1、1.金屬結構金屬結構一、晶體概念一、晶體概念 1、晶體與非晶體、晶體與非晶體晶體晶體是指原子呈規則排列的固體。是指原子呈規則排列的固體。常態下金屬主常態下金屬主要以晶體形式存在。要以晶體形式存在。晶體具有各向異性晶體具有各向異性。非晶體非晶體是指原子呈無序排列的固體。是指原子呈無序排列的固體。在一定條件在一定條件下晶體和非晶體可互相轉化。下晶體和非晶體可互相轉化。第二章第二章 工程材料的結構工程材料的結構2、晶格與晶胞、晶格與晶胞 晶格：晶格：用假想的直線將原子中心連接起來所形成用假想的直線將原子中心連接起來所形成的三維空間格架。的三維空間格架。直線的交點（原子中心）稱結點直線的交點（原子中心

2、）稱結點。由結由結點形成的空間點的陣列稱空間點陣點形成的空間點的陣列稱空間點陣(晶格晶格) 晶胞：晶胞：能代表晶格原子排列規律的最小幾何單元。能代表晶格原子排列規律的最小幾何單元。 晶系：晶系：根據晶胞參數不同，將晶體分為七種晶系。根據晶胞參數不同，將晶體分為七種晶系。90%以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。立方晶系：立方晶系：a=b=c， = = =90 六方晶系六方晶系：a1=a2=a3 c， = =90 ， =120 立方立方六方六方四方四方菱方菱方正交正交單斜單斜三斜三斜l 晶格常數：晶格常數：晶晶胞各邊的尺寸胞各邊的尺寸 a、b、c。l各棱間的夾角用

3、各棱間的夾角用 、 、 表示。表示。 原子半徑：原子半徑：晶胞中原晶胞中原子密度最大方向上相鄰子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。原子間距的一半。l 晶胞原子數：晶胞原子數：一個晶胞內一個晶胞內所包含的原子數目。所包含的原子數目。l* 配位數：配位數：晶格中與任一晶格中與任一原子距離最近且相等的原子原子距離最近且相等的原子數目。數目。l* 致密度致密度：晶胞中原子本晶胞中原子本身所占的體積百分數。身所占的體積百分數。三、三種常見的金屬晶格三、三種常見的金屬晶格1、純金屬的晶體結構、純金屬的晶體結構金屬原子是通過正離子與自金屬原子是通過正離子與自由電子的相互作用而結合的，由電子的相互作用而結合的

4、，稱為稱為金屬鍵金屬鍵。金屬原子趨向于緊密排列。金屬原子趨向于緊密排列。l具有良好的導熱性、導電性、延展性及金屬光澤。具有良好的導熱性、導電性、延展性及金屬光澤。l常見純金屬的晶格類型有常見純金屬的晶格類型有體心立方體心立方(bcc)、面心立方面心立方(fcc)和和密排六方密排六方(hcp)晶格。晶格。 體體心心立立方方晶晶格格體心立方晶格體心立方晶格體心立方晶格的參數體心立方晶格的參數體心立方晶格體心立方晶格原子個數：原子個數：2配位數：配位數： 8致密度：致密度：0.68常見金屬：常見金屬： -Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等等晶格常數：晶格常數：a(a=b=c)ar43 原子半徑：原子半

5、徑： 面面心心立立方方晶晶格格面心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格的參數面心立方晶格的參數 a42r ：原子半徑原子半徑原子個數：原子個數：4配位數：配位數： 12致密度：致密度：0.74常見金屬：常見金屬： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等晶格常數：晶格常數：a面心立方晶格面心立方晶格 密排六方晶格密排六方晶格密排六方晶格的參數密排六方晶格的參數*a21r ：原子半徑原子半徑原子個數：原子個數：6配位數：配位數： 12致密度：致密度：0.74常見金屬：常見金屬： Mg、Zn、 Be、Cd等等晶格常數：晶格常數：底面邊長底面邊長 a 和高和高 c， c/a=1.633密排六方晶格密排六

