第第2 2章章 材料材料的组织结构的组织结构2.1.1 金属的理想晶体结构金属的理想晶体结构 （一）晶体与非晶体（一）晶体与非晶体 (二二)晶格、晶胞和晶格常数晶格、晶胞和晶格常数（三）金属晶格的常见类型（三）金属晶格的常见类型（（1）体心立方晶格）体心立方晶格铬、钨、钼、钒、铌和铬、钨、钼、钒、铌和912 ℃以下的铁的铁（（2）面心立方晶格）面心立方晶格铝、铜、镍、铅、金、银铝、铜、镍、铅、金、银和和912-1394 ℃的铁的铁 （（3）密排六方晶格）密排六方晶格 镁、锌、镉、铍等镁、锌、镉、铍等 2.1.22.1.2、金属的实际晶体结构、金属的实际晶体结构1.点缺陷点缺陷 （零（零维缺陷）：空位，缺陷）：空位，间隙原子，隙原子，杂质原子原子 2.线缺陷（一缺陷（一维缺陷）：位缺陷）：位错 3.面缺陷（二面缺陷（二维缺陷）：晶界，缺陷）：晶界，亚晶界，晶界，层错，，孪晶界晶界2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构 2.1.22.1.2、金属的、金属的实际晶体结构实际晶体结构n （一）、点缺陷（一）、点缺陷———— 空位空位和间隙原子和间隙原子 以某个点为中心、在它的以某个点为中心、在它的周围造成原子排列不规则，产周围造成原子排列不规则，产生晶格畸变相的晶体缺陷生晶格畸变相的晶体缺陷。
n 1 1、、间隙原子间隙原子：在晶格的间：在晶格的间隙处出现多余原子的晶体；隙处出现多余原子的晶体； 间隙原子间隙原子晶格空位晶格空位置换原子置换原子2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构n 2 2、、晶格空位晶格空位：在晶格的结：在晶格的结点处出现缺少原子的晶体； 点处出现缺少原子的晶体； n 3 3、、置换原子置换原子：在晶格的：在晶格的结点处出现原子直径不同的结点处出现原子直径不同的异类原子异类原子n 点缺陷使金属抵抗塑性 点缺陷使金属抵抗塑性变形的能力提高变形的能力提高，从而使金，从而使金属强度提高属强度提高 （二）、线缺陷（二）、线缺陷——位错位错 晶体中某一列或晶体中某一列或若干列原子发生了有若干列原子发生了有规律的错排现象规律的错排现象应力力场2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构 特点特点：受力后沿：受力后沿某些晶面移动，导致某些晶面移动，导致金属变形，互相作用，金属变形，互相作用，使位错使位错 的阻力增大，的阻力增大，金属强度提高金属强度提高 （三）面缺陷（三）面缺陷—晶界和亚晶界晶界和亚晶界 晶界晶界：不同位向的两：不同位向的两晶粒之间的过渡层。
晶粒之间的过渡层 亚晶亚晶：晶粒内部尺寸：晶粒内部尺寸很小、位向差很小的小很小、位向差很小的小晶块 亚晶界亚晶界：亚晶之间：亚晶之间的界面 面缺陷面缺陷：晶界和亚晶：晶界和亚晶界 亚晶界晶界晶界晶界亚晶界晶界晶界晶界2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构 面缺陷是位错运动的 面缺陷是位错运动的障碍，晶粒、亚晶越细障碍，晶粒、亚晶越细小，界面越多，晶格畸小，界面越多，晶格畸变越大，位错阻力越大，变越大，位错阻力越大，金属强度越高金属强度越高 2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n （一）、基本概念（一）、基本概念n 1 1、、合金合金：两种或两种以上的金属元素：两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的新金属 性质的新金属 n ２、２、组元组元：组成合金最基本、能独立：组成合金最基本、能独立存在的物质（可以是化学元素也可以是稳存在的物质（可以是化学元素也可以是稳定的化合物）。
