旋转换位。1、换位扩散机制94扩散机制3、间隙扩散机制：杂质原子在晶格间隙中迁移。适用于杂质原子半径较小的原子如C、N、H、B等。2、空位扩散机制：通过空位的移动实现原子的迁移。95四、影响扩散的因素3、表面及晶体缺陷1、温度2、晶体结构在扩散激活能Q不变的条件下，扩散系数与温度成呈指数关系。D：扩散系数；D0:扩散常数，cm2s-1；Q：扩散激活能，J/mol；R：气体常数，8.3143Jmol-1K-1；T：绝对温度，K可见，在一定温度范围内，提高加热温度可以加速扩散过程。温度是影响扩散速度的主因。

不同晶型结构的晶体中原子的扩散速度不同。如，Fe在910°C，要发生g-Fe

a-Fe转变。而体心立方a-Fe的自扩散系数大约为面心立方g-Fe的240倍。而C、N等元素在a-Fe中的扩散系数，也远大于在g-Fe中的。致密度较低的晶体结构扩散激活能较低。

金属的表面和内表面尤其是晶界及亚晶界等，由于存在大量的缺陷，晶格畸变较大，原子处于较高的能量状态，激活能小，易实现跃迁。金属内外表面上的扩散较体内扩散快100~1000倍。964.固溶体类型间隙扩散激活能显著低于空位扩散激活能，因而系数较大。97第四节金属的结晶与铸锭金属由液态转变为固态的凝固过程，实质上是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。（一）结晶的概念结晶：金属由液态凝固为固态的现象。一次结晶：金属由液态过渡为固体晶态的转变。二次结晶：金属由一种固态过渡为另一种固体晶态的转变。（二）结晶的分类一、金属的结晶981．当G液=G固时结晶不能进行。

2．当G液<G固时,熔化是自发过程。

3．只有当G固<G液时,结晶是自发过程。

图1－18G与ΔT的关系曲线（三）结晶的热力学金属结晶的热力学条件是：固相的自由能必须低于液相的自由能，即G液>G固，才能使ΔT>0。G液－G固＝ΔG为相变的驱动力。ΔT↑则ΔG↑，结晶容易进行。或者说，金属从高温冷却下来时，必须使温度低于T0结晶过程才能进行。Tn：实际结晶温度；T0或Tm：理论结晶温度（熔点）993.结论：1）纯金属恒温结晶。2）过冷是结晶的必要条件（根本原因？）图1-19温度－时间曲线（四）金属结晶的过冷现象与过冷度1.过冷现象：指液态金属实际结晶温度（Tn）低于理论结晶温度(Tm)的现象。（或指实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象。）2.过冷度(ΔT)：Tm-Tn=ΔT

结晶冷却速度越大↑，过冷度ΔT越大↑；ΔT↑则结晶所需要的时间越短。V3＞V2＞V1V1V2V3平台现象：液态金属由高温冷却下来时，由于周围环境吸热，温度会均匀下降，由于结晶时会释放结晶潜热，弥补了金属向四周散发的热量，使液态金属在结晶过程中保持温度不变，出现水平“平台”，结晶结束，温度继续均匀下降。100二、金属结晶过程2.孕育期－在某一过冷度下等温停留的时间。过冷度越大，孕育期越短，结晶容易进行。1．金属结晶一般包括：晶核的形成（形核）与晶核的长大，而且是边形核、边长大的规律。（一）金属结晶的一般规律图1-20金属结晶过程示意图晶胚晶核1011.形核当过冷度达到一定数值时，晶胚尺寸便能满足形核所需要的晶核尺寸的要求，晶胚(过冷液相中近程排列原子集团)便成为晶核。图1-21树枝状生长示意图2.长大晶核形成后，在较小的ΔT下便能自发的长大，首先长出一次晶轴，二次晶轴、三次晶轴┉的树枝状晶体。由于晶粒间长大相互妨碍，最后长成多边形的晶粒。（二）形核与长大自发形核(均匀形核）：从液体内部自发长出的结晶核心。非自发形核：依附于杂质而生成的晶核。（需过冷度小，实际优先、主导）102（三）晶粒的细化晶粒度：就是指晶粒的大小，用单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）来表示。1、晶粒度晶粒是由一个晶核长成的晶体，实际金属的晶粒在显微镜下呈颗粒状。晶粒越细，金属不仅强度高，塑性、韧性也好。细化晶粒是提高材料机械性能的重要手段。1033.动态细化在浇铸前，搅拌、超声振动、电磁振动等使ΔT↑，N↑，以达ZV↑。可以折断、分裂枝晶，增加晶核数目。图1-22金属晶粒度大小与过冷度的关系2.工业中细化铸态金属晶粒的措施ΔT↑，ZV↑,晶粒越细。

