工程材料总结
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冷却速度 决定 过冷度(冷却速度越大,开始结晶温度越低,过冷度越大) 纯铜冷却曲线：冷却 过冷 回升 结晶 冷却
三、 形核
纯金属结晶过程 长大
自发形核 非自发形核 平面长大 树枝状长大
四、同素异构转变
δ-Fe γ-Fe α-Fe BCC FCC BCC
五、(书上 60 页) 细等轴晶区
铸锭结构 柱状晶区 粗等轴晶区 缩孔
2、匀晶结晶的特点： 1）与纯金属一样，固溶体从液相中结晶出来的过程中，也包括形核和长大两个过程，但固 溶体更趋于呈树枝状长大； 2）固溶体结晶在一个温度区间内进行，即为一个变温结晶过程； 3）在两相区内，温度一定时，两相的成分是确定的； 4）在两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定的；
只适用于相图中的两相区； 杠杆定律注意 只能在平衡状态下使用；
（α+β）+α+βⅡ （α+β）
（α+β）+β+αⅡ
β+αⅡ
（三）发生包晶反应的合金的结晶
包晶相图：当两组元在液态完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶反应时所构成的相图 包晶偏析：在合金结晶过程中，如果冷速过快，包晶反应时原子扩散不能充分进行，则生成
的β固溶体中会发生较大的偏析，这种现象称为包晶偏析。可通过扩散退火来消 除。 （四）发生共析反应的合金的结晶 共析反应：由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相，此两相混合物称为共析体 （五）含有稳定化合物的合金的结晶
室温下
组织
相
α+Fe3CⅢ α+Fe3C
F+P
α+Fe3C
P
α+Fe3C
P+Fe3CⅡ
Le/+P+
Fe3CⅡ
α+Fe3C α+Fe3C
共晶白口铸铁 C=4.3%
过共晶白口铸铁 4.3%<C<6.69%
Le Le+
Fe3CⅠ
γ+Fe3C γ+Fe3C
Le/ Le/+
Fe3CⅠ
α+Fe3C α+Fe3C
杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点； 支点为合金的成分点。
5）扩散退火 解决 枝晶偏析
（二）发生共晶反应的合金的结晶
1、Pb-Sn,Al-Si,Ag-Cu 合金都具有共晶相图
2、共晶相图
端部固溶体（左）
相组成 α+β
亚共晶合金 共晶合金 过共晶合金
α+β α+β α+β
端部固溶体（右）
α+β
组织组成物 α+βⅡ
固态合金 两类基本相
固溶强化
金属化合物
1、正常价化合物 2、电子化合物 3、间隙化合物 间隙相 复杂结构的间隙化合物
七、金属材料的性能特点
工艺性能
1、铸造性能 流动性 收缩性 偏析倾向 2、锻压性能 3、焊接性能 4、切削加工性能
力学性能
σ 弹性极限 e
σ /σ 强度 屈服极限（屈服强度） s
0.2
Le/ Le/+
Fe3CⅠ
α+Fe3C α+Fe3C
注：Fe3CⅠ中Ⅰ可省略
九、如何分析典型的结晶过程 1、作出典型合金冷却曲线示意图
二元合金冷却曲线的特征是： 1） 在单相区和两相区冷却曲线为一斜线 2） 由一个相区进入另一个相区时，冷却曲线出现拐点：
一、
第一章 材料的结构与性能特点
非晶体
晶体
晶格：晶格参数 晶胞
三条棱长：a、b、c（晶格常数） 三棱边夹角：α、β、γ
二、
结构
原子半径
晶胞原子 数
BCC
√3a/4
2
FCC
√2a/4
4
HCP
a/2
6
BCC 代表：α-Fe ; FCC 代表：γ-Fe
配位数
8 12 12
致密度
0.68 0.74 0.74
σ 强度极限（抗拉强度） b
断面伸长率 塑性
断面收缩率 疲劳强度
布氏硬度 HB 硬度 洛氏硬度 HR
维氏硬度 HV 冲击韧性 韧性 断裂韧性
第二章 金属材料组织和性能的控制
一、
一次结晶：
金属：液态
固体晶态
二次结晶（重结晶）：
金属：一种固体晶态
另一种固体晶态
二、纯金属结晶条件 过冷现象
过冷度 △T=T0-Tn (T0 理论结晶温度, Tn 开始结晶温度)
1、Fe3C 中的碳质量分数 6.69%
2、Fe-Fe3C 相图由 包晶相图
三个基本相图组成 共晶相图 共析相图
3、Fe-Fe3C 合金的组元 Fe（纯 Fe 冷却曲线 56 页 ）
Fe3C（复杂结构的间隙化合物， 渗碳体）
4、铁碳合金中的相