定的化合物） n 3 3、、合金系合金系 ：有相同组元．而成分比：有相同组元．而成分比例不同的一系列合金例不同的一系列合金 n 4 4、、相相 ：在合金中，：在合金中，化学成分一致化学成分一致、、物理状态相同物理状态相同，与其他部分有明显界面的，与其他部分有明显界面的部分 2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n ５、显微组织和组织组成物５、显微组织和组织组成物 组织组织：由单相或多相组成的具有一定形态的聚合物由单相或多相组成的具有一定形态的聚合物 显微组织显微组织：显微镜下看到的相和晶粒的形态、大小和配置：显微镜下看到的相和晶粒的形态、大小和配置状态 组织组成物组织组成物：构成显微组织的独立部分，它可以是单相或多：构成显微组织的独立部分，它可以是单相或多相混合物相混合物 2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点 1 1 、固溶体、固溶体 固溶体固溶体：一种组元均匀的溶解在：一种组元均匀的溶解在另一组元中而形成的晶体相另一组元中而形成的晶体相 固溶体是单相，晶格类型与溶剂 固溶体是单相，晶格类型与溶剂相同。
相同 溶剂溶剂：晶格保持不变的组元晶格保持不变的组元 溶质溶质：晶格消失的组元晶格消失的组元 2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n （（1 1）置换固溶体）置换固溶体 当溶质原子代替了当溶质原子代替了溶剂晶格的某些结点原溶剂晶格的某些结点原子而形成的固溶体子而形成的固溶体 n 形成无限固溶体的形成无限固溶体的条件条件：两组元具有相同：两组元具有相同的晶格，原子直径相差的晶格，原子直径相差很小 2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n （（2 2）间隙固溶体）间隙固溶体 溶质原子分布在溶剂晶格溶质原子分布在溶剂晶格间隙处而形成的晶体相间隙处而形成的晶体相 形成条件形成条件：两组元直径相：两组元直径相差较大 由于两组元原子大小和性 由于两组元原子大小和性能上的差别，导致晶格发生畸能上的差别，导致晶格发生畸变、歪扭，使晶体的位错运动变、歪扭，使晶体的位错运动阻力增大，合金塑性变形抗力阻力增大，合金塑性变形抗力增大，由此强化了合金增大，由此强化了合金。
固溶强化固溶强化：因形成固溶体：因形成固溶体而引起合金强度、硬度升高，而引起合金强度、硬度升高，但塑性和韧性下降的现象但塑性和韧性下降的现象 2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n 2 2、金属化合物、金属化合物 合金中各组元原子按一定整数比结合金中各组元原子按一定整数比结合而形成的晶体相合而形成的晶体相 金属化合物也是单相，可看成是一 金属化合物也是单相，可看成是一个组元 个组元 第二相（弥散）强化：第二相（弥散）强化：在合金中，在合金中，金属化合物若以细小的粒状均习分布在金属化合物若以细小的粒状均习分布在固溶体相的基体上使合金的强度、硬度固溶体相的基体上使合金的强度、硬度进一步提高的现象进一步提高的现象 2.1.3 2.1.3 金属材料的结构金属材料的结构特点特点n 3 3、机械混合物、机械混合物 两种以上的相紧密混合而成的独两种以上的相紧密混合而成的独立整体 机械混合物的性能取决于各组成 机械混合物的性能取决于各组成相的性能，及其数量、形状、大小与相的性能，及其数量、形状、大小与分布等。
分布等 2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 结晶结晶：金属从液态变成固态：金属从液态变成固态的过程 1.1.结晶过程结晶过程 1 1）晶核的产生；）晶核的产生；2 2）晶核的长大 ）晶核的长大 2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 1 1）液态金属在冷却过程中，由于热量向外散失，温度）液态金属在冷却过程中，由于热量向外散失，温度不断下降；不断下降；n 2 2）当冷却到某一温度时开始结晶，结晶放出的热补偿了）当冷却到某一温度时开始结晶，结晶放出的热补偿了向外散失的热量；向外散失的热量；n 3 3）结晶结束，温度重新下降结晶结束，温度重新下降理论结晶温度纯金属金属多数合金多数合金实际开始结晶温度实际冷却曲冷却曲线2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 2.2.结晶温度结晶温度 纯金属由液态转变为固态的纯金属由液态转变为固态的温度 2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 过冷现象过冷现象：金属实：金属实际结晶温度较理论结晶际结晶温度较理论结晶温度为低的现象。
