第二章碳钢-1讲解.ppt

* * 第二章 碳钢 钢铁（ Steel and iron ） 钢：碳钢（carbon steel）、合金钢( alloy steel) 铁：纯铁(iron)、铸铁(cast iron) 第一节 纯铁的组织和性能 纯铁 IRON 一、纯铁的结晶 过冷现象和过冷度 T0 ： Fe的理论结晶温度=1539℃； Tn ： Fe的实际结晶温度（实际生产时的冷却速度下结晶温度） T’ ： Tn温度下结晶，释放结晶潜热，温度升高形成的平台，极缓慢条件下=1538 ℃ 纯铁的冷却曲线 ΔT T0 Tn t T’ ΔT=T0-Tn 为过冷度 T1 T2 T3 V1 V2 V3 T t 速度V越快，实际结晶温度Tn越低。 V3V2V1; T3T2T1; 冷却速度对结晶温度的影响 结晶热力学 物质自由能F：物质能够对外作功的能量 F F液 F固 Tn T0 Tn′ T℃ T0时，F液＝F固（液固共存） Tn时，F液 F固 (液→固) Tn′时，F液 F固 (固→液) 结晶驱动力：自由能差ΔF ΔF＝F液－F固， 过冷度ΔT = T0－Tn越大，ΔF越大，结晶倾向越大 过冷度的热力学解释 结晶过程 形核与长大 晶粒 多晶体，晶界 自发形核：以液体中具有临界半径r*的小晶体为核心，长大成一个个晶粒 外来形核：往溶液中添加高熔点物质，使之成为结晶核心，细化晶粒。例如：往钢水中添加Al，脱氧的同时产生Al2O3核心；往灰口铁溶液中加入硅铁或硅钙铁合金，可以细化灰口铁晶粒，称为孕育铸铁或变质铸铁；往Al-Si合金中添加Na、Zr、B、Nb等 形核 晶核长大方式：树枝状方式 （1） 增加过冷度ΔT：ΔT↑ΔF↑r*数量↑； （金属型与砂型铸造晶粒大小比较） （2） 变质处理：增加外来形核； （3）振动浇注：产生断晶，形成新核心。 （4）为什么要细化晶粒呢？ 细化晶粒措施 二、纯铁的晶体结构 （一）晶体结构的基本概念 1晶体：物质内原子作有规则排列，有固定熔点，如Fe、Cu等； 2非晶体：物质内部的原子排列无规则，无固定的熔点，例如：松香、沥青、玻璃等。 (a)是否具有周期性、对称性 (b)是否长程有序 (c)是否有确定的熔点 (d)是否各向异性 晶格：把构成物质的原子用假想的线连接起来，形成的空间格子。 晶胞：晶格中最基本的单元 晶体原子----点---点阵---晶格—晶胞 晶格常数： （1）边长：用a、b、c表示 （2）夹角：用α、β、γ表示 立方晶系 正方晶系 正交晶系 六方晶系 菱方晶系 单斜晶系 三斜晶系 七大晶系 常见的三种晶格结构 体心立方：（BCC） a＝b＝c，α＝β＝γ＝90 α－Fe、W、Mo、 Cr、V等金属为bcc结构 面心立方：（FCC） a＝b＝c，α＝β＝γ＝90℃, γ－Fe、Cu、Al、Ni、 Pb等金属为fcc结构 密排六方：HCP-hexagonal ） 边长为a，高为c，c/a≈1.633, 例如：Zn、Mg、Be等金属为hcp结构 体心立方：（bcc） 面心立方：（fcc） 密排六方（hcp） BCC原子排列 体心立方：（BCC） Atoms layer sequence: ABCABCABCABC 面心立方排列 FCC 密排六方：（HCP） Atoms layer sequence: ABABABABABAB or ACACACACACAC 课堂讨论 1.一个BCC和FCC晶胞有多少个原子? BCC FCC In NaCl, bigger Chlorine atoms pack together in FCC structure, leaving Na to squeeze into the remaining holes. 自然界中各种晶体 *