N－形核率，G－长大速度

ZV－为单位体积中的晶粒数目2.变质处理在液态金属中加入能促进形核（N↑），抑制长大（G↓）的形核剂，使ZV↑，以达细化晶粒的目的。1）提高结晶时的冷却速度，增大过冷度104三、金属铸锭组织由于柱状晶区的形成，散热无方向性，且N↓↓，长成粗等轴晶区。该晶区，晶粒粗大，性能无方向性。图1-23铸锭组织三晶区（一）细晶粒区（外壳层）浇铸时，由于激冷，使ΔT↑↑，模壁凹凸不平，促进形核，在极短的时间内形成大量的晶核，组织致密，但很薄。细晶粒区的成分均匀，强度高，韧性好.（二）柱状晶区（垂直于铸锭表面）随着细晶粒区的形成，使ΔT↓↓，N↓↓且散热出现了方向性，故长成垂至于模壁方向的平行的柱状晶体。该晶区，晶粒相互平行，性能出现了方向性。而且在柱状晶区交界处出现了性能的脆弱面。（三）中心粗等轴晶区铸件：铸造后不再经塑性加工的产品；铸锭：铸造后还要经塑性加工的产品。散热方向105第三章

Fe-C合金相图106本章内容§3－1纯铁及其铁碳合金§3－2Fe-Fe3C相图分析§3－3典型合金的平衡结晶过程§3－4合金的成分与组织及性能之间的关系§3－5Fe-Fe3C相图的应用及局限性107§3－1纯铁及其铁碳合金Ⅰ、铁和碳可以形成的一系列化合物，即Fe3C、Fe2C、FeC等。Fe-C相图可分为几部分：FeFe3CFe2CFeCCC,%

6.69%9.70%17.7%脆性大，无实用意义108Fe-Fe3C合金相图Ⅱ

纯铁及其铁碳合金相912℃

1394℃一、工业纯铁及其特性工业纯铁指含杂质为0.10～0.20％的纯铁，sb、HB低，d、aK

好。（一）特性：1.纯铁具有同素异晶转变：在固态不同温度发生晶格类型的转变。

即α-Feγ-Feδ-Fe(BCC)(FCC)(BCC)sb=180~230MPaHB=50~80d=30~50%aK=160~200J/cm2j=70~80%主要利用其高的导磁率，作电工材料。1102.碳原子溶入α-Fe、γ-Fe的可形成间隙固溶体。(1)

a相：又称为铁素体－Ferrite：碳原子溶入α-Fe的间隙形成的固溶体，用“F”或“a”表示。呈体心立方晶格，最大含碳量为0.0218%，(P点)温度为727℃。性能－бb、HB低，δ、αK好。（2）g相：又称为奥氏体－Austenite：是碳原子溶入γ-Fe中的间隙形成的固溶体，用“A”或“g”表示，具有FCC晶体结构

。含碳量为－727℃时为0.77%；1148℃时为2.11％性能－高塑性、高韧性、良好的锻造性能，强度、硬度较低.（3）d相：又称为高温铁素体：是碳原子溶入d-Fe中的间隙形成的固溶体，用“d”表示，具有BCC晶体结构

。最大含碳量为1495℃时为0.09%。111二、渗碳体（Fe3C）－CementiteFe3C为复杂结构的间隙化合物，属于正交晶系，含碳量为6.69％。通常称为“渗碳体”，用符号Cm表示。性能：高硬度，高脆性，塑性近似为零，加热易分解。sb=30MPaHB=800d=0物相形貌：渗碳体根据形成条件不同，有条状、网状、片状、粒状等，对性能有较大影响。Fe3C