温度为低的现象 过冷度过冷度：理论结晶：理论结晶温度与实际结晶温度之温度与实际结晶温度之差 冷却速度越大，过 冷却速度越大，过冷度越大，实际结晶温冷度越大，实际结晶温度越低2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 3.3.晶核的形成与细晶强化晶核的形成与细晶强化 自发晶自发晶：由金属自身原子团形成晶核；：由金属自身原子团形成晶核； 非自发非自发晶晶：依服外来固体杂质形成晶核；：依服外来固体杂质形成晶核； 细晶强化：细晶强化：金属的强度、塑性和韧性都随金属的强度、塑性和韧性都随晶粒的细化而提高晶粒的细化而提高2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 晶粒大小对力学性能的影响晶粒大小对力学性能的影响晶粒的大小及其控制晶粒的大小及其控制1.增加增加过冷度，提高形核率冷度，提高形核率 2.变质处理，促理，促进非自非自发形核形核浇注浇注前向金属液体中加入一些促进生核或作为前向金属液体中加入一些促进生核或作为晶核的物质使金属晶粒细化的方法。
晶核的物质使金属晶粒细化的方法3.振振动，打碎枝晶，打碎枝晶 金属在结晶时，对液态金属附加振动、金属在结晶时，对液态金属附加振动、超声波振动和电磁振动等措施，使结晶的超声波振动和电磁振动等措施，使结晶的金属经振动而破碎，增加了生核率，从而金属经振动而破碎，增加了生核率，从而使晶粒细化使晶粒细化2.3 2.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化 2.4 2.4 材料材料的同素异构现象的同素异构现象 金属的同素异构 金属的同素异构转变与液态金属的转变与液态金属的结结晶过程相似，遵循液晶过程相似，遵循液体结晶的一般规律：体结晶的一般规律：n 1 1、恒温转变；、恒温转变；n 2 2、转变时有过冷、转变时有过冷现象；现象；n 3 3、转变过程由生、转变过程由生核核和长大两个基本过和长大两个基本过程组成 程组成 2.4 2.4 材料材料的同素异构现象的同素异构现象 2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图n 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 凝固凝固：：一切物质从液态到固态的一切物质从液态到固态的转变过程。
转变过程若凝固后形成晶体结构，若凝固后形成晶体结构，该转变过程称为该转变过程称为结晶结晶 合金相图合金相图：：在十分缓慢的冷却条在十分缓慢的冷却条件下，合金状态与成分之间关系的图件下，合金状态与成分之间关系的图形 (状态图、平衡图状态图、平衡图) ) 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图n 二元合金相图的建立及匀晶二元合金相图的建立及匀晶相图相图 建立合金系的相图最主要是 建立合金系的相图最主要是测定各种不同成分合金的测定各种不同成分合金的临界点临界点 测定方法测定方法：磁性分析、膨胀：磁性分析、膨胀分析、电阻测量、分析、电阻测量、X X射线分析及射线分析及热热分析法分析法等2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 匀晶相图匀晶相图：两组元组成的：两组元组成的合合金系金系，在液态无限互溶，在固态也，在液态无限互溶，在固态也能无限互溶，形成固溶体的相图能无限互溶，形成固溶体的相图 2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 Cu-NiCu-Ni合金相图建立合金相图建立的具体步骤：的具体步骤： n （ （1 1））配制配制一系列不一系列不同成分的铜镍合金。
