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工程材料徐自立主编课后习题答案第一章材料的性能1-1什么是金属材料的力学性能？金属材料的力学性能包含哪些方面?所谓力学性能，是指材料抵抗外力作用所显示的性能。
力学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有哪些？他们在工程应用上有什么意义？强度是指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力。
在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度的意义在于：在一般机械零件在发生少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响而造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之一。
抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表示材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。
脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表示材料抵抗断裂的能力。
抗拉强度是零件设计时的重要依据之一。
1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。
拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断面收缩率。
1-4什么是硬度？指出测定金属硬度的常用方法和各自的优缺点。
硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。
生产中测定硬度最常用的方法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。
布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，特别适用于测定灰铸铁轴承合金等具有粗大经理或组成相得金属材料的硬度；压痕较大的另一个优点是试验数据稳定，重复性强。
其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦；因压痕大，不宜测试成品和薄片金属的硬度。
洛氏硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属厚薄不一的式样的硬度，因而广泛用于热处理质量检验。
其缺点是：因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的结果不够准确；此外，用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接进行比较。
工程材料第二章金属材料组织和性能的控制一、名词解释。
一次结晶过冷度二次结晶自发晶核非自发晶核同素异构转变变质处理相图支晶偏析扩散退火变质处理共晶反应组织（组成物）变形织构加工硬化再结晶临界变形度热处理过冷奥氏体退火马氏体淬透性淬硬性调质处理滑移再结晶冷加工热加工过冷度实际晶粒度本质晶粒度淬火回火正火一次结晶：通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶过冷度：理论结晶温度与开始结晶温度之差叫做过冷度，它表明金属在液体和固态之间存在一个自能差二次结晶：金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶（或金属的同素异构转变）自发晶核：从液体结构内部由金属原子本身自发长出的结晶核心叫做自发晶核非自发结晶：杂质的存在常常能够促进晶核形成，依附于杂质而生成的晶核叫做非自发结晶同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变变质处理：指在液体金属中加入孕育剂或变质剂，增加非自发晶核的数量或者阻止晶核的长大，以细化晶粒和改善组织相图：是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示意图，也称为平衡图或状态图支晶偏析：固溶体在结晶过程中冷却过快，原子扩散不能充分形成成分不均匀的固溶体的现象扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火共晶反应：有一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应组织（组成物）：指合金组织中具有确定本质、一定形成机制的特殊形态的组成部分。
