金属工艺学第五版cp2复习课程
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• 由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之间，所以 奥氏体也只出现在高温区域内。
• 性能： δ=40～50%，具有良好的塑性和低的 变形抗力。是绝大多数钢种在高温进行压力加 工所需的组织。
2020/5/22
显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结 构，但晶界较铁素体平直。这是奥氏体不锈钢在显 微202镜0/5/下22 观察到的单相奥氏体孪晶组织。
性能： σb =180～230MPa HB=50～80
δ=30～50%
φ=70～80%
ak=156～196J·cm-2
2020/5/22
显微镜下观察，铁素体呈大小不一的多边形颗 粒形状。
2020/5/22
2、奥氏体（A） Austenite
• 奥氏体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体 。
• γ-Fe的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148℃ ）。
第二章 铁碳合金
• 什么是铁碳合金？ 以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大于 95%。
• 学习内容 1.纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 2.铁碳合金的基本组织 3.铁碳合金状态图 4.工业用钢
2020/5/22
第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变
【重点内容】
1.金属的结晶、结晶过程、晶核的形成，长大规律 及其影响因素。
面心立方晶体结构
▪原子数 (1/2) × 6 ＋ (1/8) ×8=4 ▪典型金属：-Fe、Cu、Al、Ni、Au、Ag ▪性能特点：塑性极好 20▪20致/5/2密2 度：74％
三、 纯铁同素异晶转变
• 液态铁缓慢冷却到熔点 左右经过第一次结晶后 ，到室温的过程中，晶 格类型将发生改变。这 种随着温度的改变，固 态金属晶格也随之改变 的现象，称为同素异晶 转变。
2.过冷现象、过冷度、冷却速度与过冷度的关系及 细化晶粒的办法。
3.纯铁的晶体结构。 4.纯铁同素异晶转变。
12min35s的录像（金属的晶体结构、结晶过程、细 化晶粒的方法、同素异晶转变等结晶和固态转变的基本理 论）
2020/5/22
一、金属的结晶
• 什么是金属的结晶？ 液态金属冷却凝固转变为固
态晶体的过程 • 结晶的过程可用（温度—时间
的曲线）冷却曲线来表示。 • 水结晶成冰的实验，可以看出
晶体结晶存在“过冷”现象。 • 过冷度 • 过冷度的大小与冷却速度的关
系
2020/5/22
纯金属的冷却曲线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 结晶过程
• 结晶过程：形核+长大
晶核的形成
自发形核（均质形核） 非自发形核（异质形核）
晶核的长大：树枝状长大
立方晶格 、面心立方晶 格、密排六方晶格 。
2020/5/22
纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种。
体心立方晶体结构
▪原子数1＋8 ×(1/8)=2 ▪典型金属：-Fe、Cr、Mo、Na、Ba、Nb ▪性能特点：强度很高，塑性较好 ▪致密度：68％（原子占有晶胞体积的百分数）
2020/5/22
纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种。
• γ-Fe 转变为α-Fe 时， 金属的体积将膨胀还是 收缩？
2020/5/22
纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
第二节 铁碳合金的基本组织
• 基本概念：合金、组元、相、组织 • 将一种金属元素同一种或几种其它元素结合
在一起所形成的具有金属特性的新物质，称 为合金。 • 组成合金的最基本的、独立的物质称为组元 ，通常是指组成该合金的元素或某些化合物 ，根据合金组元数目的多少，把合金分为二 元合金、三元合金和多元合金。如：铁碳合 金就是由铁和碳二组元组成的二元合金。
2020/5/22
1）过冷度的影响
• 冷却速度愈大， 过冷度愈大。
• 实线部分，随着 ΔT 的 增 大 ， 形 核率和长大速度 都大，且N的增 加比G增加的快 ，晶粒愈细。
2020/5/22
2）变质处理
• 在液态金属结晶前，特意加入某些合金， 造成大量可以成为非自发晶核的固态质点 ，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提 高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即 为变质处理。
“固溶强化”
• 通过溶入某种溶质元素形成 固溶体而使金属的强度、硬 度升高的现象称为固溶强化 。
