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1金属工艺学主讲教师：王少纯2第一篇第二章铁碳合金第一节纯铁的晶体结构及同素异晶转变结晶：金属由液体转变为晶体的过程一、金属的结晶结晶实质：原子由无序状态转变为有序排列311、晶核的形成、晶核的形成结晶过程的两个阶段结晶过程的两个阶段22、晶核的成长、晶核的成长4纯金属冷却曲线及结晶过程5过冷：实际结晶温度低于理论结晶温度的现象过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度的差值过冷度越大晶核数目越多结晶时间越短晶粒越细小！实例：金属型、砂型铸造区别？防弹玻璃制造！过冷与过冷度晶粒越细小，金属的力学性能越好！6具体包括增加外来晶核增加外来晶核增加冷却速度增加冷却速度晶粒细化方法晶粒细化方法大挤压比成形大挤压比成形7晶格二、纯铁的晶体结构8晶面晶面9晶向晶向10晶胞11描述原子在晶体中排列形式的空间格子晶格：晶格中原子组成的平面晶向：通过两个以上原子振动中心的直线晶格中最简单、最基本、最典型的空间几何体晶胞：晶胞中各棱边的长度，以Å为度量单位。晶格常数：晶面：几个基本概念12金属之间的差别在于晶格类型、晶格常数不同！固态纯金属晶格类型分为：体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格金属晶格类型13体心立方晶格每个晶胞原子数：1+（1/8）×8=2个具有这种晶格的金属有：α-Fe、Cr、Mo、W、V、β-Ti等共同特点：强度大、塑性好14面心立方晶格每个晶胞原子数：(1/8)×8+(1/2)×6=4个具有这种晶格的金属有：γ-Fe、Cu、Al、Ni、Pb、β-Co等共同特点：塑性好15密排六方晶格每个晶胞原子数：3+(1/6)×12+(1/2)×2=6个具有这种晶格的金属有：Mg、Be、Cd、Zn、α-Ti、α-Co等16纯铁晶体体心立方晶体面心立方晶体具有多种晶格结构的金属γ-Feα-Fe17三、纯铁的同素异晶转变金属的同素异晶性如：铁、锡、钛、锰等金属同素异晶转变一种金属能以几种晶格类型存在的特性金属在固态时改变其晶格类型的过程。同素异晶转变过程晶核形成、晶粒成长（重结晶、二次结晶）18铁的同素异晶转变7008009001000110012001300140015001600C15381394912时间Lγδα19同素异晶转变1、金属放热，导致恒温转变。2、体积发生变化。如：面心立方比体心立方原子排列得紧密故γ-Fe比重大于α-Fe将导致：γ-Feα-Fe912℃20思考问题：一块纯铁，由911℃缓慢加热到913℃，铁的体积增大吗？结论：体积增大！21问题：和“热胀冷缩”规律矛盾吗？22碳的同素异晶现象：金刚石石墨碳纳米管碳纳米管一种针状的管形碳单质兼具金属和半导体性强度为钢的100倍但比重仅为纲的1/6被称为超级碳纤维23第二节铁碳合金的基本组织工程上实际使用的金属材料都是合金，而不是纯金属合金往往有更好的力学性能！铁碳合金的组织结构相当复杂，并随其成分、温度和冷却速度而变化工程上最常用的合金为铁碳合金24有关合金的基本概念组元：组成合金的元素例：黄铜（二元合金）、硬铝（三元合金）合金的晶格结构比纯金属复杂！相：在金属和合金的晶体组织中，凡化学成分和晶格结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分25铁碳合金中的基本组织固溶体金属化合物机械混合物包括铁素体奥氏体渗碳体珠光体莱氏体26一、固溶体固态溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体置换固溶体间隙固溶体例：碳原子溶入到铁晶格中分为27溶剂原子溶质原子置换固溶体28形成条件：形成条件：溶剂、溶质原子直径相近溶剂、溶质原子直径相近置换固溶体会发生晶格畸变，置换固溶体会发生晶格畸变，晶格畸变会导致固溶强化晶格畸变会导致固溶强化置换固溶体会产生固溶强化现象置换固溶体会产生固溶强化现象固溶强化：固溶强化：溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象29间隙固溶体溶剂原子溶质原子形成条件：形成条件：直径比直径比0.590.59也产生晶格畸变及也产生晶格畸变及固溶强化现象固溶强化现象30铁碳合金中的固溶体碳溶解在α-Fe中形成的固溶体韧性好（δ=45~50%）强度、硬度低σb=250MPaHBS=80体心立方结构1、铁素体31铁素体金相照片32碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体硬度低塑性好为面心立方结构2、奥氏体δ=40~50%33奥氏体金相照片34二、金属化合物合金在凝固过程中，各组元之间相互反应，生成一种具有金属性质的均匀物质特点有明显的金属性质有复杂的晶格结构较高的熔点、脆性及硬度HBW=800铁碳合金的金属化合物为渗碳体Fe3C35渗碳体金相照片一次渗碳体二次渗碳体36三、机械混合物合金在凝固过程中，各组元之间相互反应，生成一种具有金属性质的均匀物质结晶过程中所形成的两相混合物，各相保持原有的晶格结构，性能介于各组成相之间。铁碳合金中的机械混合物为珠光体莱氏体37铁素体和渗碳体组成的机械混合物硬度较高（HB=180）强度高σb=750MPa力学性能介于渗碳体和铁素体之间1、珠光体塑性δ=20~25%韧性δ=30~40J/cm238珠光体金相照片392、莱氏体727℃以上：奥氏体和渗碳体组成的机械混合物硬度很高（HB700）塑性极差727℃以下：珠光体和渗碳体组成的机械混合物40莱氏体金相照片41复习思考题1、详细观察水结晶的过程。2、金属晶粒大小对其力学性能有什么影响？3、室温的纯铁和1100℃时的纯铁晶格结构相同吗？