组织组成物可以是单相，或是两相混合物变形织构：金属塑性变形很大（变形量达到70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋于一致，这种结构叫做形变织构加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象称为加工硬化再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉成（或压扁）破碎的晶粒通过重新形核和长大变成新的均匀、细小的等轴晶，这个过程称为再结晶临界变形度：再结晶时使晶粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度热处理：是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺过冷奥氏体：从铁碳相图可知，当温度在A1（PSK线/共析反应线）以上时奥氏体是稳定的，能长期存在，当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体（过冷A）退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）热处理工艺叫做退火-马氏体：碳在a —Fe中的过饱和固溶体淬透性：钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性淬硬性：钢淬火后硬度会大幅度提高，能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性调质处理：通常把淬火加高温回火称为调质处理滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动的过程叫做滑移冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工实际晶粒度：某一具体的热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫做实际晶粒度本质晶粒度：钢加热到（930土10C）,保温8h，冷却后测得的晶粒度叫做本质晶粒度淬火：将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1（PSK线/共析反应线）以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火正火：钢材或钢件加热到Ac3 （对于亚共析钢）、Ac1 （对于共析钢）和Accm （对于过共析钢）以上30~50C，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称为正火一次渗碳体是从液相包晶过程中直接析出二次渗碳体是从奥氏体中析出三次渗碳体是从铁素体中析出珠光体：铁素体+渗碳体高温莱氏体Le（A+Fe3C）:奥氏体+渗碳体低温莱氏体Le'（P+Fe3C U +Fe3C）:珠光体+二次渗碳体+渗碳体二、填空。
金属材料的性能特点一般地，金属材料与非金属材料相比，金属材料具有良好的力学性能，而且工艺性能也较好。
即使都是金属材料，不同成分和不同状态下的性能也会有很大的差异。
造成这些性能差异的主要原因是材料内部结构不同，因此掌握金属与合金的内部结构特点，对于合理选材具有重要意义。
金属材料是靠原子间金属键结合起来的。
金属键——金属材料内部，呈一定规律排列的正离子与公有化的自由电子靠库仑力结合起来，这种结合力即为金属键。
（正离子+公有电子云、无方向性、非饱和性）金属材料的性能特点：1、良好的导电、导热性。
2、正的电阻温度系数3、良好的塑性4、不透明、有金属光泽第一节晶体的基本知识金属材料一般都是晶体，具有晶体的特性。
一、晶体——内部原子呈规则排列的物质。
晶体材料（单晶体）的特性：①具有固定的熔点。
②具有规则的几何外形。
③具有“各向异性”。
二、晶格、晶胞和晶格常数1、晶格——描述晶体中原子排列规律的空间点阵。
将原子的振动中心抽象为一几何点，再用直线的连接表示原子之间的相互作用。
2、晶胞——由于晶格排列具有周期性，研究晶格时，取出能代表晶格特征的最小基本单元即称为晶胞。
3、晶格常数——用来描述晶胞大小与形状的几何参数。
三条棱长：a、b、c三条棱的夹角：α、β、γ对于简单立方晶胞：棱长a=b=c 夹角α= β= γ= 90°第二节纯金属的晶体结构一、典型的晶格类型各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，往往呈现出不同的物理、化学及力学性能。
除少数金属具有复杂晶格外，大多数晶体结构比较简单，典型的晶格结构主要有以下三种：1、体心立方晶格（bcc）2、面心立方晶格（fcc）3、密排六方晶格（hcp）1、体心立方晶格（bcc ）晶格常数： a = b = c ；α=β=γ= 90°密排方向（原子排列最紧密的方向）：立方体的对角线方向原子半径：属于bcc 晶格的金属主要有：α-Fe 、Cr 、W 、Mo 、V 等ar 432、面心立方晶格（fcc ）晶格常数： a = b = c ；α=β=γ= 90°密排方向：立方体表面的对角线方向原子半径：属于fcc 晶格的金属主要有：γ-Fe 、Cu 、Al 、Au 、Ag 等。
《工程材料》复习思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，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。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
10讲典型合金的结晶过程及组织合金是由两种或两种以上金属或非金属形成的固溶体。
其结晶过程和组织是影响合金性能的重要因素之一、下面将介绍典型合金的结晶过程及组织。
1.铝合金：铝合金具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空、汽车和建筑行业。