3Fe＋C（石墨）石墨具有六方结构,强度、硬度极低

§3－2Fe-Fe3C相图分析

图1Fe-Fe3C相图113一、Fe-Fe3C相图中的点符号温度（℃）含碳量（%）说明A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液相合金的成分C11484.30共晶点D12276.69渗碳体的熔点(计算值)E11482.11C在奥氏体中的最大溶解度F11486.69渗碳体的成分G9120

-Fe

-Fe同素异构转变点（A3）H14950.09C在

中的最大溶解度J14950.17包晶点K7276.69渗碳体的成分L06.69渗碳体的成分M7700纯Fe的居里点N13940

-Fe

-Fe同素异构转变点（A4O7700.5铁素体的磁性转变温度P7270.0218C在

中的最大溶解度Q室温0.0008室温时C在

中的最大溶解度S7270.77共析点（A1）114三个重要点：J、C、S共晶反应的产物是A与Fe3C的共晶混合物，称为莱氏体（Ledeburite)，以Le或Ld表示。J点：包晶点。LB+dHAJ1495˚CL0.53+d0.09A0.171495˚CC点：共晶点：LCAE+Fe3C1148˚CL4.3A2.11+Fe3C1148˚CL4.31148˚CLe4.3115莱氏体组织莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体，在显微镜下为块状或粒状A分布在渗碳体基体上。116共析点S共析产物：铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体（Pearlite），以符号P表示。其中FP=88%,Fe3C=12%ASFP+Fe3C727˚CS点：共析点：A0.77F0.0218+Fe3C727˚CA0.77727˚CP0.77性能：强度较高，塑性、韧性和硬度介于F与Cm之间。层片状二、相及相区

相区：五个单相区：L、d、

A、F、Fe3C。七个双相区：L＋A、L＋d、

L+Fe3C、d

＋A、A＋F、A＋Fe3C、F＋Fe3C。三个三相区：L+d+A、

L＋A＋Fe3C、F+A+Fe3C相：L、d、A、F、Fe3C五个相。三、线:(一)液相线-ABCD线

(二)固相线-AHJECF线(三)三条水平线

共晶线－ECF线

包晶线－HJB线

共析线－PSK线－A1线(四)同素异晶转变线－GS线（A3线），加热时由F→A，

冷却时由A→F

(五)溶解度曲线2.

PQ线，C在F中的溶解度曲线。合金自727℃冷至室温时，由F→Fe3CⅢ

1.ES线:

C在A中的溶解度曲线，大于S点碳含量合金，由1148℃冷却到727℃时A→Fe3CⅡ，ES线又叫Acm§3－3典型合金的平衡结晶过程一.Fe-C合金分类（一）工业纯铁:C％<0.0218％（二）钢:含C％为0.0218％～2.11％

1.共析钢C％＝0.77％

2.亚共析钢0.0218％<C％<0.77％

3．过共析钢0.77％<C％<2.11％(三)白口铸铁:2.11％<C％<6.69％

1.共晶白口铁C％＝4.3％

2．亚共晶白口铁2.11％<C％<4.3％

3．过共晶白口铁4.3％<C％<6.69％120

二．典型合金的结晶过程（一）工业纯铁（C<0.0218%)1．当T在T1～T2时，由L→δ2．在T2～T3时δ的成分不变

3.在T3～T4时由δ→A

4.T4～T5,A成分不变

5.T5～T6,由A→F

室温组织为：F+Fe3CⅢ图2典型铁碳合金在Fe-Fe3C相图中的位置

F:白色等轴晶粒；Fe3C：呈小白片状分布于F晶界121（二）钢1.共析钢（0.77％C）图3共析钢的结晶过程及冷却曲线122共析钢的室温组织(1000X)，单P组织123共析钢的室温组织(5000X)1241.共析钢（0.77％C）

