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《金属材料与热处理》第三章《铁碳合金》【学习要求】1、了解铁碳合金的相及组织的基本类型和他们的性能特点；2、掌握简化的铁碳合金相图，能说明图中点、线、区域的组织类型及其性能特点；3、了解典型铁碳合金的结晶过程（钢部分），掌握含碳量对钢组织及性能的影响；【知识要点】通常把以铁及铁碳为主的合金（钢铁）称为黑色金属；而把其他金属及合金称为有色金属。§3—1合金及其组织一、合金的基本概念1、合金：以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。（金属+金属、金属+非金属即合金是两种或两种以上的元素组成及金属材料）例如：普通黄铜——铜锌合金、碳素钢——铁碳组成的合金2、组元（元）：组成和金的最简单、最基本、能够独立存在的元物质。一般指元素，有时稳定的化合物也叫组元。例如：碳素钢是由铁和碳组成的二元合金。3、相：合金中成分、结构及性能相同的组成部分。相与相之间有明显的界面。4、组织：指合金中不同相之间相互配置的状态。单相组织：由单一相构成的组织。多相组织：由不同相构成的组织。二、合金的组织根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金组织可分为①固溶体②金属化合物③混合物（一）固溶体1、概念：一种组元的原子溶入另一种组元的晶格中形成的均匀固相。2、晶格类型：固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。3、类型：间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格中而形成的固溶体。置换固溶体：溶质原子置换了溶剂晶格节点上的某些原子而形成的固溶体。4、性能影响：材料的塑性变形抗力↑→强度、硬度↑固溶强化：固溶体中，由于溶质原子的溶入，使溶剂晶格畸变，合金对塑性变形的抗力增加，使金属的强度、硬度升高，此现象为固溶强化。13级机械专业第1页《金属材料与热处理》（是强化金属材料的重要途径）【归纳】强化金属材料的方法：细化晶粒、形变强化、固溶强化、热处理（二）金属化合物1、概念：在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除了可形成固溶体外，还将出现新的相，其晶格结构不同于任一组元，而是组元之间相互作用形成一种具有金属特性的物质，称金属化合物。2、晶格类型：不同于任一组元，具有复杂的晶体晶格。3、性能特点：“三高一稳定”即：高熔点、高硬度、高脆性、良好的化学稳定性。金属化合物能提高金属的硬度、耐磨性，但塑性和韧性会降低。（三）混合物1、概念：两种或两种以上的相按一定质量百分数组成的物质。2、性能：各相仍保持自己原来的晶格，性能取决于各组成相的性能，以及它们分布的形态、数量、大小。§3—2铁碳合金的基本组织与性能铁碳合金的物种基本组织：铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（Fe3C）、13级机械专业第2页《金属材料与热处理》珠光体（P）、莱氏体（Ld）一、铁素体（F）1、定义：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。2、晶格类型：体心立方晶格3、含碳量：0.0218%溶解度非常小4、性能：良好的塑性和韧性，强度和硬度低。（室温接近于纯铁）二、奥氏体（A）1、定义：碳溶解于γ-Fe中形成的间隙固溶体。2、晶格类型：面心立方晶格3、含碳量：1148℃——2.11%727℃——0.77%随着温度的降低溶解度减小4、性能：强度硬度不高，有良好的塑性。注：多数钢锻造和轧制的温度范围选在奥氏体组织范围内。三、渗碳体（Fe3C）1、定义：含碳量为6.68%的铁与碳的金属化合物。2、晶格类型：复杂的斜立方晶格3、含碳量：6.69%4、性能：高熔点，高硬度，塑性韧性很差（几乎为零）；硬而脆注：渗碳体在适当条件下（如高温长期停留或缓慢冷却）可分解为铁和石墨。四、珠光体（P）1、定义：铁素体和渗碳体的混合物。2、含碳量：0.77%3、性能：强度较高、硬度适中、一定的塑性；（铁素体、奥氏体两者性能综合）五、莱氏体（Ld）1、定义：含碳量4.3%的液态铁碳合金在1148℃时同时结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物。高温莱氏体：1148℃奥氏体和渗碳体的混合物Ld低温莱氏体：727℃珠光体和渗碳体的混合物Ld'2、含碳量：4.3%3、性能：性能接近渗碳体硬度高、塑性、韧性很差；注：铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（Fe3C）——单相组织珠光体（P）、莱氏体（Ld）——多相组织13级机械专业第3页