铝合金的结晶过程通常是由凝固开始的。
在凝固过程中，铝合金中的铝元素会首先形成υ-铝相，然后通过固溶处理形成其他相。
根据冷却速度的不同，可以形成不同的组织，包括固溶相、沉淀相和旁边生成相。
合金中的其他合金元素和固溶相会形成固溶体，而沉淀相和旁边生成相会形成强化相。
合金中的成分和处理工艺可以调整组织和性能。
2.钢铁：钢铁是一种铁碳合金，主要由铁和碳构成，同时还含有其他合金元素。
钢铁的结晶过程存在一定的复杂性，具体取决于钢铁的成分和处理工艺。
一般来说，钢铁的结晶过程包括固溶处理和相变。
在固溶处理中，钢铁中的合金元素会溶解在铁基体中，形成固溶体。
当冷却到一定温度时，固溶体会发生相变，从而形成不同的组织结构，如奥氏体、珠光体和渗碳体。
组织的形成会影响钢铁的力学性能和耐腐蚀性能。
3.镁合金：镁合金具有低密度、高比强度和良好的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车和电子行业。
镁合金的结晶过程和组织与铝合金类似，也是通过凝固和固溶处理来调控。
在凝固过程中，镁合金中的镁元素会首先形成α-Mg相，然后通过固溶处理形成其他相。
由于镁元素的活性较大，镁合金的固溶处理温度较低。
在固溶处理过程中，其他合金元素会溶解在镁基体中，形成固溶体。
合金中的其他元素也可以形成沉淀相，进一步增强合金的强度和硬度。
4.铜合金：铜合金是由铜和其他合金元素构成的合金，具有优异的导电性能和耐腐蚀性能。
铜合金的结晶过程和组织取决于合金中的成分。
一般来说，铜合金可以通过固溶处理和沉淀硬化来调控。
在固溶处理过程中，合金中的合金元素会溶解在铜基体中，形成固溶体。
通过合适的热处理工艺，可以使合金中的合金元素形成沉淀相，从而增加合金的硬度。
第二章 金属与合金的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。
晶体与非晶体的区别表现在许多方面。
晶体物质的基本质点（原子等）在空间排列是有一定规律的，故有规则的外形，有固定的熔点。
此外，晶体物质在不同方向上具有不同的性质，表现出各向异性的特征。
在一般情况下的固态金属就是晶体。
一、晶体结构的基础知识（1）晶格与晶胞为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构成的空间格子称为晶格（图2-1）晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（图2-1），它具有很高对称性。
（2）晶胞表示方法不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。
结晶学中规定，晶胞大小以其各棱边尺寸a 、b 、c 表示，称为晶格常数。
晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。
当棱边a b c ==，棱边夹角90αβγ===︒时，这种晶胞称为简单立方晶胞。
（3）致密度金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数，它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。
二、三种典型的金属晶格1、体心立方晶格晶胞示意图见图2-2a。
它的晶胞是一个立方体，立方体的8个顶角和晶胞各有一个原子，其单位晶胞原子数为2个，其致密度为0.68。
属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mo、V、α-Fe等。
2、面心立方晶格晶胞示意图见图2-2b。
它的晶胞也是一个立方体，立方体的8个顶角和立方体的6个面中心各有一个原子，其单位晶胞原子数为4个，其致密度为0.74（原子排列较紧密）。
属于该晶格类型的常见金属有Al、Cu、Pb、Au、γ-Fe等。
3、密排六方晶格它的晶胞是一个正六方柱体，原子排列在柱体的每个顶角和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内，晶胞示意图见图2-2c。
其单位晶胞原子数为6个，致密度也是0.74。
属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti等。
第二章合金的结构与结晶绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章要点：1 了解合金在固态下的基本相结构2 了解合金的组织随温度变化的一般规律（二元合金基本相图）3 掌握、分析铁碳合金相图第一节基本概念绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章合金（alloy ） 组元（元）（element ） 相（phase ）显微组织（microscopic structure ）以一种金属为基础，加入其它金属元素或非金属元素，经过熔合而成的具有金属特性的物质。
组成合金的元素，或独立的基本单元。
二元合金钢铁Fe-C 黄铜Cu-Zn 三元合金硬铝Al-Cu-Mg 多元合金保险丝Sn-Bi-Cd-Pb 注意合金系某一合金合金中具有相同成分和相同结构（聚集状态）并以相界面分开的均匀部分。
（不管形貌）在金相显微镜下所观察到的具有某种形貌的部分。