• 固溶强化的产生是由于溶质 原子溶入后，引起溶剂金属 的晶格产生畸变，进而位错 运动时受到阻力增大的缘故 。因此固溶强化是材料的一 种主要的强化途径。
2020/5/22
固溶体的性能
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与 溶剂金属基本相同。 随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明 显改变。其一般情况下，强度、硬度逐渐升 高，而塑性、韧性有所下降，电阻率升高， 导电性逐渐下降等。
2020/5/22
• 相是指在合金中，凡成分相同、晶体结构 相同并有界面与其它部分分开的均匀组成 部分。
• 在显微镜下能观察到的金属和合金的微观 形貌、图象称为组织，合金又可分为不同 的组织。
• 铁碳合金的基本组织可分为固溶体、金属 化合物和机械混合物三种类型。
2020/5/22
一、固溶体
• 某些合金的组元在固态时，具有一定的互相 溶解能力。
2020/5/22
（3）振动
• 对正在结晶的金属施以机械振动、超声 波振动和电磁振动，均可使树枝晶尖端 破碎而增加新的核心，提高形核率，使 晶粒细化。
2020/5/22
二、 纯铁的晶体结构
• 晶体中原子在空间的排列 ，可用晶格来表示 。
• 晶格中一个最基本的几何单元叫晶胞。 • 根据对晶胞的分析，最常见的晶格类型有体心
• 溶质原子溶入溶剂晶格中，而仍保持溶剂晶 格类型的金属晶体，称固溶体。
在固溶体中保持其原晶体结构的组元（元素）—溶剂 ，其余的组元（元素）—溶质
• 根据溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同， 固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两类 。 2020/5/22
间隙固溶体和置换固溶体
固溶体
间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶体结构的间隙位置。 置换固溶体：溶质原子置换溶剂在晶格结点上的原子。
铁碳合金中的固溶体都是碳溶解到铁的晶格中的间隙固溶体 2020/5/22
1、铁素体（F） Ferrous
• 铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。
• 由于α-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶 碳量只有0.0218%（727℃）所以是几乎不含碳的纯 铁。
• 具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度却较低。它 在770℃以下具有磁性。
• 性能： δ=40～50%，具有良好的塑性和低的 变形抗力。是绝大多数钢种在高温进行压力加 工所需的组织。
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显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结 构，但晶界较铁素体平直。这是奥氏体不锈钢在显 微202镜0/5/下22 观察到的单相奥氏体孪晶组织。
性能： σb =180～230MPa HB=50～80
δ=30～50%
φ=70～80%
ak=156～196J·cm-2
2020/5/22
显微镜下观察，铁素体呈大小不一的多边形颗 粒形状。
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2、奥氏体（A） Austenite
• 奥氏体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体 。
• γ-Fe的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148℃ ）。
第二章 铁碳合金
• 什么是铁碳合金？ 以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大于 95%。
• 学习内容 1.纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 2.铁碳合金的基本组织 3.铁碳合金状态图 4.工业用钢
2020/5/22
第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变
【重点内容】
1.金属的结晶、结晶过程、晶核的形成，长大规律 及其影响因素。
面心立方晶体结构
▪原子数 (1/2) × 6 ＋ (1/8) ×8=4 ▪典型金属：-Fe、Cu、Al、Ni、Au、Ag ▪性能特点：塑性极好 20▪20致/5/2密2 度：74％
三、 纯铁同素异晶转变
• 液态铁缓慢冷却到熔点 左右经过第一次结晶后 ，到室温的过程中，晶 格类型将发生改变。这 种随着温度的改变，固 态金属晶格也随之改变 的现象，称为同素异晶 转变。
2.过冷现象、过冷度、冷却速度与过冷度的关系及 细化晶粒的办法。
3.纯铁的晶体结构。 4.纯铁同素异晶转变。
12min35s的录像（金属的晶体结构、结晶过程、细 化晶粒的方法、同素异晶转变等结晶和固态转变的基本理 论）
2020/5/22
一、金属的结晶