1）液相 L：Fe 与 C 的液溶体
2）δ相 高温铁素体（BCC 结构） 1394-1538℃.1495℃溶碳量最大，0.09%
？？？
总结
反应名称
图形特征
反应式
说明
共晶反应
L
α
β
L↔α+β
恒温下，由一个液相 同时结晶出两个成分 结构不同的新固相
包晶反应
α
L
β
L+α↔β
恒温下，由一个液相 包着一个固相生成另
一个新的固相
共析反应
γ
α
β
γ↔α+β
恒温下，由一个固相 同时析出两个成分结
构不同的新固相
（其他看书，有图有真相）
八、铁碳合金的结晶 （一）铁碳相图
密排面
{110} {111}
密排方向
<111> <110>
三、
晶面、晶面指数、晶面族
晶向、晶向指数、晶向族
四、 金属晶体特性
确定的熔点 各向异性
五、 实际金属中的晶体缺陷
空位
点缺陷
间隙原子
异类原子
刃型位错
线缺陷 螺型位错
面缺陷
晶界 亚晶界
六、合金的晶体结构：合金、组元
固溶体
1、按溶质原子在溶剂中的溶解度： 有限固溶体 无限固溶体 2、按溶质原子在固溶体中分布是否有规律： 有序固溶体 无序固溶体
3）α相 铁素体（F 或α）
4）γ相
室温 600℃ 727℃ 奥氏体（A 或γ） 1148℃ 2.11%
α相不同温度下对应碳含量
0.0008% 0.005% 0.0218%
5) Fe3C 相：化合物相
5、典型铁碳合金的平衡结晶过程（书上 75-82 页）
共析反应前
共析反应后
组织
相
组织
相
工业纯铁
C≤0.0218%
亚共析钢 0.0218%<C<0.77%
F+γ
α+γ
F+P
α+Fe3C
共析钢 C=0.77%
A
γ
P
α+Fe3C
过共析钢 0.77%<C≤2.11%
A+Fe3CⅡ
γ+Fe3C
P+Fe3CⅡ
α+Fe3C
பைடு நூலகம்
亚共晶白口铸铁 2.11%<C<4.3%
Le+A+
Fe3CⅡ
γ+Fe3C
Le/+P+
Fe3CⅡ
α+Fe3C
铸锭缺陷 疏松 (书上 61 页) 气孔 偏析
六、
晶粒度
1、增大金属的过冷度
N/G（N 形核速率，G 长大速度）
细化铸态金属晶粒措施 2、变质处理
孕育剂、变质剂
3、振动
三空 1、2、34
4、电磁搅拌 四空 1、2、3、4（填空题）
七、二元合金的结晶 （一）发生匀晶反应的合金的结晶
1、Cu-Ni,Fe-Cr,Au-Ag 合金都具有匀晶相图
三、 形核
纯金属结晶过程 长大
自发形核 非自发形核 平面长大 树枝状长大
四、同素异构转变
δ-Fe γ-Fe α-Fe BCC FCC BCC
五、(书上 60 页) 细等轴晶区
铸锭结构 柱状晶区 粗等轴晶区 缩孔
2、匀晶结晶的特点： 1）与纯金属一样，固溶体从液相中结晶出来的过程中，也包括形核和长大两个过程，但固 溶体更趋于呈树枝状长大； 2）固溶体结晶在一个温度区间内进行，即为一个变温结晶过程； 3）在两相区内，温度一定时，两相的成分是确定的； 4）在两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定的；
只适用于相图中的两相区； 杠杆定律注意 只能在平衡状态下使用；
（α+β）+α+βⅡ （α+β）
（α+β）+β+αⅡ
β+αⅡ
（三）发生包晶反应的合金的结晶
包晶相图：当两组元在液态完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶反应时所构成的相图 包晶偏析：在合金结晶过程中，如果冷速过快，包晶反应时原子扩散不能充分进行，则生成
的β固溶体中会发生较大的偏析，这种现象称为包晶偏析。可通过扩散退火来消 除。 （四）发生共析反应的合金的结晶 共析反应：由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相，此两相混合物称为共析体 （五）含有稳定化合物的合金的结晶
室温下
组织
相
α+Fe3CⅢ α+Fe3C
F+P
α+Fe3C
P
α+Fe3C
P+Fe3CⅡ
Le/+P+
Fe3CⅡ
α+Fe3C α+Fe3C
共晶白口铸铁 C=4.3%
过共晶白口铸铁 4.3%<C<6.69%
Le Le+
Fe3CⅠ
γ+Fe3C γ+Fe3C
Le/ Le/+
Fe3CⅠ
α+Fe3C α+Fe3C
杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点； 支点为合金的成分点。
5）扩散退火 解决 枝晶偏析