注意：合金的组织可由单相或多相所构成二种或二种以上的组元在固态下互相溶解形成的单一均匀的新相 固溶体(solid solution ) 金属化合物( metallic compound )第二节合金在固态下的相结构一、固溶体（solid solution ） 组成及结构溶剂+溶质=固溶体fcc bcc bcc 绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章特点：（铁素体）体心六方体心F C Fe ⇒+-α化学成分固溶体的化学成份（二组元的相对比例）随温度变化可在一定范围内变化T↓→溶解度↓F （铁素体） 性能具有良好的综合力学性能固溶强化727℃Fe-0.0218%C 室温下Fe-0.0008%C 绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章1）溶质原子在固溶体中的位置划分1 固溶体的分类溶质原子溶剂原子溶质原子溶剂原子置换固溶体间隙固溶体绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章无限固溶体有限固溶体间隙→有限固溶体置换→无限固溶体绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章2）溶质在固溶体中的溶解度划分固溶体的表达：δεγβα2固溶体的性能溶质原子对晶格畸变的影响绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章由于溶质原子的加入，将引起溶剂的晶格发生不同程度的畸变，导致固溶体的强度、硬度提高（仍保持良好塑韧性）的现象。
固溶强化( solution strength )固溶强化是一种极为优异的强化方式，几乎所有对综合机械性能要求较高的结构材料都以固溶体作为最基本的组成相。
绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章溶质%↑→晶格畸变↑→固溶强化效果↑二、金属化合物（intermetallic compound ）二种或二种以上的元素按一定的结合方式形成具有金属特性的新相。
1 金属化合物的结构特点绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章1）可用一个化学分子式表示如Fe 3C 2）独特的晶体结构3）熔点高、硬度高、脆性大（作为合金的强化相）例：Fe 3C HB 800 斜方C HB 3 六方Fe HB 80 体心2 金属化合物的分类绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章（1）R 非金属/R 金属≤0.59 简单晶格的间隙化合物（间隙相）1）正常价化合物（normal compounds ）2）电子化合物（electron compounds ）3）间隙化合物（interstitial compounds ）由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。
有极高的熔点和硬度, 非常稳定。
（TiC ） ↑↑钢的强度、热强性、红硬性和耐磨性。
是高合金钢中的重要组成相。
（K ）很高的熔点和硬度, 但比间隙相稍低些。
如Fe3C 、Cr23C6、Fe4W2C 、Cr7C3等。
在钢中也起强化相作用。
（2）R 非金属/R 金属＞0.59 复杂晶格的间隙化合物3 金属化合物与固溶体的区别1）化学成份固溶体的成份可变随T 变化则在一定范围内变化金属化合物成份不变是按一定的原子数化合2）晶体结构固溶体——保持溶剂的晶体结构化合物——具有独特的晶体结构3）性能固溶体的硬度＜金属化合物固溶体的塑性＞金属化合物绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章三、合金中相结构的组成方式1 由单相固溶体构成（F ）2 由多相构成（机械混合物）2）固溶体+金属化合物（F+Fe 3C ）机械混合物的特点：结构有明显的相界面成分介于组成相之间（不是平均值）性能取决于组成相的大小、数量及分布1）固溶体+固溶体)(βα+绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章①合金中的各组成相是如何形成的?②合金中各相的数量以及分布规律如何?③合金的成份—组织—性能之间的关系?绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章第三节二元合金相图一、概念1 相图( phase diagram )在极其缓慢地冷却条件下，所测定的合金其成份、温度和组织之间关系的图形。
1）纯金属的相图可用一个温度轴表达2）二元合金的组织状态),(C T f 2 相图表达法：绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章别称：平衡图、状态图等二、相图的建立（以Cu-Ni 合金为例）组元Cu Ni 晶格类型fccfcc熔点1083℃1455℃合金10%100%合金220%80%合金340%60%合金460%40%合金580%20%合金6100%0%1 配制不同成分的Cu-Ni 合金绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章2 热分析法建立相图时间温度温度Cu Ni60402080100%Ni 40%Ni 60%Ni80%Ni 100%Cu20%Ni 绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章二组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图。