6、方晶格*3、晶面、晶向表示方法、晶面、晶向表示方法晶體中各方位上的晶體中各方位上的原子面稱原子面稱晶面。晶面。各方向上的原子列各方向上的原子列稱稱晶向。晶向。晶面指數晶面指數表示晶面的符號稱表示晶面的符號稱晶面指數晶面指數。立方晶系確定步立方晶系確定步驟為：驟為： 確定原點，建立坐標系，求出所求晶面在三個確定原點，建立坐標系，求出所求晶面在三個坐標軸上的截距。坐標軸上的截距。 取三個截距值的倒數并按比例化為最小整數，取三個截距值的倒數并按比例化為最小整數，加圓括弧，形式為（加圓括弧，形式為（hkl）。）。例一例一.求截距為求截距為 、1、 晶面的指數晶面的指數 截距值取倒數為截距值取倒數為0、

7、1、0，加圓括，加圓括弧得（弧得（010）例二例二.求截距為求截距為2、3、 晶面的指數晶面的指數 取倒數為取倒數為1/2、1/3 、 0, 化為最小化為最小整數加圓括弧得（整數加圓括弧得（320）例三例三.畫出（畫出（112）晶面）晶面 取三指數的倒數取三指數的倒數1、1、1/2, 化成最化成最小整數為小整數為2、2、1，即為，即為X、Y、Z三三坐標軸上的截距坐標軸上的截距 晶向指數晶向指數表示晶面的符號稱晶面指數。表示晶面的符號稱晶面指數。其確定步驟為：其確定步驟為： 確定原點，建確定原點，建立坐標系，過原立坐標系，過原點作所求晶向的點作所求晶向的平行線。平行線。 求直線上任一求直線上任一

8、點的坐標值并按點的坐標值并按比例化為最小整比例化為最小整數，加方括弧。數，加方括弧。形式為形式為uvw。例一、例一、已知某過原點晶向上一點的坐標為已知某過原點晶向上一點的坐標為1、1.5、2，求該直線的晶向指數。求該直線的晶向指數。將三坐標值化為最小整數加方括弧得將三坐標值化為最小整數加方括弧得234。l例二、例二、已知晶向指已知晶向指數為數為110, 畫出該畫出該晶向。晶向。l找出找出1、1、0坐標點坐標點,連接原點與該點的連接原點與該點的直線即所求晶向。直線即所求晶向。110234(hkl)與與uvw分別表示的是一組平行的晶向和晶面。分別表示的是一組平行的晶向和晶面。指數雖然不同，但原子排

9、列完全相同的晶向和晶面指數雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面稱作稱作晶向族晶向族或或晶面族晶面族。分別用分別用hkl和和表示。表示。立方晶系常見的晶面為：立方晶系常見的晶面為：)111()111()111()111(:111)110()011()101()011()101()110(:110)001()010()100(:100 、110（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY立方晶系常見的晶向為：立方晶系常見的晶向為：111111111111:111110011101011101110:110001010100:100 、111111111111XZY說明：說

10、明： 在立方晶系中，指數在立方晶系中，指數相同的晶面與晶向相相同的晶面與晶向相互垂直互垂直。 遇到負指數，遇到負指數，“-”-”號放在該指數的上方。號放在該指數的上方。 晶向具有方向性，晶向具有方向性， 如如110與與110方方 向相反。向相反。XZY(221)221110110 六方晶系的坐標系由六方晶系的坐標系由4個坐標軸組成，個坐標軸組成，如圖如圖2-7所示。所示。 在底平面上選擇在底平面上選擇3個坐標軸并互成個坐標軸并互成120夾角，三軸交點為原點夾角，三軸交點為原點O，通過，通過原點與三軸垂直的方向為第原點與三軸垂直的方向為第4坐標軸。坐標軸。晶面指數用（晶面指數用（hkil）表示；

