第2章金属材料的结构。
合金的晶体结构。
1)合金。由两种或两种以上的元素（称为组元）组成的具有金属性质的物质称为合金。
两个组元组成的称二元合金。三个组元称三元合金。三个以上称多元合金。
2)相（phase）
合金中具有相同理化性质和晶体结构，并与系统中有界面分开的部分称为相。合金中只有一个相的称单相合金，两个相以上的称多相合金。
3)组织（microstructure）
在显微镜观察下，一个相或几个相的组成物称为组织。组织中只有一个相称单相组织，两个相以上称多相组织。
基本相结构。
(1) 固溶体。
定义组元a.（溶剂），溶入其它组元（溶质仍然保持组元a晶体结构的固体称为固溶体。
种 a.间隙固溶体
0.59 溶质原子溶入溶剂晶格间隙。
置换固溶体。
0.59 溶质原子取代溶剂原子的部分位置
c.固溶体的性能---固溶强化。
固溶合金比纯金属强度硬度提高，塑性韧性下降。
当合金中溶质浓度含量超过固溶体溶解度时析出的新相称为化合物。
种类。a.间隙化合物
过渡族金属元素。
与。原子半径较小的非金属。
形成的化合物，如vc , wc , fe3c，等。
性能。原子结合力强，表现高硬度，高脆性。
(3) 化合物与第二相强化。
a. 基体相与第二相。
固溶体在合金中的相对含量大，称为基体相。
化合物相对量较少称为第二相。
b. 第二相强化
利用第二相数量和形状来提高材料强度的方法。
当第二相是弥散质点称为弥散强化。
金属的凝固与相图部分。
基本概念。1. 凝固、结晶、相变。
2. 冷却曲线。
反映合金在结晶和相变过程。
的状态的时间—温度曲线。
3. 过冷度（△t）
△t=to-tn
tn— 实际结晶温度
to—理论结晶温度
冷却速度越大，tn越低，过冷度越大。
结论：金属的结晶过程→形核与长大过程。
形核。当液态金属过冷到一定温度，一些尺寸较。
大的原子团开始变得稳定成为结晶核心，称为。
晶核，其过程称为形核。
a.均质形核
液体中时聚时散的原子团自发形核。
b.异质形核
依附于液体中高熔点杂质形核。
2、长大。液体原子向晶核扩散，使晶核尺寸增大的过程。
晶粒大小及其控制。
1. 晶粒大小对金属力学性能的影响。
可用 hell-patch方程说明这个关系。
s =бo＋k .d-1/2
бo. k 均为常数， d为晶粒平均直径。
方程说明材料强度与晶粒直径成反比，晶粒越粗大，材料力学性能越低。因此，实际生产中都力求细化晶粒。
2 控制晶粒大小的途径。
1)增大过冷度。
当过冷度增大，结晶核心增加，结晶后晶粒细。
2)变质处理（孕育处理）
在液体金属中加入高熔点细颗粒（变质剂）作为异质形核的核心。如在铁水中加入si-fe,mn-fe作孕育剂可细化晶粒。
3)搅拌和振动把树枝晶搅断作为新晶核。
合金结晶的特点。
1.结晶在一个温区而不是一个温度进行。
如纯铁在1538℃结晶，而含碳0.6％的fe-c合金在1500℃开始结晶，1430℃才结束。
2.结晶过程有成分的变化。
如含0.6％碳的fe-c合金，先结晶的固相含碳量低，后结晶固相含碳量高。
相图。反映合金系中不同成分的合金在不同温度下的组织状态关系的图象，亦称状态图。
它揭示了合金系的成分、温度、组织、性能之间的关系。
1.铁碳合金的基本组织。
(1 ) 纯铁的性能及同素异构转变。
物理性能： 熔点1538℃，铁磁性。
力学性能：
——低强度。
——高塑性。
同素异构转变：
纯金属随温度变化，其晶体结构发生变化。
的现象。纯金属： -fe （bcc） r- fe (fcc)
溶入c溶入c
固溶体： 铁素体＋碳化物奥化体＋碳化体。
+化合物。混合物： 珠光体莱氏体。
1.铁碳合金的基本组织。
固溶体。a.铁素体 （ferrite, f）
碳在-fe中的固溶体，bcc结构，形态呈白色多边形 ， 最大含碳量 0.0218％ (在727℃)
性能：固溶强化不明显， 硬度低、塑性高。
硬度50-80hbs、伸长率δ=30-50％）
b. 奥氏体（austenite ,a）
碳在r- fe中的固溶体，fcc结构，是存在于727℃以上的组织。
性能：高塑性，是理想的锻造组织
② 金属化合物— 渗碳体 （fe3c,或cementite,）
成分：含碳6.69％
结构：碳在铁中的间隙化合物，复杂斜方结构。
性能：硬度高、脆性大、强度低。
（硬度800hbs、伸长率δ ≈0、бb=30mpa）
混合物。a.珠光体（pearlite, p）
成分： 含碳0.77％
组织： f（88%）＋fe3c 混合物，片层状结构。
性能图2.28 珠光体显微组织。
硬度 180 – 220 hbs
延伸率 10综合力学性能高。
抗拉强度 бb= 750 mpa
b.莱氏体 （ledeburite, le 或ld）
成分： 含 4.3％ 碳。
组织： fe3c（60％）＋p
性能： 高硬度 、高脆性。
相图特点：３个三相转变线；
５个。单相区；
７个。两相区。
共析钢(c%=0.77%)
关键点是。在ts温度发生共析反应，即。
a 0.77 f0.0218 ＋fe3c
亚共析钢 （＜0.77％c ）
显微组织铁素体f ＋ 珠光体p
过共析钢 0.77 ＜％c＜2.11 ）
与亚共析钢不同的是共析反应前先发生a→fe3cⅱ 接着发生共析转变，其显微组织为 fe3cⅱ ＋p
白口铸铁的结晶过程。
a.共晶白口铸铁 （ 4.3 ％c）
难点是理解tc (1148℃ )发生共晶转变。
l4.3a2.11 ＋ fe3c)
ld ( 莱氏体)
最后室温组织为 ld（ p＋fe3c＋fe3cⅱ）
铁碳合金在室温下由 f ＋fe3c两个相组成，随含碳量由0增加到6.69％,f相对量由100％减少到0，fe3c由0增加到100％。
其组织变化顺为：
f--→f＋p--→p--→p＋fe3cⅱ—
p＋fe3cⅱ＋ld--→ld
ld＋fe3cⅰ--fe3cⅰ
2）对性能的影响。
随着含碳量增加，强化相fe3c量增加，钢的硬度升高，塑性，韧性下降。
强度在含碳量1.0％出现最大值，当钢中含碳量大于1.0％以后，组织中fe3cⅱ呈网状分布，珠光体团的界面脆化，而表现出钢的强度迅速下降。
白口铸铁中由于存在大量的莱氏体和fe3c而表现出硬而脆的性能特点。
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