同成分的铜镍合金n （ （2 2）将上述合金）将上述合金熔熔化化后分别测定它们的后分别测定它们的冷却冷却曲线并找出曲线并找出临界点临界点n （（3 3）将各合金临界）将各合金临界点标在以温度为纵坐标、点标在以温度为纵坐标、以成分为横坐标的坐标系以成分为横坐标的坐标系中 n （ （4 4）将临界点温度）将临界点温度中，相同物理意义的点中，相同物理意义的点连连接接起来2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 １．相图分析１．相图分析 图中图中A A、、B B分别为分别为CuCu、、NiNi的熔点；两的熔点；两相区的存在，说明该合金相区的存在，说明该合金的结晶是在一定的温度范的结晶是在一定的温度范围内进行的，不同于纯金围内进行的，不同于纯金属只有满足形成无限置属只有满足形成无限置换固溶体的两组元才能形换固溶体的两组元才能形成这类相图成这类相图2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 ２．合金结晶过程分析 ２．合金结晶过程分析：合金的含量不同，结晶：合金的含量不同，结晶温度不同。
温度不同2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 设设W Wm m和和W Wn n为为t t0 0温度下液相和固相的相对重量，则：温度下液相和固相的相对重量，则：2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图n （一）共晶相图（一）共晶相图 共晶相图共晶相图：二组元在液态下无限互溶，：二组元在液态下无限互溶，在固态下有限溶解并发生共晶反映的合金在固态下有限溶解并发生共晶反映的合金系形成共晶相图系形成共晶相图 共晶反应共晶反应：从某种：从某种成分固定成分固定的合金的合金溶溶液液中，在一定中，在一定恒温恒温下同时下同时结晶结晶出两种成分出两种成分和结构都不同的和结构都不同的固相固相的反应2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图共晶相图共晶相图合金系分类合金系分类共晶合金共晶合金亚共晶合金亚共晶合金过共晶合金过共晶合金2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 图中 图中L L为液相；为液相；αα为为S Sn n（锡）溶于（锡）溶于P Pb b（铅）中形成的固（铅）中形成的固溶体；溶体；β β 为为P Pb b 溶于溶于S Sn n 中形成的固溶体。
中形成的固溶体 2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 反应产物：两相混合物共晶组织或共晶体 反应产物：两相混合物共晶组织或共晶体 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 M M点（点（w wSnSn=19%=19%），），N N点（点（w wP Pb b=2.5%=2.5%），），A A、、B B分别为分别为铅铅和和锡锡的熔点，的熔点，F F、、G G点分别为点分别为αα、、ββ室室温下近似的溶解度点温下近似的溶解度点E E点为共晶点点为共晶点（（w wSnSn=61.9%=61.9%）2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金二元合金相图相图 共析反应共析反应：由一：由一种种固相固相在在恒温恒温下同时下同时转变成两种新的固相转变成两种新的固相的反应2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 转变温度较低，转变温度较低，原子扩散困难，容易原子扩散困难，容易获得较大的过冷度获得较大的过冷度得到的两相共析组织得到的两相共析组织要比共晶组织更为细要比共晶组织更为细小均匀 1.工工业纯铁的定的定义：：2.晶格特点：晶格特点：1394～～1538℃℃时，呈体心立方晶格，呈体心立方晶格(δ-Fe)，， 912～～1394℃℃时，呈面心立方晶格，呈面心立方晶格( ‑ ‑Fe)，，912℃℃以以下下时呈体心立方晶格呈体心立方晶格( ‑ ‑Fe)。