11、晶面族用）表示；晶面族用hkil表示。表示。晶面族指數用晶面族指數用uvtw表示；晶向族用表示；晶向族用表示。表示。指數的確定與立方晶系相同。指數的確定與立方晶系相同。（3）六方晶系的晶面指數與晶向指數）六方晶系的晶面指數與晶向指數 三種常見晶格的密排面和密排方向三種常見晶格的密排面和密排方向單位面積晶面上的原子數稱晶面原子密度。單位面積晶面上的原子數稱晶面原子密度。單位長度晶向上的原子數稱晶向原子密度。單位長度晶向上的原子數稱晶向原子密度。原子密度最大的晶面或晶向稱原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。密排面或密排方向。密排面密排面數量數量密排方向密排方向數量數量體心立方晶格體心立方晶

12、格11064面心立方晶格面心立方晶格11146密排六方晶格密排六方晶格六方底面六方底面1底面對角線底面對角線3三種常見晶格的密排三種常見晶格的密排面和密排方向面和密排方向六方底面六方底面底面對角線底面對角線密排六方晶格密排六方晶格面心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格體心立方晶格體心立方體心立方(110)面面面心立方面心立方(111)面面密排六方底面密排六方底面四、晶體的各向異性四、晶體的各向異性 由于晶體中不同晶面和晶向上的原子密度不同，由于晶體中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶體在不同方向上的性能便有所差異，這因而晶體在不同方向上的性能便有所差異，這叫叫晶體的各向異性晶體的各向異性。4

13、 金屬的實際結構和晶體缺陷金屬的實際結構和晶體缺陷l變形金屬晶粒尺寸約變形金屬晶粒尺寸約1100 m，鑄造金屬可達幾鑄造金屬可達幾mm。純鐵組織純鐵組織晶粒示意圖晶粒示意圖一、一、多晶體結構多晶體結構單晶體：單晶體：其內部晶格方位完全其內部晶格方位完全一致的晶體。一致的晶體。晶粒：晶粒：實際使用的金屬材料是實際使用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外形不由許多彼此方位不同、外形不規則的小晶體組成，這些小晶規則的小晶體組成，這些小晶體稱為體稱為晶粒晶粒。鉛錠宏觀組織鉛錠宏觀組織晶粒越細小，晶界面積越大。晶粒越細小，晶界面積越大。多晶體：多晶體：由多晶粒組成的晶體結構。由多晶粒組成的晶體結構。光學金

14、相顯示的純鐵晶界光學金相顯示的純鐵晶界多晶體示意圖多晶體示意圖二、二、 晶體缺陷晶體缺陷晶格的不完整部位晶格的不完整部位稱稱晶體缺陷晶體缺陷。實際金屬中存在著實際金屬中存在著大量的晶體缺陷，大量的晶體缺陷，按形狀可分三類，按形狀可分三類，即即點點、線線、面面缺陷。缺陷。 點缺陷點缺陷 空間三維尺寸都空間三維尺寸都很小的缺陷。很小的缺陷。l空位空位 間隙原子間隙原子 置換原子置換原子l 線缺陷線缺陷晶體中的位錯晶體中的位錯l位錯：位錯：晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體發生局部晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體發生局部滑移，滑移面上已滑移區與未滑移區的交界線稱作滑移，滑移面上已滑移區與未滑移區的

15、交界線稱作位錯位錯。刃型位錯：刃型位錯：當一個完整晶體某晶面以上的某處多出半個原子面，該當一個完整晶體某晶面以上的某處多出半個原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個多余原子面的邊緣就是晶面象刀刃一樣切入晶體，這個多余原子面的邊緣就是刃型位錯刃型位錯。螺型位錯螺型位錯其特征相當于從一個面其特征相當于從一個面AB切至另一個面切至另一個面CD，然后左右兩邊沿切開面作綜合平移與旋轉一個或幾，然后左右兩邊沿切開面作綜合平移與旋轉一個或幾個原子面距。這樣另一個面個原子面距。這樣另一個面CD周圍的原子就是螺旋線型周圍的原子就是螺旋線型排列。排列。CD為位錯線。如圖為位錯線。如圖2-9（b）所示。）所示。位錯

