第三章 合金基本组织与铁碳合金相图

1、第一节 合金的基本组织与性能,第二节 铁碳合金,第一节 合金的基本组织与性能,纯金属由于强度、硬度比较低，无法满足各种零件对力学性能的要求，在使用上受到很大限制。 实践证明，在纯金属中加入其他金属或非金属元素，可以使其力学性能发生明显改变。 如铝合金就是在铝中加入了少量的铜、镁、锰等元素，力学性能得到明显提高，而且仍然保持了纯铝质量轻、便于加工的优点，被广泛用于航空航天、汽车制造及日常生活中的各个领域。,一、合金的基本概念,1. 合金,合金以一种金属为基础，再加入一种或多种金属或非金属元素形成的金属材料。,2. 组元,组元组成合金的最基本的独立物质。 按照组元的数目，合金可分为二元合金、三元合

2、金和多元合金。,3. 合金系,合金系组元不变，而组元比例发生变化，可以得到一系列不同成分的合金。,4. 相,相是组成合金组织的基本单元。合金中化学成分、结构及性能相同的组成部分称为相，相与相之间具有明显的界面。,5. 组织,合金的组织是指合金中不同种类、形态、大小、数量和分布状况的相相互组合而成的综合体。组织可由单相组成，也可由两个或两个以上的相组成。只有一种相组成的组织称为单相组织，由两种或两种以上的相组成的组织称为多相组织。,二、 合金的基本组织与性能,1固溶体,固溶体一种组元的原子溶入另一种组元的晶格中所形成的均匀固相。,（1）间隙固溶体,固溶体的结构示意图 a）间隙固溶体 b）置代固溶

3、体,（2）置代固溶体,溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体。,溶质原子代替部分溶剂原子，占据溶剂晶格中的某些节点位置而形成的固溶体。,溶质原子对晶格畸变的影响示意图 a） 置代固溶体 b） 间隙固溶体,2金属化合物,合金组元间发生相互作用而形成的一种具有金属特性的物质称为金属化合物。金属化合物的组成一般可用化学分子式来表示。其性能特点是熔点较高、硬度高、脆性大。金属化合物是许多合金的重要组成相。,3混合物,两种或两种以上的相按一定质量分数组成的物质称为混合物。 混合物中的组成部分可以是纯金属、 固溶体或化合物各自的混合， 也可以是它们之间的混合。 混合物中各相既不溶解，也不化合，它们保

4、持自己原来的晶格。,三、合金的成分、组织和性能,1. 单相固溶体组织,当溶质元素含量超过其在溶剂晶格中的溶解度时，溶质与溶剂将形成金属化合物，此时，合金组织由强度较低、塑性较好的固溶体与硬而脆的金属化合物组成。,2. 固溶体与金属化合物的混合物组织,这种组织多出现在溶质元素加入量较少或溶质元素在溶剂晶格中溶解度较大的合金中,其中前者占绝大多数。 其显微组织形态与纯金属相似，强化途径仅仅是固溶强化。,第二节 铁碳合金,铁碳合金是实际生产中应用最广泛的一种金属材料。铁碳合金是一个合金系，不同的成分配比组成不同的合金，成分不同，其内部组织也就不同。当成分一定时，随着温度的变化，其内部组织也会发生变化

5、。 成分和温度是影响铁碳合金组织的重要因素，这就形成了成分温度组织三者之间的自然关系。,一、铁碳合金的基本组织与性能,1铁素体,铁素体的模型,铁素体的显微组织,铁素体碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体，用符号F表示。 铁素体的含碳量低，其性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度和硬度较低。,2奥氏体,碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。奥氏体的强度和硬度不高，但具有良好的塑性，是绝大多数钢在高温锻造和轧制时所要求的组织。,奥氏体的模型,3渗碳体,4珠光体,渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，含碳量为6.69%，其化学式为 Fe3C。渗碳体硬度高，脆性大。,珠光体是铁素体和渗

6、碳体的混合物，用符号P表示。 珠光体的强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。,珠光体的显微组织（1000）,5莱氏体,莱氏体是含碳量为4.3%的铁碳合金，在1148时从液相中同时结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld表示。由于奥氏体在727时还将转变为珠光体，所以在室温下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成，这种混合物称为低温莱氏体，用符号 Ld表示。莱氏体的力学性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。,二、铁碳合金相图,1. 铁碳合金相图的概念,简化后的Fe-Fe3C相图,2铁碳合金相图的含义与分析,（1）Fe-Fe3C相图中的特性点及其含义,Fe - Fe3 C 相图中的特性点及其含义,（2） F

7、e-Fe3C相图中的特性线及其含义,1）ACD线（液相线）。此线以上区域全部为液相，用L表示。,2）AECF线（固相线）。液态合金冷却到此线全部结晶为固态， 此线以下为固相区。,3）GS线。冷却时从奥氏体中析出铁素体的开始，用符号A3表示。,4）ES线。碳在奥氏体中的饱和溶解度曲线（固溶线），用符号 Acm表示。,5）ECF线（共晶转变线）。当液态合金冷却到此线时（1148）， 将发生共晶转变。,6）PSK线（共析转变线）。常用符号Al表示。当合金冷却到此线时（727）， 将发生共析转变。,Fe-Fe3C相图中的特性线及其含义,三、 铁碳合金的分类,1工业纯铁,含碳量 wC 0. 0218%的

8、铁碳合金称为工业纯铁，其室温组织为铁素体。,2. 钢,含碳量wC = 0.0218%2.11%的铁碳合金称为钢。可分为：亚共析钢（0.0218% wC 0.77%）、共析钢（wC=0.77%）、过共析钢（0.77% wC 2.11%）。,3. 白口铸铁,含碳量wC=2.11%6.69%的铁碳合金称为白口铸铁。可分为：亚共晶白口铸铁 （2.11%wC4.3%）、共晶白口铸铁（wC=4.3%）、过共晶白口铸铁（4.3%wC6.69%）。,四、典型铁碳合金的结晶过程分析,1. 共析钢（含碳量为0.77%）,典型合金在Fe-Fe3C相图中的位置,共析钢的结晶过程,2. 亚共析钢,亚共析钢的结晶过程,含碳量为0.45%的亚共析钢在室温下的显微组织（200）,3. 过共析钢,过共析钢的结晶过程,含碳量为1.2%的过共析钢 在室温下的显微组织（400）,4. 白口铸铁,共晶白口铸铁的结晶过程,共晶白口铸铁的显微组织（200