727℃（1）T在T1～T2时由L→A初随T↓L％↓，A％↑。（2）当T=727℃时发生共析反应生成珠光体,恒温结晶AS(FP

+Fe3C共析)（P）室温组织为:珠光体P(F+Fe3C)珠光体中相组成物相对重量:WF=×100%=88.7%WFe3C共析

=×100%=11.3%1252.亚共析钢的结晶过程分析亚共析钢的结晶过程及冷却曲线126亚共析钢的室温组织(30钢-0.30%C)，白色F，黑块P127亚共析钢的室温组织(40钢-0.40%C)128

2.亚共析钢WFe3C

=

1-94%

=6%

727℃

(1)T4～T5之间由A→F初.(2)T=727℃时发生共析反应，生成珠光体.AS(FP

+Fe3C共析)（P）共析后组织：F初＋P（F＋Fe3C）共析后0.4%C钢组织中组织组成物相对重量为:WP

=×100%=50.5%WF初

=1–50.5%

=49.5%共析后组织中相组成物相对重量为:WF=×100%=94%

1293.过共析钢的结晶过程分析图4-9过共析钢的结晶过程及冷却曲线130过共析钢的结晶后的室温组织(苦味酸腐蚀液)块状P＋黑色Fe3CⅡ131过共析钢的结晶后的室温组织(4%HNO3腐蚀液)块状P＋白色Fe3CⅡ1323.过共析钢P％＝1－7％＝93％

727℃（1）T1～T2之间，由L→A（2）T2～T3之间，A成分不变（3）T3～T4之间由A→Fe3CⅡ,

组织为：A＋Fe3CⅡFe3CⅡ呈网状沿奥氏体晶界析出.（4）T4时，剩余奥氏体发生共析反应生成珠光体.

反应式为：AS(FP

+Fe3C共析)(P)室温组织：Fe3CⅡ＋P室温组织组成物相对重量为：Fe3CⅡ％＝×100％＝7％133（三）白口铸铁-1.共晶白口铁图11共晶白口铁的结晶过程及冷却曲线134图12共晶铸铁室温组织：白色共晶Fe3C基体上+点状和棒状P1351．共晶白口铁结晶过程分析（1）合金在1148℃发生共晶反应，生成高温莱氏体，恒温结晶，LC(AE+Fe3C共晶)Le

莱氏体基体为Fe3C共晶，第二相为A。

组织为：Le（A＋Fe3C共晶）

(2)合金在1148℃～727℃之间冷却时，

由A→Fe3CⅡ

组织为：Le（A＋Fe3CⅡ＋Fe3C共晶）（3）合金在727℃时剩余A发生共析反应生成P组织

AS

（FP

+Fe3C共析)P，Le→L‘e

Le′为低温莱氏体。

室温组织为Le′（P＋Fe3CⅡ＋Fe3C共晶）

1148℃

727℃1362.亚共晶白口铁结晶过程分析图13亚共晶白口铁的结晶过程及冷却曲线137图14亚共晶铸铁室温组织:P＋Fe3CⅡ+Le’:共晶Fe3C基体＋点状和棒状P1382.亚共晶白口铁(1)T1～T2之间由L→A初

组织为：L＋A(2)T=1148℃时发生共晶反应，生成莱氏体Le

组织为：

A＋Le

（A＋Fe3C共晶）(3)1148℃～727℃之间冷却时，

由A→Fe3CⅡ

组织为:A＋Fe3CⅡ＋Le（A＋Fe3CⅡ＋Fe3C共晶）(4)T=727℃时，剩余A发生共析反应生成P

Le→Le′(P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶）

室温组织为：P＋Fe3CⅡ＋Le′

1392.过共晶白口铁的结晶过程分析图15过共晶白口铁的结晶过程及冷却曲线

140

图16过共晶铸铁室温组织:白条状先共晶Fe3CⅠ+Le’1412.过共晶白口铁

(1)T=T1时，由L→Fe3CⅠ

组织为:L＋Fe3CⅠ(2)T=1148℃时剩余L相发生共晶反应生成高温莱氏体组织为:Fe3CⅠ＋Le

(3)合金在1148℃～727℃之间冷却时由A共晶→Fe3CⅡ

组织为：Fe3CⅠ＋Le(4)T=727℃时剩余A共晶发生共析反应生成P,

Le→Le′

室温组织为：Fe3CⅠ＋Le′

142

图17Fe-Fe3C相图组织组成物相