• 什么是金属的结晶？ 液态金属冷却凝固转变为固
态晶体的过程 • 结晶的过程可用（温度—时间
的曲线）冷却曲线来表示。 • 水结晶成冰的实验，可以看出
晶体结晶存在“过冷”现象。 • 过冷度 • 过冷度的大小与冷却速度的关
系
2020/5/22
纯金属的冷却曲线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 结晶过程
• 结晶过程：形核+长大
晶核的形成
自发形核（均质形核） 非自发形核（异质形核）
晶核的长大：树枝状长大
立方晶格 、面心立方晶 格、密排六方晶格 。
2020/5/22
纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种。
体心立方晶体结构
▪原子数1＋8 ×(1/8)=2 ▪典型金属：-Fe、Cr、Mo、Na、Ba、Nb ▪性能特点：强度很高，塑性较好 ▪致密度：68％（原子占有晶胞体积的百分数）
2020/5/22
纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种。
• γ-Fe 转变为α-Fe 时， 金属的体积将膨胀还是 收缩？
2020/5/22
纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
第二节 铁碳合金的基本组织
• 基本概念：合金、组元、相、组织 • 将一种金属元素同一种或几种其它元素结合
在一起所形成的具有金属特性的新物质，称 为合金。 • 组成合金的最基本的、独立的物质称为组元 ，通常是指组成该合金的元素或某些化合物 ，根据合金组元数目的多少，把合金分为二 元合金、三元合金和多元合金。如：铁碳合 金就是由铁和碳二组元组成的二元合金。
2020/5/22
1）过冷度的影响
• 冷却速度愈大， 过冷度愈大。
• 实线部分，随着 ΔT 的 增 大 ， 形 核率和长大速度 都大，且N的增 加比G增加的快 ，晶粒愈细。
2020/5/22
2）变质处理
• 在液态金属结晶前，特意加入某些合金， 造成大量可以成为非自发晶核的固态质点 ，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提 高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即 为变质处理。
“固溶强化”
• 通过溶入某种溶质元素形成 固溶体而使金属的强度、硬 度升高的现象称为固溶强化 。
• 固溶强化的产生是由于溶质 原子溶入后，引起溶剂金属 的晶格产生畸变，进而位错 运动时受到阻力增大的缘故 。因此固溶强化是材料的一 种主要的强化途径。
2020/5/22
固溶体的性能
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与 溶剂金属基本相同。 随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明 显改变。其一般情况下，强度、硬度逐渐升 高，而塑性、韧性有所下降，电阻率升高， 导电性逐渐下降等。
2020/5/22
• 相是指在合金中，凡成分相同、晶体结构 相同并有界面与其它部分分开的均匀组成 部分。
• 在显微镜下能观察到的金属和合金的微观 形貌、图象称为组织，合金又可分为不同 的组织。
• 铁碳合金的基本组织可分为固溶体、金属 化合物和机械混合物三种类型。
2020/5/22
一、固溶体
• 某些合金的组元在固态时，具有一定的互相 溶解能力。
2020/5/22
（3）振动
• 对正在结晶的金属施以机械振动、超声 波振动和电磁振动，均可使树枝晶尖端 破碎而增加新的核心，提高形核率，使 晶粒细化。
2020/5/22
二、 纯铁的晶体结构
• 晶体中原子在空间的排列 ，可用晶格来表示 。
• 晶格中一个最基本的几何单元叫晶胞。 • 根据对晶胞的分析，最常见的晶格类型有体心
• 溶质原子溶入溶剂晶格中，而仍保持溶剂晶 格类型的金属晶体，称固溶体。
在固溶体中保持其原晶体结构的组元（元素）—溶剂 ，其余的组元（元素）—溶质
• 根据溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同， 固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两类 。 2020/5/22
间隙固溶体和置换固溶体
固溶体
间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶体结构的间隙位置。 置换固溶体：溶质原子置换溶剂在晶格结点上的原子。
铁碳合金中的固溶体都是碳溶解到铁的晶格中的间隙固溶体 2020/5/22
1、铁素体（F） Ferrous
• 铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。
• 由于α-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶 碳量只有0.0218%（727℃）所以是几乎不含碳的纯 铁。
• 具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度却较低。它 在770℃以下具有磁性。