三、二元相图的基本类型1 匀晶相图温度CuNiAB Cu-Ni 二元合金相图1）图形分析两个点两条线三个相区液相线固相线液相区L 固相区α绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章2）结晶过程分析Ni%b21αLα+L b 合金的成分垂线垂线与相线的交点做出冷却速度曲线αLLα（1）单相区中，不论温度怎么变化单相的成份=合金的成份，单相的重量=合金的重量。
（2）两相区中的两个相随温度变化会发生两个变化：①两个相的成分随温度变化分别沿各自的相界线变化（水平温度线）②两个相的相对重量随温度变化也要发生变化（杠桿定律）（3）相区的填写用“差1”法、接触法则绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章Cu温度K21αLα+L 两相区中T 温度下的两个相的成分确定Ni 1’2’3’31αC 2αC 3αC 1L 3L C 2L C K 合金的成分垂线过垂线的水平温度线与相线的交点交点在成分轴上的投影T1T2T3绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章Tn ba K杠杆定理求K 合金在Tn 温度下两个相的相对重量⎩⎨⎧=⨯+⨯=+kQ b Q a Q Q L L αα1%100)/(%100)/(⨯=⨯=ab kb Q ab ak Q L αK温度ABαα+L L QQ论第二章第三章第四章第五章第六章第一章两相区中某温度下的两个相的相对重量确定2 共晶相图二组元在液态下无限互溶，在固态下只能有限溶解并发生共晶反应的相图（Pb-Sb 合金）700600500400300200100PbSbCEBF DG Aαβα+β+L Lββ+L Sb%绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章固相线液相线L +αSbC E DF A Sb%1）图形分析αβL三个单相三个单相区、三个两相区、一个三相区相线与特性点L +βα+βL +α+β共晶点（T 、C ）共晶线共晶合金亚共晶合金过共晶合金αβ)(CT L βα+⇒=共晶体（机械混合物）α当第二相以细小的颗粒弥散的分布在固溶体的基本上，使合金的强度和硬度升高的现象---弥散强化12）结晶过程分析L +αβL +βα+βCE DF ASb%αL 温度11’Ⅰ)(D C E L βα+⇒)(βα+L)(βα+LL(βα+L +αβL +βα+β600500400300200PbSbC E BDF GASb%αL 100温度Ⅱ12122’LLLαLα)(DC E L βα+⇒α∏βⅡ（α+β）β+（α+β）+αⅡα+βⅡβ+αⅡαL)(D C βα+α)(D C βα+∏β)(βα+α合金的结构与结晶1 相图=组织图2 求相组成物和组织组成物的方法相区中的组成物相组成物组织组成物绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章例题α+L 300200100C E FαL3.511.1杠桿定律仅适用于两相区！！5问题：相组成物的相对量？3 共析相图温度B%→ABγγ+L αβγ+γα+βα+βLCDE绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章四.二元相图与性能之间的关系AB B A BABABA B ABA A BA B AB温度温度温度温度流动性硬度强度硬度强度集中集中绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章普通的碳钢和铸铁均属于铁碳合金，合金钢和合金铸铁也是在铁碳合金的基础上，有意的加进某些合金元素而得到的，因此铁和碳是组成钢铁材料的最基本的二个组元。
由铁和碳二个组元构成的相图—铁碳合金相图。
Fe3CFe2CFeC 温度Fe CC%→6.69第四节铁碳合金相图(Iron –Carbon Phase Diagram)绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章合金的结构与结晶研究Fe-Fe 3C 相图的意义1 了解并掌握铁碳合金在平衡状态下随温度变化，组织转变的一般规律。
2 了解铁碳合金的成份—组织—性能之间的关系。
绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章一、相图分析CS 1148℃727℃LAL+A L+ Fe3CF A+ Fe3CE PF+ Fe3C6.69二条水平线构成合金中的所有组织四个基本相共晶相图共析相图1 铁碳合金的基本相结构与性能1）铁素体FC 原子R=0.077nm 间隙R=0.0182nm （3）性能和纯铁性能相近（软相）C 在a -Fe 中的有限固溶体（bcc ）（1）结构（2）成份Max C%→727℃的P 点0.0218%CMin C%→室温的Q 点0.0008%CT↓→C%↓（有溶解度变化）绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章2）奥氏体AC 原子R=0.077nm 