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1、第二章金属与合金的晶体结构和 二元合金相图v2.1 纯金属的晶体结构v2.2 金属的结晶与同素异晶转变v2.3 合金的结晶与二元相图v2.4 铁碳合金相图2.1纯金属的晶体结构第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图离子键 共价键 金属键 分子键原子结合键类型2.1晶体材料的原子排列2.1.1理想晶体结构1).晶格2).常见的金属晶体结构3).晶面和晶向的表示方法 2.1.2实际晶体结构1).单晶体与多晶体2).晶体缺陷第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图原子排列模型晶格晶胞2.1.1理想晶体结构第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图1）.晶格晶体、非晶体晶格、点阵、阵点、晶面、晶向、常
2、见金属晶体结构2).常见的金属晶体结构第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图XYZ3).晶面和晶向的表示方法晶面第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图晶面和晶向的表示方法分别采用晶面指数 (hkl)和晶向指数uvw形式（以立方晶系为例）。晶向指数（hkl)的确定方法是： 以晶胞的某一阵点为原点，三个基矢 为坐标轴，并以点阵基矢的长度作为三 个坐标的单位长度； 过原点作一直线OP，使其平行于待 标志的晶向AB,这一直线必定会通过 某些阵点； 在直线OP上选取距原点O最近的一个阵 点P，确定P点的坐标值； 将此值乘以最小公倍数化为最小整数u、 v、w,加上方括号，uvw即为AB的晶向指数。晶面
3、指数的确定方法第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图-ZYXZ-YX(326) 在点阵中设置参考坐标系，方法与确定晶 向指数时相同，但不能将坐标原点选在待 确定指数的晶面上； 以点阵基矢的长度为单位，量出待定晶面 在各坐标轴上的截距； 取三个截距的倒数，并以最小 公倍数乘这三个倒数，得到三个 最小的整数h、k、l; 将求得的h、 k、 l用圆括号括 起来，（hkl)即为该晶面的晶面 指数。单晶体的各向异性单晶体中不同晶面和晶向上的原子排列方式和密 度不同，因而，在不同的晶面和晶向上的各种性能也 不同，这种现象称为各向异性。第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图实际晶体结构第二章金属与合金的
4、晶体结构和二元合金相图单晶体多晶体晶粒晶界1）单晶体与多晶体2).晶体缺陷种类第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图v晶体缺陷可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。v（1）点缺陷空位和间隙原子 v（2）线缺陷位错v（3）面缺陷晶界和亚晶界v 晶体缺陷的出现,将使其周围的晶格产生畸变,而 晶格畸变使材料的强度、硬度等力学性能和电阻 率、耐蚀性等物理及化学性能发生改变。晶体缺陷的分类及影响亚晶界第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2.2金属的结晶与同素异晶转变第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2.2.1凝固的基本概念1.晶体的结晶2.非晶体的凝固 2
5、.2.2金属的结晶 2.2.3材料的同素异构现象1.晶体的结晶第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图时间固体液+固固体温度时间2.非晶体的凝固第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2.2.2金属的结晶第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图3.晶粒大小及控制晶粒度的概念晶粒大小的控制(增大过冷 度、变质处理）1.金属的结晶过程2.影响形核和长大的因素过冷度的影响 难熔杂质的影响晶粒度与力学性能的关系第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图晶粒度 晶粒数/mm2b(Mpa)s(Mpa)(%)6.32374635.3512747044.819429410847.52.2.3材料的同素异构第二章
6、金属与合金的晶体结构和二元合金相图-Fe -Fe -Fe1394C912C1.晶体的同素异构2.同分异构-石英 -鳞石英 -方石英-石英 -鳞石英 -方石英870C1470C573C163C180 270C2.3合金的结晶与二元相图第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2.3.1二元合金相图与凝固 1.固溶体 2.匀晶相图匀晶相图的建立杠杆定律 枝晶偏析 3.共晶相图 4.包晶相图 5.其他相图 2.3.2合金的性能与相图的关系 2.3.3铸锭(件)的凝固第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图1）固溶体溶质原子溶剂原子间隙固溶体置换固溶体2）匀晶相图的建立第二章金属与合金的晶体结构和二元合
7、金相图合金的结晶过程第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图杠杆定律第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图QL+Q=1 QLX+QX=K解方程得:第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图共晶转变Lc d+e 冷却曲线及结晶过程3）共晶相图共晶相图中的组织组成物第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图4）包晶相图第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图5）其他相图第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图WB/%Wsi/%共析相图镁-硅相图2.3.2合金的性能与相图的关系第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图合金的使用性能与相图的关系合金的工艺性能与相图的关系2.3.3铸锭(件)的凝固第二章金
8、属与合金的晶体结构和二元合金相图1-表面细晶粒层 2-柱状晶粒层 3-心部等轴晶粒区影响铸锭(件)结晶组织的因素 冷却速度 加热温度、浇注温度和浇注速度 外加杂质（或变质处理）2.4铁碳合金相图第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2.4.1 Fe-Fe3C亚稳相图铁碳合金的相结构与性能相图分析 2.4.2铁碳合金在平衡状态下的相变 2.4.3含碳量对铁碳合金组织性能的影响 2.4.4Fe-Fe3C相图的应用2.4.1 Fe-Fe3C亚稳相图第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图1.铁碳合金的相结构与性能第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图铁素体 F 奥氏体 A 渗碳体 Fe3C 2.
