纯铁的组织和性能

第二章碳钢

第1节纯铁的组织和性能

纯铁的组织和性能：

纯铁的结晶

纯铁的晶体结构

工业纯铁的组织和性能

晶体并非局限于天然生成的固体。金属和合金在一般条件下都是晶体。

过冷现象和过冷度

过冷现象——

实际开始结晶温度低于理论结晶温度的现象T n—实际开始结晶温度

过冷度——

实际开始结晶温度与理论结晶温度的差值

结晶的必要条件——过冷度大于零

结晶过程

晶粒晶界

细晶强化——

同一金属，晶粒细小的比粗大的有更高的强度、硬度、塑性和韧性。

铸造工艺中细化晶粒的方法：

提高冷却速度，加形核剂，搅拌、振动

纯铁的晶体结构

晶体结构的基本概念

简单立方原子排列模型

晶向：空间点阵中各阵点列的方向。反映晶体中原子排列的方向。

晶面：

通过空间点阵中的任意一组阵点的平面代表晶体中的原子平面，称为晶面。

金属的典型晶体结构

体心立方结构BCC

铁(α-Fe，δ-Fe)、钨(W) 、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)等

a=b=c,α=β=γ=90°

面心立方结构FCC

铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)、铁(γ－Fe)等

a=b=c,α=β=γ=90°

密排六方结构HCP

钛(Ti)、锆(Zr)、镁（Mg)、锌(Zn)等

a=b≠c, α=β=90°, γ=120°

单晶体的各向异性多晶体的伪各向同性

部分工程材料需要单晶：

2. 晶体缺陷的基本概念

1) 点缺陷

空位间隙原子置换原子

2) 线缺陷（位错）,刃型位错, 螺型位错

钛合金中的位错线工业纯铝中的位错线

3) 面缺陷，包括晶界、亚晶界、相界等

晶界亚晶界

4) 晶体缺陷对金属力学性能的影响

实际晶体=理想晶体+晶体缺陷

点缺陷：材料的屈服强度提高，塑性韧性下降，电阻增加

线缺陷：引起晶格畸变；强度的变化与位错密度有关。

位错密度很低或者很高时，晶体的强度比较高

面缺陷：晶界增多能显著提高材料的强度、塑

性和韧性，但易发生高温氧化，耐腐蚀性能降低, 高温时强度降低

细晶强化：通过细化晶粒而使材料强度提高的方法称为细晶强化。

4) 晶体缺陷对金属力学性能的影响

实际晶体=理想晶体+晶体缺陷

点缺陷：材料的屈服强度提高，塑性韧性下降，电阻增加

线缺陷：引起晶格畸变；强度的变化与位错密度有关。

晶粒尺寸减小，强度增加

晶粒尺寸减小

晶粒尺寸减小，韧脆转变温度降低

3. 纯铁的晶体结构及同素异构转变

纯铁有三种不同晶体结构

工业纯铁室温下的组织

多晶体bcc结构α-Fe