金属材料与热处理：铁碳合金PPT教学课件.pptx

3铁碳合金

3铁碳合金知识目标◎了解合金的基本概念及合金中相的结构。◎了解铁碳合金的基本组织。◎掌握铁碳合金相图的构成，特性点、特性线、特性相区的含义及铁碳合金相图的应用。◎掌握碳的质量分数对铁碳合金组织和性能的影响。◎了解杂质元素对碳素钢的影响。

技能目标◎掌握典型合金的结晶过程及其组织。◎掌握碳素钢牌号的含义及应用。3铁碳合金

铁碳合金是现代机械工业中应用最为广泛的金属材料。铁和碳是钢铁材料中的两种最基本元素。铁碳合金相图是研究铁碳合金的成分、温度和组织之间的变化关系并推断合金性能的重要工具。了解和掌握铁碳合金相图，对于制订钢铁材料的各种加工工艺具有重要的指导意义。3铁碳合金

3.1合金中的相3铁碳合金

33.1合金中的相纯金属一般力学性能不高且制作成本高，应用受到限制，而合金可以根据不同需要配制，以获得不同的物理性能和化学性能，因而得到广泛的应用。常用的碳钢、铸铁、合金钢、硬铝、青铜等金属材料，都是合金。

33.1合金中的相3.1.1合金的基本概念1.合金合金是一种金属与另一种或几种金属、非金属熔合组成的，具有金属特性的物质。例如，铁和碳组成的铁碳合金碳素钢、铸铁等，铜和锌组成的合金黄铜等。

33.1合金中的相2.组元组元是组成合金的最基本的、独立的物质，简称元。组元通常是组成合金的元素或某些稳定的化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，三个组元组成的称为三元合金，以此类推。相同组元可按不同比例配制成性能不同的系列合金，构成一个合金系统，简称合金系。

33.1合金中的相3.相相指金属或合金中化学成分相同、结构相同或原子聚集状态相同，并与其他部分之间有明确界面的独立均匀的组成部分，如液态纯金属与结晶出的固态纯金属，即为液、固两相。合金中由成分、结构相同的同一种晶粒组成的多晶体组织，虽然晶粒间有界面，仍为同一种相；若由成分、结构不同的几种晶粒组成，则为多相组织。

33.1合金中的相4.组织组织指用肉眼可直接观察的，或用放大镜、显微镜能观察分辨的材料内部微观形貌图像。通常把借助金相显微镜、电子显微镜观测的内部微观形貌图专门称为显微组织。通过对组织的观察分析，可了解材料内部各组织组成相的大小、形态、分布和相对数量等，从而进一步了解材料的性能及其变化规律。例如，珠光体是铁碳合金的一种组织，它由铁素体和渗碳体两相组成，片层相同，分布均匀；退火状态的亚共析钢显微组织由铁素体和珠光体两种组织组成，而从相的角度来说，还是由铁素体和渗碳体两相组成。

33.1合金中的相3.1.2合金的相结构大部分合金在液态时组元能够互溶，形成均匀的单一液相。而在固态时，由于组元之间相互的作用不同，可以形成不同的相结构，成为合金不同的组织组成相。按合金中组成相的结构特征，可分为固溶体和金属化合物。此外，还可能出现两相或多相复合组织。

33.1合金中的相1.固溶体固态合金中，一组元的晶格中溶入另一种或多种其他组元而形成的均匀相，称为固溶体。保留晶格的组元称为溶剂，溶入晶格的组元称为溶质。根据溶质原子在溶剂中分布的位置不同，固溶体分为间隙固溶体和置换固溶体两类。

33.1合金中的相1）间隙固溶体间隙固溶体是溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体，如图（a）所示。由于晶格间隙一般很小，因此要求溶质的原子半径必须很小，通常是溶质原子与溶剂原子直径之比小于0.59时才能形成间隙固溶体。间隙固溶体都是有限固溶体。铁碳合金中的铁素体就是碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体。

33.1合金中的相2）置换固溶体置换固溶体是溶质原子置换溶剂晶格结点上部分原子而形成的固溶体，如图（b）所示。在固态时两组元能按任意比例相互溶解的置换固溶体称为无限固溶体或连续固溶体，如铜镍合金等；在固态时溶质的浓度具有一定限度的置换固溶体称为有限固溶体，大部分合金属于有限固溶体，如铜锌合金、铁碳合金等。有限固溶体的溶质原子超过限度时，固溶体内将析出新相。置换固溶体的溶质溶解度并非固定不变，一般随温度的变化而变化，温度升高则溶解度增大，温度降低则溶解度减小。

33.1合金中的相固溶体的类型(a)间隙固溶体;(b)置换固溶体

33.1合金中的相无论是间隙固溶体还是置换固溶体，都是均匀的单相组织，晶格类型保持溶剂的晶格类型，但由于溶质原子的加入使晶格畸变，因而固溶体的强度、硬度比溶剂要高。这种通过溶入溶质原子形成固溶体而强化的手段称为固溶强化，是提高金属材料力学性能的重要途径。

33.1合金中的相2.金属化合物合金组元间按一定比例组成，并形成新的晶格结构和明显金属特性的新相，这种新相称为金属化合物。金属化合物可用一定的分子式来表示，如Mg2Si、Fe3C、Fe4W2C等。金属化合物通常具有复杂的晶格结构，熔点高、硬度高、脆性大，在合金中金属化合物可提高硬度和强度