间隙R=0.0535nm（2）成份max C%→1148℃的E 点2.11%C727℃为0.77%C S 点T↓→C%↓（有溶解度变化）C 在γ-Fe 中的有限固溶体（fcc ）（1）结构（3）性能在Fe-C 合金中属于高温相δ↑、HB↓→锻造性↑绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章3）渗碳体Fe 3C （金属化合物）（1）结构金相形态：根据形成条件不同有五种一次渗碳体Fe 3C Ⅰ条状二次渗碳体Fe 3C Ⅱ网状三次渗碳体Fe 3C Ⅲ网状共晶渗碳体Fe 3C 基体共析渗碳体Fe 3C 片状（2）成分化学成份一定 6.69%C （3）性能高熔点、高硬度、高脆性（三高）其形态、大小及分布对合金的性能产生重大影响复杂的钭方晶格绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章2 相图中重要的点和线AC DGS 1148℃727℃LAL+A L+ Fe3CF A+ Fe3CKE PF QFe3CFe F+ Fe3C4.30.772.116.69℃dCL C Fe A L )(311.211483.40+−−→←PC Fe F A C)(30218.072777.00+−−→←A→Fe 3C ⅡT 1148℃→727℃C 0.77C%→6.69C%T↓→F C%↓ F→Fe 3C ⅢT 727℃→室温C Q 点→6.69C%忽略不计T↓ A→F 另：DC 线L→Fe 3C Ⅰ珠光体L+ Fe3C合金的结构与结晶ACDG1148℃727℃LAL+A F A+ Fe3CKE PFQC%→Fe F+ Fe3C4.30.77 2.116.69℃3 填相区及合金分类钢白口铸铁S 亚共析钢过共析钢共析钢亚共晶白口铁过共晶白口铁共晶白口铁0.0218Fe3C差“1”法相区接触法合金的分类绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章13’2二、结晶过程分析AC GS 1148℃727℃LAL+AL+ Fe3C F A + Fe3CEPFQF + Fe3C6.69℃ 1 共析钢(eutectoid steel)ⅠⅠ3123L LLAAA LA P PC Fe F A )(302.077.0+⇒时间P142 亚共析钢(hypoeutectoid steel )ⅡAC GS 1148℃727℃LAL+A L+ Fe3C F A + Fe3CEP FQF + Fe3C6.69℃123Ⅱ时间2344’LLA A ALPC Fe F A )(302.077.0+⇒P PFAF F A AF PF+PAC GS 1148℃727℃LAL+A L+ Fe3CF A + Fe3CE PFQF + Fe3C6.69℃F+P143 过共析钢(hypereutectoid steel )Ⅲ123Ⅲ时间2344’LLA A ALPC Fe F A )(302.077.0+⇒Fe 3C ⅡPAA P AFe 3C ⅡP+Fe3C ⅡPFe 3C ⅡFe 3CP+Fe3CⅡCDS1148℃727℃LAL+A L+ Fe3CFA+ Fe3CKEPFQF+ Fe3C6.69P1.2%C共析反应刚刚结束组织组成物相组成物问题：室温下如何求？F+P（P+Fe 3C Ⅱ+Fe 3C ）Ld’Ld’LAFe 3C Ld 1L℃A + Fe3CAC GS 1148℃727℃AL+AL+ Fe3C F EPFQFe F + Fe3C4.30.772.116.69F+PPP+Fe 3C ⅡFe3C14 共晶白口铁(eutectoid white iron )ⅣL时间21’2’L→（A+Fe3C ）2ⅣLLd Fe 3C AA Fe 3C Ⅱ网AFe 3CFe 3C ⅡA→（F+Fe 3C)PAPFe 3CFe 3C ⅡP+Fe3C Ⅱ+Ld’Ld’ +Fe3C ⅠA+Fe 3C Ⅱ+Ld Ld+Fe 3C ⅠLdⅠFe 3C ⅡPFFe 3C三、含碳量对组织组成物、相组成物的相对量的影响FLd’Fe 3C Ⅰ相组成物组织组成物0.0218G727℃AF A+ Fe3CK P Q C%→Fe F+ Fe3C4.30.77 2.116.69S Fe3C 绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章四、含碳量对钢的力学性能的影响Fe 3C ⅡPFFe 3C FLd’Fe 3C Ⅰ相组成物组织组成物C%→1.4性能bσHBϕδka 成分-组织-性能的关系1）δ↑、↑（F%↑）低碳钢（0.10-0.25%C ）2）良好综合机性（P%↑）中碳钢（0.25-0.6%C ）3）HB↑耐磨性↑（Fe3C%↑）高碳钢（0.6-1.4%c ）k a 绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章L+ Fe3CACG1148℃727℃LAL+A F A+ Fe3CE PFQC%→Fe F+ Fe3C4.30.772.116.69℃S 亚共析钢过共析钢共析钢亚共晶白口铁过共晶白口铁共晶白口铁五、Fe -Fe3C 相图的应用1 选材2 热加工艺 热处理锻造 铸造淬火温度锻轧温度绪论第二章第三章第四章第五章第六章第一章本章小结一、合金在固态下的基本相结构二、合金的结晶可以用相图来分析1 相图的分析法2 非平衡结晶三、铁碳合金相图1 铁碳合金的基本相结构及性能2 铁碳合金相图分析考点:。