16、線周圍晶格發生畸變，原子排列不規則位錯線周圍晶格發生畸變，原子排列不規則 位錯密度：位錯密度：單位體積內所包含單位體積內所包含的位錯線總長度。的位錯線總長度。 = S/V(cm/cm3或或1/cm2)金屬的位錯密度為金屬的位錯密度為106108/cm2位錯對性能的影響位錯對性能的影響：金屬的塑金屬的塑性變形主要由位錯運動引起，性變形主要由位錯運動引起，因此阻礙位錯運動是強化金屬因此阻礙位錯運動是強化金屬的主要途徑。的主要途徑。減少或增加位錯密度都可以提減少或增加位錯密度都可以提高金屬的強度。高金屬的強度。金屬晶須金屬晶須退火態退火態(105-108/cm2) 加工硬化態加工硬化態(1011-1

17、012/cm2) 電子顯微鏡下的位錯觀察電子顯微鏡下的位錯觀察 面缺陷面缺陷晶界與亞晶界晶界與亞晶界晶界是不同位向晶粒的過度部位晶界是不同位向晶粒的過度部位，寬度為，寬度為510個原子間距，位向差個原子間距，位向差一般為一般為2040。亞晶粒亞晶粒是晶粒內部的尺寸很小是晶粒內部的尺寸很小,位向差也很小位向差也很小(10 2 )的小晶塊。的小晶塊。亞晶粒之間的交界面稱亞晶粒之間的交界面稱亞晶界亞晶界。亞晶界也可看作位錯壁。亞晶界也可看作位錯壁。晶界示意圖亞晶界示意圖亞晶組織一、結晶的概念一、結晶的概念物質由液態轉變為固態的物質由液態轉變為固態的過程稱為過程稱為凝固凝固。物質由液態轉變為晶態的物質

18、由液態轉變為晶態的過程稱為過程稱為結晶結晶。物質由一個相轉變為另一物質由一個相轉變為另一個相的過程稱為個相的過程稱為相變相變。因因而結晶過程是相變過程。而結晶過程是相變過程。玻璃制品玻璃制品水晶水晶5 純金屬結晶純金屬結晶純金屬都有一個理論結晶溫度純金屬都有一個理論結晶溫度T0(熔點或平衡結晶溫度熔點或平衡結晶溫度)。在該。在該溫度下溫度下, 液體和晶體處于動平衡液體和晶體處于動平衡狀態。狀態。自由能（）自由能（）：物質中能夠自動向：物質中能夠自動向外界釋放出其多余的或能夠對外界釋放出其多余的或能夠對外作功的這一部分能量。外作功的這一部分能量。理論結晶溫度（理論結晶溫度（0 ）：結晶速度：結晶

19、速度與溶解速度相等時所對應的溫與溶解速度相等時所對應的溫度度(液液=晶晶）。）。結晶驅動力結晶驅動力液液晶晶冷卻曲線冷卻曲線：金屬結晶時溫度與時間的關金屬結晶時溫度與時間的關系曲線稱冷卻曲線。曲線上水平階段系曲線稱冷卻曲線。曲線上水平階段所對應的溫度稱實際結晶溫度所對應的溫度稱實際結晶溫度T1。曲線上水平階段是由于結晶時放出結晶曲線上水平階段是由于結晶時放出結晶潛熱引起的潛熱引起的.結晶只有在結晶只有在T0以下的實際以下的實際 結晶溫度下才能進行。結晶溫度下才能進行。過冷過冷：液態金屬在理論結晶溫度以下開：液態金屬在理論結晶溫度以下開始結晶的現象稱過冷。始結晶的現象稱過冷。過冷度過冷度：理論結

20、晶溫度與實際結晶溫度：理論結晶溫度與實際結晶溫度的差的差 T稱過冷度稱過冷度 T= T0 T1過冷度大小與冷卻速度有關，冷速越大，過冷度大小與冷卻速度有關，冷速越大，過冷度越大。過冷度越大。二、結晶時晶核的形成和成長過程一般過程二、結晶時晶核的形成和成長過程一般過程1、結晶的基本過程、結晶的基本過程結晶由結晶由晶核的形成晶核的形成和和晶核的長大晶核的長大兩個基本過程組成兩個基本過程組成.液態金屬中存在著原子排列規則的小原子團，它們時液態金屬中存在著原子排列規則的小原子團，它們時聚時散，稱為聚時散，稱為晶坯晶坯。在。在T0以下以下, 經一段時間后經一段時間后(即孕即孕育期育期), 一些大尺寸的晶