同素异晶转变是钢可以进行各种同素异晶转变是钢可以进行各种热处理的基础热处理的基础一、工业纯铁一、工业纯铁3.性能特点：性能特点：晶粒越细晶粒越细，，强度越高强度越高工业纯铁具有良好的塑性，但强度较低，很少用来制造工业纯铁具有良好的塑性，但强度较低，很少用来制造机械零件机械零件 2.5.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 1.1.铁素体铁素体 碳溶于碳溶于 -Fe中形成的中形成的间隙间隙固溶体称为固溶体称为铁素体铁素体(ferrite)，，用符号用符号F表示 铁素体仍保持铁素体仍保持 -Fe的体心立方晶格，其晶格间隙的直径的体心立方晶格，其晶格间隙的直径很小，所以其溶碳能力极差其性能与纯铁相似，强度和硬很小，所以其溶碳能力极差其性能与纯铁相似，强度和硬度较低，塑性和韧性好度较低，塑性和韧性好 在显微镜下，铁素体呈在显微镜下，铁素体呈明亮的多边形晶粒明亮的多边形晶粒，如图所示如图所示二、铁碳合金中的相二、铁碳合金中的相 铁素体在铁素体在770℃以下具有铁磁性，在以下具有铁磁性，在770℃以上则失以上则失去铁磁性。
去铁磁性 碳溶于碳溶于 -Fe-Fe中形成的间隙固溶体称为中形成的间隙固溶体称为奥氏体奥氏体，以符，以符号号A表示由于表示由于 -Fe-Fe是面心立方晶格，晶格间隙的直径是面心立方晶格，晶格间隙的直径要比要比 -Fe大，故溶碳能力也较大在大，故溶碳能力也较大在727℃727℃时溶碳量为时溶碳量为wC C＝＝0.77%0.77%，随着温度升高溶碳量逐渐增多，在，随着温度升高溶碳量逐渐增多，在1148℃1148℃时溶碳量最大时溶碳量最大( (wC C＝＝2.11%)2.11%) 奥氏体具有很好的奥氏体具有很好的塑性和塑性和韧性韧性，硬度为，硬度为160160～～220220HBS，，伸长率伸长率δ为为4040～～50%50%，易于，易于锻锻压成型压成型2.奥氏体奥氏体 奥氏体奥氏体存在于存在于727℃以上的高温范围内，高以上的高温范围内，高温下奥氏体的显微组织温下奥氏体的显微组织如右图所示如右图所示 渗渗碳碳体体(cementite)是是铁铁和和碳碳形形成成的的一一种种具具有有复复杂杂晶晶格格的的间隙化合物间隙化合物，用化学式，用化学式Fe3C表示。
表示 渗渗碳碳体体中中碳碳的的含含量量(含含碳碳量量)为为6.69%，，熔熔点点为为1227℃有有磁磁性性转转变变，，它它在在230℃以以下下具具有有弱弱铁铁磁磁性性，，硬硬度度很很高高(950～～1050HV)，而塑性和韧性几乎为零，脆性极大而塑性和韧性几乎为零，脆性极大 3 渗碳体渗碳体 渗碳体呈渗碳体呈片层片层状、状、球球状、状、网网状或状或条条状等 渗碳体是渗碳体是钢铁材料中主要的强化相钢铁材料中主要的强化相，它的形态，它的形态与分布对钢铁材料的性能有很大影响在一定条件与分布对钢铁材料的性能有很大影响在一定条件下会发生分解，形成石墨状的自由碳，这在铸铁中下会发生分解，形成石墨状的自由碳，这在铸铁中有重要意义有重要意义 石墨石墨(graphite)是是Fe-C合金中游离存在的碳，以符合金中游离存在的碳，以符号号G表示它以简单六方晶格结构存在强度、塑性、表示它以简单六方晶格结构存在强度、塑性、硬度都很低硬度都很低 在钢中通常是在钢中通常是不允许不允许它存在，在铸铁材料中可增它存在，在铸铁材料中可增加铸铁的切削加工性和降低铸铁的脆性并能保证一定加铸铁的切削加工性和降低铸铁的脆性并能保证一定的强度和韧性，通过石墨化处理使化合状态的碳转变的强度和韧性，通过石墨化处理使化合状态的碳转变成游离碳的石墨，使铸铁由成游离碳的石墨，使铸铁由白口变为灰口白口变为灰口，成为有用，成为有用的工程材料的工程材料(铸铁铸铁)。
