第一節(jié)合金的基本組織與性能第二節(jié)鐵碳合金第三章合金純金屬的強(qiáng)度和硬度一般都較低，無法滿足各種零件對力學(xué)性能的要求，且冶煉困難，價(jià)格較高，在使用上受到限制。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的是合金，這是因?yàn)樯a(chǎn)中可以通過改變合金的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)提高合金的力學(xué)性能，并獲得某些特殊的物理性能和化學(xué)性能。通常把以鐵、錳、鉻及鐵碳為主的合金（鋼鐵）稱為黑色金屬，而把其他金屬及其合金稱為有色金屬。常用金屬材料間的關(guān)系如下：第一節(jié)合金的基本組織與性能一、合金的基本概念1.合金合金就是以一種金屬為基礎(chǔ)，加入一種或多種其他金屬或非金屬元素形成的金屬材料。2.組元組成合金的最基本的獨(dú)立物質(zhì)稱為組元，簡稱元。3.合金系組元不變，而組元比例發(fā)生變化，可以得到一系列不同成分的合金，稱為合金系。4.相合金中化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)及性能相同的組成部分稱為相，相與相之間具有明顯的界面。相是組成合金組織的基本單元。5.組織合金的組織是指合金中不同種類、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布狀況的相相互組合而成的綜合體。二、合金的基本組織與性能1.固溶體固溶體是指一種組元的原子溶入另一種組元的晶格中所形成的均勻固相。溶入的元素稱為溶質(zhì)，而基體元素稱為溶劑。固溶體仍然保持溶劑的晶格類型，溶質(zhì)原子則分布在溶劑晶格之中。溶入的溶質(zhì)數(shù)量越多，說明固溶體的溶解度越大。（1）間隙固溶體固溶體的結(jié)構(gòu)示意圖a）間隙固溶體b）置代固溶體（2）置代固溶體溶質(zhì)原子對晶格畸變的影響示意圖a）置代固溶體b）間隙固溶體2.金屬化合物合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種具有金屬特性的物質(zhì)稱為金屬化合物。金屬化合物的組成一般可用化學(xué)分子式來表示。金屬化合物的晶格類型不同于任一組元，一般具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)。其性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)較高、硬度高、脆性大。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韌性會(huì)降低。金屬化合物是許多合金的重要組成相。3.混合物兩種或兩種以上的相按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)稱為混合物?；旌衔镏械慕M成部分可以是純金屬、固溶體或化合物各自的混合，也可以是它們之間的混合。混合物中各相既不溶解，也不化合，它們保持自己原來的晶格?；旌衔锏男阅苋Q于各組成相的性能以及它們的數(shù)量、大小、形態(tài)及分布狀況。三、合金的成分、組織和性能1.單相固溶體組織這種組織多出現(xiàn)在溶質(zhì)元素加入量較少或溶質(zhì)元素在溶劑晶格中溶解度較大的合金中，其中前者占絕大多數(shù)。其顯微組織形態(tài)與純金屬相似，強(qiáng)化途徑僅僅是固溶強(qiáng)化。合金的強(qiáng)度與溶質(zhì)元素的含量有關(guān)，溶質(zhì)元素越多，固溶強(qiáng)化效果越明顯，合金的強(qiáng)度也就越高。2.固溶體與金屬化合物的混合物組織當(dāng)溶質(zhì)元素含量超過其在溶劑晶格中的溶解度時(shí)，溶質(zhì)與溶劑將形成金屬化合物，此時(shí)，合金組織由強(qiáng)度較低、塑性較好的固溶體與硬而脆的金屬化合物組成。溶質(zhì)元素含量越高，金屬化合物的相對數(shù)量也就越多。由于金屬化合物的存在，使合金的性能發(fā)生明顯變化。四、固溶強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化1.固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化是金屬強(qiáng)化的一種重要形式。實(shí)踐表明，適當(dāng)控制固溶體中溶質(zhì)含量，可以在顯著提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，使其仍能保持良好的塑性和韌性。2.彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化是改善金屬力學(xué)性能的重要手段之一，其強(qiáng)化效果取決于金屬固溶體中金屬化合物的性能、數(shù)量及彌散程度。第二節(jié)鐵?碳?合?金一、鐵碳合金的基本組織與性能1.鐵素體碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用符號(hào)F表示，如圖所示。鐵素體的晶胞示意圖由于鐵素體的含碳量低，所以其性能與純鐵相似，即具有良好的塑性和韌性，而強(qiáng)度和硬度較低。鐵素體的顯微組織如圖所示。鐵素體的顯微組織2.奧氏體碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號(hào)A表示，如圖所示。3.滲碳體滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，含碳量為6.69％，其化學(xué)式為Fe3C。滲碳體具有復(fù)雜的斜方晶體結(jié)構(gòu)，與鐵和碳的晶體結(jié)構(gòu)完全不同。奧氏體的晶胞示意圖4.珠光體珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，用符號(hào)P表示。它是滲碳體和鐵素體片層相間、交替排列形成的混合物，如圖所示。5.萊氏體萊氏體是含碳量為4.3％的鐵碳合金，是在1148℃時(shí)從液相中同時(shí)結(jié)晶出的奧氏體和滲碳體的混合物，用符號(hào)Ld表示。奧氏體的晶胞示意圖二、鐵碳合金相圖1.鐵碳合金相圖的概念鐵碳合金相圖是在極其緩慢冷卻（或極其緩慢加熱）的條件下，不同成分鐵碳合金的組織狀態(tài)隨溫度變化的圖解。簡化后的Fe-Fe3C相圖2.鐵碳合金相圖的含義與分析（1）Fe-Fe3C

相圖中的特性點(diǎn)及其含義Fe-Fe3C相圖中的特性點(diǎn)及其含義（2）Fe-Fe3C

相圖中的特性線及其含義1）ACD線（液相線）。2）AECF線（固相線）3）GS線。4）ES線。5）ECF線（共晶線）。6）PSK線（共析線）。3.鐵碳合金相圖的應(yīng)用（1）作為選材的依據(jù)（2）制定鑄、鍛、焊和熱處理等熱加工工藝的依據(jù)1）在鑄造工藝上的應(yīng)用2）在鍛造工藝上的應(yīng)用（3）在焊接上的應(yīng)用（4）在熱處理工藝上的應(yīng)用三、鐵碳合金的分類1.工業(yè)純鐵2.鋼3.白口鑄鐵四、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析1.共析鋼典型合金在Fe-Fe3C相圖中的位置共析鋼的結(jié)晶過程如圖所示。共析鋼的結(jié)晶過程2.亞共析鋼亞共析鋼的結(jié)晶過程含碳量不同時(shí)，珠光體和鐵素體的相對量也不同，含碳量越多，鋼中的珠光體數(shù)量越多。含碳量為0.45％的亞共析鋼在室溫下的顯微組織如圖所示。含碳量為0.45%的亞共析鋼在室溫下的顯微組織（200×）3.過共析鋼過共析鋼的結(jié)晶過程過共析鋼中含碳量越大，二次滲碳體也越多。含碳量為1.2％的過共析鋼在室溫下的顯微組織如圖所示。含碳量為1.2%的過共析鋼在室溫下的顯微組織（400×）4.白口鑄鐵共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程共晶白口鑄鐵的顯微組織（200×）亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程亞共晶白口鑄鐵的