21、坯將會長大，稱為一些大尺寸的晶坯將會長大，稱為晶核晶核。晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核產生。晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核產生。晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失。每個晶晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失。每個晶核最終長成一個核最終長成一個晶粒晶粒，兩晶粒接觸后形成，兩晶粒接觸后形成晶界晶界。大多數晶核長大是以大多數晶核長大是以樹枝狀長大樹枝狀長大的的晶界的特點：晶界的特點： 原子排列不規則原子排列不規則。 熔點低熔點低。 耐蝕性差耐蝕性差。 易產生內吸附易產生內吸附，外來原子，外來原子易在晶界偏聚。易在晶界偏聚。 阻礙位錯運動阻礙位錯運動，是強化部，是強化

22、部位，因而實際使用的金屬力位，因而實際使用的金屬力求獲得細晶粒。求獲得細晶粒。 是相變的優先形核部位是相變的優先形核部位 顯微組織的顯示顯微組織的顯示二二 合金的相結構合金的相結構合金合金是指由兩種或兩種以上是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的元素組成的具有金屬特性的物質。物質。組成合金的元素可以全部是組成合金的元素可以全部是金屬，也可是金屬與非金屬。金屬，也可是金屬與非金屬。組成合金的元素相互作用可組成合金的元素相互作用可形成不同的形成不同的相相。Al-Cu兩相合金兩相合金黃銅黃銅相相:是指金屬或合金中凡成是指金屬或合金中凡成分相同、結構相同，并與其分相同、結構相同，并與其它部分有界

23、面分開的均勻組它部分有界面分開的均勻組成部分。成部分。顯微組織顯微組織:是指在顯微鏡下是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各晶觀察到的金屬中各相或各晶粒的粒的形態、數量、大小和分形態、數量、大小和分布布的組合。的組合。固態合金中的相分為固態合金中的相分為固溶體固溶體和和金屬化合物金屬化合物兩類。兩類。單相單相合金合金兩相兩相合金合金一、一、 固溶體固溶體以一種金屬元素為基礎，其它合金元素（金屬或非金屬）以一種金屬元素為基礎，其它合金元素（金屬或非金屬）的原子溶入基礎元素的晶格中所形成的結構稱為的原子溶入基礎元素的晶格中所形成的結構稱為 固溶體固溶體。習慣以習慣以 、 、 表示。表示。l與合金晶體

24、結構相同的元素稱與合金晶體結構相同的元素稱溶溶劑劑。其它元素稱。其它元素稱溶質溶質。l固溶體是合金的重要組成相固溶體是合金的重要組成相，實，實際合金多是單相固溶體合金或以際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。固溶體為基的合金。l按溶質原子所處位置分為按溶質原子所處位置分為置換固置換固溶體溶體和和間隙固溶體間隙固溶體。Cu-Ni置換固溶體置換固溶體Fe-C間隙固溶體間隙固溶體 置換固溶體置換固溶體溶質原子占據溶劑晶格某些結點位置所形成的固溶體。溶質原子占據溶劑晶格某些結點位置所形成的固溶體。溶質原子呈無序分布的稱溶質原子呈無序分布的稱無序固溶體，無序固溶體，呈有序分布的稱呈有序分布的稱有

25、序固溶體。有序固溶體。黃銅置換固溶體組織黃銅置換固溶體組織 間隙固溶體間隙固溶體溶質原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。溶質原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。形成間隙固溶體的溶質元素是原子半徑較小的非金形成間隙固溶體的溶質元素是原子半徑較小的非金 屬元素，如屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般等，而溶劑元素一般是過渡族元素。是過渡族元素。l形成間隙固溶體的一形成間隙固溶體的一般規律為般規律為r質質/r劑劑727)存在，在存在，在727 以下，以下，Ld是由是由PFe3C組成，用組成，用Ld表示。表示。性能性能：Ld與與Fe3C相似，相似，HB700，塑性差。，塑性差。鐵碳合金相圖：鐵碳合金