4 石墨石墨 铁碳合金还有铁碳合金还有两两个相，一个是个相，一个是δ铁素体相，另一个是铁素体相，另一个是液相液相 在在Fe-Fe3C合金的显微组织均被称为合金的显微组织均被称为相组成物相组成物 在室温下，铁碳合金中最主要的相是铁素体和渗碳在室温下，铁碳合金中最主要的相是铁素体和渗碳体它们在钢铁材料中既可以独立存在，也能以机械混它们在钢铁材料中既可以独立存在，也能以机械混合物形式组成一些基本组织合物形式组成一些基本组织 (1)珠光体珠光体 珠光体珠光体(pearlite)是由铁素体和渗碳体组成的机械是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号混合物，用符号P表示综合力学性能好综合力学性能好 珠光体的显微组织如图所示珠光体的显微组织如图所示三、铁碳合金中的基本组织三、铁碳合金中的基本组织 碳的含量为碳的含量为4.3%4.3%的液态铁碳合金，冷却到的液态铁碳合金，冷却到1148℃1148℃时，由时，由液态液态中中同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物物称为莱氏体称为莱氏体( (ledeburite) )，用符号，用符号Ld表示。
表示 在在727℃727℃以下称为以下称为变态变态莱氏体，用符号莱氏体，用符号Ld'表示，表示，其显微组织如图其显微组织如图4-44-4所示莱氏体的性能与渗碳体相所示莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性很差似，硬度很高，塑性很差2) (2) 莱氏体莱氏体 铁素体铁素体、、渗碳体渗碳体和和珠光体珠光体是室温平衡状态下铁碳合是室温平衡状态下铁碳合金组织中基本的组成物在室温平衡状态下，其机械性金组织中基本的组成物在室温平衡状态下，其机械性能如表所示能如表所示名称名称符号符号结合类型结合类型σ(MN/m2)HBδ（（% %））Ak( (J) )铁素体铁素体F或或α碳在碳在α-Fe-Fe中的固溶体中的固溶体( (体体心立方晶格心立方晶格) )23023080805050160160渗碳体渗碳体Fe3C铁和碳的化合物铁和碳的化合物( (复杂晶复杂晶格格) )3030800800≈≈0 0≈≈0 0珠光体珠光体P铁素体和渗碳体的层片状铁素体和渗碳体的层片状机械混合物机械混合物7507501801802020～～25252424～～3232 铁碳合金相图铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础是研究铁碳合金的基础。
在铁碳合金中，铁可与碳形成在铁碳合金中，铁可与碳形成Fe3C、、Fe2C、、FeC等一系等一系列化合物而稳定的化合物可以视为一个独立的组元，因此列化合物而稳定的化合物可以视为一个独立的组元，因此整个铁碳合金相图可视为由整个铁碳合金相图可视为由Fe-Fe3C、、Fe-Fe2C、、Fe-FeC等一等一系列二元相图构成系列二元相图构成 在铁碳合金中，由于碳的质量分数高于在铁碳合金中，由于碳的质量分数高于6.69%的铁碳合金的铁碳合金脆性极大，没有使用价值，因而对铁碳合金相图只研究脆性极大，没有使用价值，因而对铁碳合金相图只研究Fe-Fe3C部分 Fe-Fe3C相图如图所示相图如图所示铁碳合金相图铁碳合金相图 Fe-Fe3C相图相图简化相图简化相图 Fe-Fe3C相图在相图在1200℃以上高温部分以上高温部分相当于二元包晶相图，在相当于二元包晶相图，在1000℃以上高以上高温部分相当于二元共晶相图，在温部分相当于二元共晶相图，在1000℃以下部分相当于二元共析相图，以下部分相当于二元共析相图， 因此因此Fe-Fe3C相图可以看成二元包晶相图可以看成二元包晶相图、二元共晶相图和二元共析相图三相图、二元共晶相图和二元共析相图三种基本相图的叠加。
