金属材料与热处理 教学课件 ppt 作者 吴惠明 第4章铁碳合金.ppt

第4章 铁碳合金 知识目标： 了解合金的组织对合金性能的影响 铁碳合金的基本组织、符号及性能 技能目标： 能运用铁碳合金相图分析铁碳合金的组织和性能 能根据铁碳合金相图选择工件材料 铁碳合金是以铁和碳为组元的二元合金，是工业上应用最广泛的合金。  在液态时，铁和碳可以无限互溶。在固态时，碳溶于铁中形成固溶体。当含碳量超过碳在铁中的固态溶解度时，则出现金属化合物。 4.2 二元合金相图 4.1 合金的基本组织 4.1.1 合金概述 4.1.2 固溶体 4.1.3 金属化合物 4.1.4 混合物 4.1.1 合金概述 合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素经一定方法合成的具有金属特性的物质称为合金。 组元：组成合金的最基本的独立物质称为组元，简称元。组元通常是组成合金的元素，有时也可将稳定的化合物作为组元。 相：合金中化学成分、结构相同的组成部分称为相，相与相之间具有明显的界限。 合金的组织是指合金中不同相之间相互组合而成的综合体 。各相的数量、形状、大小及分布方式的不同形成了合金组织。 4.1.2 固溶体 固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀固相，称为固溶体。溶入的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶体保持溶剂的晶格类型，溶质原子则分布在溶剂晶格之中。 置换固溶体：溶质原子替代溶剂晶格节点上的某些原子形成的固溶体成为置换固溶体。如图a所示。 间隙固溶体：溶质原子嵌入溶质晶格各节点之间的间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。如图b所示。 晶格畸变 固溶体中，溶质原子的溶入溶剂晶格后，将使溶剂晶格常数增大，导致晶格发生畸变。 如图： 4.1.3 金属化合物 合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。 金属化合物可用化学分子式来表示。金属化合物的晶格类型不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构，其性能具有“三高一稳定”的特点，即高熔点、高硬度、高脆性和良好的化学稳定性。 合金中出现化合物时，通常能显著地提高合金的强度、硬度和耐磨性，但塑性和韧性也会明显的降低。金属化合物是各种合金钢、硬质合金和许多有色金属的重要组成相。 4.1.4混合物 两种或两种以上的相按一定的质量百分数组成的物质称为混合物。 在混合物中各组成相仍保持着它原有的晶格类型和性能，而整个混合物的性能介于各组成相性能之间，与各组成相的性能及相的数量、形状、大小和分布情况等密切相关。 4.2 二元合金相图 4.2.1 二元合金相图的表示方法 4.2.2 二元合金匀晶相图分析 4.2.3 二元合金共晶相图分析 4.2.1 二元合金相图的表示方法 合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分之间的关系，简称相图或状态图。 它是了解合金中各种组织的形成与变化规律的有效工具，是合金在极缓慢冷却、接近平衡条件下测绘的，又称平衡图。 合金相图一般采用热分析法、热膨胀法、电阻法等实验方法测定，测定的关键是准确地找到合金的熔点和固态转变温度——临界点。 4.2.1 二元合金相图的表示方法 对二元合金系来说，通常用横坐标表示合金成分，纵坐标表示温度。图4-3为铜镍二元合金相图，它是一种最简单的基本相图。 横坐标表示合金成分（一般为溶质的质量百分数），左右端点分别表示纯组元（纯金属）Cu和Ni，其余的为合金系的每一种合金成分，坐标平面上的任一点表示一定成分的合金在一定温度时的稳定相状态。例如，A点表示，含30%Ni的铜镍合金在1200℃时处于液相（L）+固相（α）的两相状态 。 4.2.2 二元合金匀晶相图分析 右图为Cu-Ni合金相图及20%Ni合金的平衡结晶过程。 相图上面一条曲线为液相线，下面一条曲线为固相线。两条曲线将相图分成三个相区，即液相区L、固相区α以及两相区L+α。 4.2.3 二元合金共晶相图分析 4.3 铁碳合金相图 4.3.1 铁碳合金的相及组织 4.3.2 铁碳合金相图 4.3.3 典型铁碳合金的结晶过程分析 4.3.4 铁碳合金的成分、组织与性能的关系 4.3.1 铁碳合金的相及组织 钢铁材料是现代工业中应用最为广泛的金属材料，碳钢和铸铁都是铁和碳的合金。 在铁碳合金中，碳与铁可以形成固溶体，也可以形成化合物，还可以形成混合物。在铁碳合金中有以下几种基本组织。 1.铁素体 碳溶解于体心立方晶格的α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。铁素体性能与纯铁相似，即具有良好的塑性和韧性，强度和硬度较低。 2.奥氏体 碳溶解于面心立方晶格的γ