26、相圖：是研究鐵碳合金最基本的是研究鐵碳合金最基本的工具工具，是研究碳是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關系的鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關系的理論基理論基礎礎,是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據依據.一、概述一、概述l 特征點特征點 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 特征線特征線 液相線液相線ABCD， 固相線固相線AHJECF 三條水平線：三條水平線：HJB：包晶線：包晶線LB+H J ECF：共晶線：共晶線LC E+Fe3C共晶產物是共晶產物是 與與Fe3C的機械的機械混合物，稱作混合物，稱作萊氏體萊氏體,

27、 用用Le（或或d)表示。表示。為蜂窩狀為蜂窩狀, 以以Fe3C為基，性能硬而脆。為基，性能硬而脆。萊氏體萊氏體PSK：共析線：共析線 S FP+ Fe3C共析轉變的產物是共析轉變的產物是 與與Fe3C的機械混合物，稱的機械混合物，稱作作珠光體珠光體，用，用P表示。表示。珠光體珠光體L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3Cl珠光體的組織特點是珠光體的組織特點是兩相呈片層相間分布兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。性能介于兩相之間。 PSK線又稱線又稱A1線線 。 其它相線其它相線GS,GP 固溶體固溶體轉變線轉變線, GS又稱又稱A3 線。線。HN,JN 固溶體固溶體轉變

28、線，轉變線，ES碳在碳在 -Fe中的固中的固溶線。溶線。又稱又稱Ac m線。線。PQ碳在碳在 -Fe中的固中的固溶線。溶線。 三個三相區：即三個三相區：即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三條水平線三條水平線 l 相區相區l 五個單相區：五個單相區： L、 、 、 、Fe3C l 七個兩相區七個兩相區: L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C 二、工業純鐵、鋼和白口鑄鐵結晶過程分析二、工業純鐵、鋼和白口鑄鐵結晶過程分析 鋼鋼(0.02182.11%C)高溫組織為單相高溫組織為單相 亞共析鋼亞共析鋼 (0.0218

29、0.77%C) 共析鋼共析鋼 (0.77%C) 過共析鋼過共析鋼 (0.772.11%C)l鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：l 工業純鐵工業純鐵(0.0218% C) 組織為單相鐵素體。組織為單相鐵素體。亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過共析鋼過共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業純鐵工業純鐵 白口鑄鐵白口鑄鐵 (2.116.69%C) 鑄造性能好鑄造性能好, 硬而硬而脆脆 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 (2.114.3%C) 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵(4.3%C) 過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 (4.36.69%C

30、)工業純鐵的工業純鐵的結晶過程結晶過程 合金液體在合金液體在1-2點間轉變為點間轉變為 ，3-4點間點間 ，5-6點間點間 。到到7點，從點，從 中中析出析出Fe3C。NSJBH L+ + + 隨溫度下降，隨溫度下降，Fe3C量不斷量不斷增加，增加，合金的合金的室溫下組織為室溫下組織為F+ Fe3C。室溫下室溫下Fe3C最大量為最大量為: %3 . 0%1000008. 069. 60008. 00218. 0III3CFe Ql從鐵素體中析出的滲碳體稱從鐵素體中析出的滲碳體稱三次滲碳體，三次滲碳體，用用Fe3C表示。表示。 Fe3C以不連續網狀或片狀分布于晶界。以不連續網狀或片狀分布于晶界。

31、 共析鋼的結晶過程共析鋼的結晶過程 l合金液體在合金液體在1-2點間轉變為點間轉變為 。到到S點發生共析點發生共析轉變：轉變： S P+Fe3C, 全部轉變為全部轉變為珠光體珠光體(P)。珠光體珠光體在光鏡下呈指紋狀在光鏡下呈指紋狀.相變結束時，珠光體中相相變結束時，珠光體中相的相對重量百分比為：的相對重量百分比為：l珠光體中的滲碳體稱珠光體中的滲碳體稱共析共析滲碳體滲碳體。lS點以下，共析點以下，共析 中析出中析出Fe3C，與共析，與共析Fe3C結合結合不易分辨。不易分辨。室溫組織為室溫組織為P.%.%.%Q,%.PKSKQC Fe321188810088802180696770696 珠光