种基本相图的叠加一、一、 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图分析相图分析 Fe-Fe3C相图分析相图分析ACD线：液相线，在此线以上的区域为液线：液相线，在此线以上的区域为液相，相， 当合金液冷却到此线时开始结晶当合金液冷却到此线时开始结晶AECF线：固相线，合金熔液冷却到此线时线：固相线，合金熔液冷却到此线时结晶完毕，此线以下为固相区结晶完毕，此线以下为固相区ECF线：共晶线，线：共晶线，1148℃℃，液态合金冷却，液态合金冷却到此线时，在恒温条件下，将从液体中同到此线时，在恒温条件下，将从液体中同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，即发生共晶反应：所形成的共晶体为莱氏即发生共晶反应：所形成的共晶体为莱氏体PSK线：共析线，代号线：共析线，代号A1727℃℃，当合，当合金冷却到此线时，从奥氏体中同时析出铁金冷却到此线时，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，即共析反应：素体和渗碳体的机械混合物，即共析反应：所形成的共析体为珠光体所形成的共析体为珠光体 Fe-Fe3C相图分析相图分析三条重要的特性曲线三条重要的特性曲线 ① ① GSGS线线---A3---A3线由线由奥氏体析出铁素体的开始线奥氏体析出铁素体的开始线. . ② ② ESES线线--- Acm--- Acm线线是从奥氏体中析出二次渗碳是从奥氏体中析出二次渗碳体开始析出线体开始析出线 ③ ③ PQPQ线线------是碳在是碳在铁素体中的溶解度曲线铁素体中的溶解度曲线. .当当铁素体从铁素体从727727º ºC C冷却下来时冷却下来时要从铁素体中析出三次渗碳要从铁素体中析出三次渗碳体体 相图中的点相图中的点1．组元的熔点组元的熔点： A (0, 1538) 铁的熔点；D (6.69, 1227) Fe3C的熔点2．同素异构转变点：同素异构转变点：N（0, 1394）δ-Fe γ-Fe；G（0, 912）γ-Fe α-Fe 3．碳在铁中最大溶解度点：．碳在铁中最大溶解度点： P（0.0218，727）碳在α-Fe 中的 E（2.11，1148）碳在γ-Fe 中Q（0.0008，RT）室温下碳在α-Fe 中的三相共存点：三相共存点：S（共析点，0.77，727），（A＋F ＋Fe3C）C（共晶点，4.3，1148），（ A＋L ＋Fe3C） 二、典型合金的结晶过程二、典型合金的结晶过程n根据成分，铁碳合金的分类：根据成分，铁碳合金的分类：工业纯铁工业纯铁：：Wc＜＜0.0218％％钢钢：：Wc 0.0218～～2.11％％n亚共析钢（亚共析钢（0.0218％＜％＜wc＜＜0.77％％n共析钢（共析钢（wc＝＝0.77％）％）n过共析钢（过共析钢（0.77％＜％＜wc＜＜2.11％％）；）； 白口铁（生铁）白口铁（生铁）：： Wc 2.11～～6.69％％n亚共晶白口铸铁（亚共晶白口铸铁（2.11％＜％＜wc＜＜4.3％％n共晶白口铸铁（共晶白口铸铁（wc＝＝4.3％）％）n过共晶白口铸铁（过共晶白口铸铁（4.34.3％＜％＜wc＜＜6.696.69％）；％）； 1 1 共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程显微组织 2 2 亚共析钢的结晶过程：亚共析钢的结晶过程：显显微微组组织织 3 3 过共析钢的结晶过程：过共析钢的结晶过程：显微组织 4 4 共晶白口铁的结晶过程：共晶白口铁的结晶过程：显显微微组组织织 5 5 亚共晶白口铁的结晶过程亚共晶白口铁的结晶过程 6 6 过共晶白口铁的结晶过程：过共晶白口铁的结晶过程： A各相区的组织各相区的组织 三、铁碳合金的成分与性能的关系三、铁碳合金的成分与性能的关系F→F+FeF→F+Fe3 3C CⅢⅢ→F+P→P→P+Fe→F+P→P→P+Fe3 3C CⅡⅡ→P+Fe→P+Fe3 3C CⅡⅡ+Ld+Ld/ /→Ld→Ld/ /→Ld→Ld/ /+Fe+Fe3 3C CⅠⅠ 0.0218 0.77 2.11 4.3 6.69 1 1、含碳量对铁碳合金平衡组织的影响、含碳量对铁碳合金平衡组织的影响三．铁碳合金成分、组织、性能之间的关系三．铁碳合金成分、组织、性能之间的关系 三．铁碳合金成分、组织、性能三．