9、相图分析2.4.2在铁碳合金平衡状态下的相变第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图种类工业纯铁钢白口铸铁 亚共析 钢共析钢过共析 钢亚共晶 白口铁共晶白口铁过共晶 白口铁含碳 量/%0.02180.0218 -0.770.770.77-2.112.11 -4.34.34.3-6.69 平衡 组织FF+PPP+ Fe3CFe3C+P +LdLdLd+ Fe3C铁碳合金的分类1.钢的平衡结晶过程 2.白口铸铁的平衡结晶过程1.钢的平衡结晶过程第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图1)共析钢()杠杆定律的应用:2)亚共析钢()WC%=0.77%*QP 3)过共析钢()第二章金属与合金的晶体结构和
10、二元合金相图钢的显微组织图第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图共晶白口铁结晶过程示意图 共晶白口铁显微组织示意图2.白口铸铁的平衡结晶过程2.4.3含碳量对铁碳合金组织和性能的影响第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图1.含碳量对平衡组织的影响 2.含碳量对力学性能的影响HB2.含碳量对力学性能的影响第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2.4.4 Fe-Fe3C相图的应用第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图1.在选材上的应用 2.在铸造工艺制订上的应用 3.在塑性加工工艺制订上的应用 4.在热处理工艺制订上的应用钢在加热时的转变第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图1）钢在实际
11、加热时的转变点 2）奥氏体的形成过程及影响因素 3）奥氏体晶粒的长大及影响因素1）钢在实际加热时的转变点第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2）奥氏体的形成过程及影响因素第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图1.奥氏体的形成过程2.奥氏体形成的影响因素 加热温度和加热速度 原始组织 合金元素3）奥氏体晶粒的长大及影响因素第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图Hell-Petch公式:奥氏体晶粒尺寸对冷却后 加热温度对晶粒尺寸的影响 钢的性能的影响晶粒尺寸 加热温度本质粗晶粒钢本质细晶粒钢第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相本章小结本章主要介绍了纯金属结晶、合金结晶的基本过程（形核、
12、核长大），影响形核、长大的因素（过冷度、高熔点难熔杂质）， 影响和控制晶粒大小的因素（V冷、变质处理）。还重点介绍了相 图，根据相图分析合金的冷却过程，合金性能与相图的关系。此 外，重点介绍了铁碳合金状态图及其应用。还重点介绍了钢在冷 却过程中的转变。一般介绍了焊接接头的相变。第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相思考题v2-1金属结晶的基本规律是什么?晶核的N和G受到哪些因素的影响?v2-2为什么材料一般希望获得细晶粒?细化晶粒的方法有哪些?v2-4已知A(熔点685)与B(熔点560)二组元在液态时无限互熔;在320时,A溶v于B的最大溶解度为31%,室温时为12%,但不溶于A;在320,含42%B的液态合v金发生共晶反应.要求: 作出AB合金相图; 分析含A为25%时合金的结晶v过程.v2-5为什么铸造合金常选用共晶成分合金?而塑性加工的合金常选用单相固溶体v成分的合金?v2-8何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体？它们的结构 、组织形态v性能等各有何特点？ v2-9分析含碳量分别为0.45%、1.0%、3%、4.7%的铁碳合金从液态缓冷至室v温时的结晶过程，并画出室温下的显微组织示意图。 v2-10根据铁碳相图计算：室温下含碳0.45%的钢中珠光体和铁素体各占多少v室温下含碳1.0%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少; 铁碳合金中,二次v渗碳体的最大百分含量。