32、體珠光體Q室溫下，珠光體中室溫下，珠光體中兩兩相的相對重量百分比相的相對重量百分比是多少？是多少？%.%.%Q%.QLLQC Fe3511588100588000806967706964 Q43219 亞共析鋼的結晶過程亞共析鋼的結晶過程0.090.53%C亞共析鋼亞共析鋼冷卻時發生包晶反應冷卻時發生包晶反應.以以0.45%C的鋼為例的鋼為例合金在合金在4點以前通過勻點以前通過勻晶晶包晶包晶勻晶反應全勻晶反應全部轉變為部轉變為 。到。到4點，由點，由 中析出中析出 。到。到5點點, 成分沿成分沿GS線變到線變到S點，點， 發生發生共析反應轉變為珠光體。溫度繼續下降，共析反應轉變為珠光體。溫度繼

33、續下降， 中析出中析出Fe3C，由于與共析，由于與共析Fe3C結合結合, 且量少且量少, 忽略不計忽略不計. +Fe3CGSPABJH利用平衡組織中珠光體所占利用平衡組織中珠光體所占的面積百分比，可以近似估的面積百分比，可以近似估算亞共析鋼的含碳量算亞共析鋼的含碳量:C%=P面積面積%0.77% (忽略忽略 中含碳量，中含碳量，P面積面積%=QP)共析溫度下相共析溫度下相( ( +Fe3C)的相對重量為的相對重量為： %PKKQ%,PKPQCFe100510053 組織組成物組織組成物( + P)的相對重量為：的相對重量為： %PSSQ%PSPQP10051005 ，S室溫下相的相對重量室溫下

34、相的相對重量百分比為：百分比為：l室溫下組織組成物的相對重量百分比為：室溫下組織組成物的相對重量百分比為：CFeCFeQ%QLLQ%.CQLQQ33100610000080696000806 PPQ%QS SQ%,.CQSQQ 100610000080770000806 S亞共析鋼室溫下的組織亞共析鋼室溫下的組織為為F( )+P。在在0.02180.77%C 范圍范圍內內珠光體的量隨含碳量珠光體的量隨含碳量增加而增加增加而增加。含含0.45%C鋼的組織鋼的組織含含0.20%C鋼的組織鋼的組織含含0.60%C鋼的組織鋼的組織 過共析鋼的結晶過程過共析鋼的結晶過程 合金在合金在12點轉變為點轉變為

35、 , 到到3點點, 開始析出開始析出Fe3C。從奧氏從奧氏體中析出的體中析出的Fe3C稱稱二次滲碳體二次滲碳體, 用用Fe3C表示表示, 其其沿晶沿晶界呈網狀分布界呈網狀分布.l溫度下降溫度下降, Fe3C量增加。量增加。到到4點，點， 成分成分沿沿ES線變化到線變化到S點，余下的點，余下的 轉變為轉變為P。在共析溫度下在共析溫度下FeFe3 3C C的相對量？的相對量？室溫下兩相室溫下兩相( ( +Fe3C)的的相對重量百分比：相對重量百分比： Q%QLQQ%.C.QLLQCFe 10051000008069669653室溫下兩組織組成物室溫下兩組織組成物(P +Fe3C)的相對重量百分比：

36、的相對重量百分比：12345SPCFePQ%L S SQ%,.C.L SLQ 100510077069669653 共晶白口鐵的結晶過程共晶白口鐵的結晶過程 合金冷卻到合金冷卻到C點發生共晶反應全部轉變為萊氏體點發生共晶反應全部轉變為萊氏體(Le),萊氏體是共晶萊氏體是共晶 與共晶與共晶Fe3C的機械混合物的機械混合物, 呈蜂窩狀呈蜂窩狀.Fe3C 共晶轉變結束時，兩相的相對重量百分比為共晶轉變結束時，兩相的相對重量百分比為:%.Q%.%.QCFe847252100112696346963 ， lC點以下點以下, 成分沿成分沿ES線變化，共晶線變化，共晶 將析出將析出Fe3C。 Fe3C與共晶