铁碳合金成分、组织、性能之间的关系之间的关系2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 三．铁碳合金成分、组织、性能之间三．铁碳合金成分、组织、性能之间的关系的关系2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 三．铁碳合金成分、组织、性能之间的关系三．铁碳合金成分、组织、性能之间的关系2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图2 2、含碳量对铁碳合、含碳量对铁碳合金力学性能的影响金力学性能的影响 四、四、Fe-FeFe-Fe3 3C C相图的应用及局限性相图的应用及局限性 （一）铁碳相图的应用（一）铁碳相图的应用 钢铁材料钢铁材料白口铁白口铁钢钢工业纯铁工业纯铁2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 四、四、Fe-FeFe-Fe3 3C C相图的应用及局限性相图的应用及局限性 １、在钢铁材料选用方面的应用１、在钢铁材料选用方面的应用 １）结构钢需要塑性、韧性好的材料，选用１）结构钢需要塑性、韧性好的材料，选用低碳钢；含碳量小于低碳钢；含碳量小于0.25%0.25% ２）各种机械零件需要强度、塑性及韧性好 ２）各种机械零件需要强度、塑性及韧性好的的材料，选用中碳钢。
含碳量的的材料，选用中碳钢含碳量0.25~.06%0.25~.06% ３）各种工具需要硬度高、耐磨性好的材料， ３）各种工具需要硬度高、耐磨性好的材料，选用高碳钢含碳量大于选用高碳钢含碳量大于0.6%0.6% ４）软磁材料，选用工业纯铁 ４）软磁材料，选用工业纯铁 ５）要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件， ５）要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，选用白口铁选用白口铁2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 四、四、Fe-FeFe-Fe3 3C C相图的应用及局限性相图的应用及局限性n ２、在铸造２、在铸造工艺方面的应用工艺方面的应用可确定合适的浇注温度可确定合适的浇注温度 根据 根据Fe-FeFe-Fe3 3C C相相图，浇注温度一般图，浇注温度一般在液相线以上在液相线以上50℃50℃～～100℃100℃2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 四、四、Fe-FeFe-Fe3 3C C相图的应用及局限性相图的应用及局限性n ３、在热锻．热轧工３、在热锻．热轧工艺方面的应用艺方面的应用 钢的热锻．热轧温度 钢的热锻．热轧温度选在选在单相单相A A 区区。
A A状态强状态强度低，塑性好度低，塑性好n 4 4．在热处理工艺方面．在热处理工艺方面的应用的应用2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 四、四、Fe-FeFe-Fe3 3C C相图的应用及局限性相图的应用及局限性n （二）铁碳相图的局限性（二）铁碳相图的局限性n （１） （１） Fe-FeFe-Fe3 3C C相图只能给出平衡条件下相图只能给出平衡条件下的相、相的成分和各相的相对质量，不能给出的相、相的成分和各相的相对质量，不能给出相的形状、大小和空间相互配置的关系相的形状、大小和空间相互配置的关系n （２） （２） Fe-FeFe-Fe3 3C C相图只反映铁碳二元合金相图只反映铁碳二元合金中的平衡状态中的平衡状态n （３） （３） Fe-FeFe-Fe3 3C C相图反映的平衡组织，只相图反映的平衡组织，只有在非常缓慢的冷却和加热的情况下才能达到，有在非常缓慢的冷却和加热的情况下才能达到，没有反映时间的作用没有反映时间的作用 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 。