（二）发生共晶反应的合金的结晶
1、Pb-Sn,Al-Si,Ag-Cu 合金都具有共晶相图
2、共晶相图
端部固溶体（左）
相组成 α+β
亚共晶合金 共晶合金 过共晶合金
α+β α+β α+β
端部固溶体（右）
α+β
组织组成物 α+βⅡ
固态合金 两类基本相
固溶强化
金属化合物
1、正常价化合物 2、电子化合物 3、间隙化合物 间隙相 复杂结构的间隙化合物
七、金属材料的性能特点
工艺性能
1、铸造性能 流动性 收缩性 偏析倾向 2、锻压性能 3、焊接性能 4、切削加工性能
力学性能
σ 弹性极限 e
σ /σ 强度 屈服极限（屈服强度） s
0.2
Le/ Le/+
Fe3CⅠ
α+Fe3C α+Fe3C
注：Fe3CⅠ中Ⅰ可省略
九、如何分析典型的结晶过程 1、作出典型合金冷却曲线示意图
二元合金冷却曲线的特征是： 1） 在单相区和两相区冷却曲线为一斜线 2） 由一个相区进入另一个相区时，冷却曲线出现拐点：
一、
第一章 材料的结构与性能特点
非晶体
晶体
晶格：晶格参数 晶胞
三条棱长：a、b、c（晶格常数） 三棱边夹角：α、β、γ
二、
结构
原子半径
晶胞原子 数
BCC
√3a/4
2
FCC
√2a/4
4
HCP
a/2
6
BCC 代表：α-Fe ; FCC 代表：γ-Fe
配位数
8 12 12
致密度
0.68 0.74 0.74
σ 强度极限（抗拉强度） b
断面伸长率 塑性
断面收缩率 疲劳强度
布氏硬度 HB 硬度 洛氏硬度 HR
维氏硬度 HV 冲击韧性 韧性 断裂韧性
第二章 金属材料组织和性能的控制
一、
一次结晶：
金属：液态
固体晶态
二次结晶（重结晶）：
金属：一种固体晶态
另一种固体晶态
二、纯金属结晶条件 过冷现象
过冷度 △T=T0-Tn (T0 理论结晶温度, Tn 开始结晶温度)
1、Fe3C 中的碳质量分数 6.69%
2、Fe-Fe3C 相图由 包晶相图
三个基本相图组成 共晶相图 共析相图
3、Fe-Fe3C 合金的组元 Fe（纯 Fe 冷却曲线 56 页 ）
Fe3C（复杂结构的间隙化合物， 渗碳体）
4、铁碳合金中的相
1）液相 L：Fe 与 C 的液溶体
2）δ相 高温铁素体（BCC 结构） 1394-1538℃.1495℃溶碳量最大，0.09%
？？？
总结
反应名称
图形特征
反应式
说明
共晶反应
L
α
β
L↔α+β
恒温下，由一个液相 同时结晶出两个成分 结构不同的新固相
包晶反应
α
L
β
L+α↔β
恒温下，由一个液相 包着一个固相生成另
一个新的固相
共析反应
γ
α
β
γ↔α+β
恒温下，由一个固相 同时析出两个成分结
构不同的新固相
（其他看书，有图有真相）
八、铁碳合金的结晶 （一）铁碳相图
密排面
{110} {111}
密排方向
<111> <110>
三、
晶面、晶面指数、晶面族
晶向、晶向指数、晶向族
四、 金属晶体特性
确定的熔点 各向异性
五、 实际金属中的晶体缺陷
空位
点缺陷
间隙原子
异类原子
刃型位错
线缺陷 螺型位错
面缺陷
晶界 亚晶界
六、合金的晶体结构：合金、组元
固溶体
1、按溶质原子在溶剂中的溶解度： 有限固溶体 无限固溶体 2、按溶质原子在固溶体中分布是否有规律： 有序固溶体 无序固溶体
3）α相 铁素体（F 或α）
4）γ相
室温 600℃ 727℃ 奥氏体（A 或γ） 1148℃ 2.11%
α相不同温度下对应碳含量
0.0008% 0.005% 0.0218%
5) Fe3C 相：化合物相
5、典型铁碳合金的平衡结晶过程（书上 75-82 页）
共析反应前
共析反应后
组织
相
组织
相
工业纯铁
C≤0.0218%
亚共析钢 0.0218%<C<0.77%
F+γ
α+γ
F+P
α+Fe3C
共析钢 C=0.77%
A
γ
P
α+Fe3C
过共析钢 0.77%<C≤2.11%
A+Fe3CⅡ
γ+Fe3C
P+Fe3CⅡ
α+Fe3C
பைடு நூலகம்
亚共晶白口铸铁 2.11%<C<4.3%
Le+A+
Fe3CⅡ
γ+Fe3C
Le/+P+
Fe3CⅡ
α+Fe3C
铸锭缺陷 疏松 (书上 61 页) 气孔 偏析
六、
晶粒度
1、增大金属的过冷度
N/G（N 形核速率，G 长大速度）
细化铸态金属晶粒措施 2、变质处理
孕育剂、变质剂
3、振动
三空 1、2、34
4、电磁搅拌 四空 1、2、3、4（填空题）
七、二元合金的结晶 （一）发生匀晶反应的合金的结晶
1、Cu-Ni,Fe-Cr,Au-Ag 合金都具有匀晶相图