37、與共晶Fe3C 結合，不易分辨。結合，不易分辨。12 Fe3C溫度降到溫度降到2點點, 成分達到成分達到0.77%, 此時此時, 相的相對重量相的相對重量: l在在2點點, 共晶共晶 發生共析反應，轉變為珠光體，這種發生共析反應，轉變為珠光體，這種由由%.Q%.%.QCFe659440100770696346963 ， P與與 Fe3C組成的組成的共晶體稱共晶體稱低溫萊低溫萊氏體氏體, 用用Le表示表示. 2 點以下，共晶點以下，共晶體中體中P 的變化同的變化同共析鋼。共析鋼。S共晶白口鐵室共晶白口鐵室溫組織為溫組織為Le (P+ Fe3C), 它它保留了共晶轉保留了共晶轉變產物的形態變產物的

38、形態特征。特征。室溫下兩相的室溫下兩相的相對重量百分相對重量百分比為：比為： %3 .64%7 .35%100%7 .35%1000008. 069. 63 . 469. 63 CFeQQ 亞共晶白口鐵的結晶過程亞共晶白口鐵的結晶過程合金在合金在12點間析出點間析出 。到。到2點，液相成分變到點，液相成分變到C點點,并轉變為并轉變為Le。23點間從點間從 中析出中析出Fe3C，一次，一次 的的Fe3C被共晶被共晶 襯托出來。到襯托出來。到3點，點， 轉變為轉變為P。亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵室溫組織室溫組織為為P+Fe3C+Le。室溫下組織組成物相對室溫下組織組成物相對重量百分比為重量百分比為

39、：IIIICFeLeCFeLeLeQQ%Q.ECCQECEQQ3310077069677011222 ECFD1234N室溫下相的相對重量百分比室溫下相的相對重量百分比? 過共晶白口鐵的結晶過程過共晶白口鐵的結晶過程12點間點間從液相中析出從液相中析出Fe3C, 這種滲碳體這種滲碳體稱稱一次滲碳一次滲碳體體，用用 Fe3C表示，呈粗條片狀。表示，呈粗條片狀。到到2點，余下的液點，余下的液相成分變到相成分變到C點并轉變為點并轉變為Le。DFK3Fe3C124組織組成物與相組織組成物與相組成物標注區別組成物標注區別主要在主要在 + Fe3C和和 +Fe3C兩個相區兩個相區. + Fe3C相區中相區

40、中有有四個組織組成物四個組織組成物區，區， +Fe3C相區相區中中有七個組織組有七個組織組成物區。成物區。l 組織組成物在鐵碳合金相圖上的標注組織組成物在鐵碳合金相圖上的標注 + Fe3C + Fe3C FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%溫度溫度l 含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響l 含碳量對室溫平衡組織的影響含碳量對室溫平衡組織的影響 l含碳量與緩冷

41、后相及組織組成物之間的定量關系為：含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關系為： 鋼鋼鐵素體鐵素體 亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼共析鋼白白 口口 鑄鑄 鐵鐵二次滲碳體二次滲碳體工工業業純純鐵鐵珠光體珠光體萊氏體萊氏體一次滲碳體一次滲碳體Fe3C鋼鋼 鐵鐵分分 類類組織組組織組成物相成物相對量對量%相組成相組成物相對物相對量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體三次滲碳體l四、四、 含碳量與鐵碳合金機械性能的關系含碳量與鐵碳合金機械性能的關系l亞共析鋼亞共析鋼隨含碳量增加，隨含碳量增加，P 量增加量增加，鋼的強度、硬度鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性下降。升高，塑性、韌性下降。l0.77%C時，時，組織為組織為100% P, 鋼的性能即鋼的性能即P的性能。的性能。l0.9%C，Fe3C為晶界為晶界連續網狀，連續網狀，強度下降強度下降, 但但硬度仍上升。硬度仍上升。