理化计量中心培训 主要内容 421.金属学基础知识 1.1.1．晶格 晶胞 晶格常数 晶体——其原(离)子在空间严格按照一定规则而周期性的排列 晶格——人们用空间点阵表示晶体中原子在空间规则排列的方式称为晶格，或称结晶点阵。 晶胞——由于晶体中原子排列具有周期重复性，因此选取其中一个具有代表性且由最少原子排列而成的小单元（六面体）即称晶胞。 晶格常数——晶胞大小形状用晶格参数表示，各棱边尺寸称晶格常数，各棱边夹角用αβγ表示。 1.1．金属的晶体结构与结晶 1.金属学基础知识 典型晶格—— 体心立方晶格：立方体的八个棱角上各有一个原子，立方体中心占有一个原子。α-铁，铬，钼等金属为体心立方晶格结构 1.1．金属的晶体结构与结晶 1.金属学基础知识 面心立方晶格:正方体的八个棱角上各有一个原子，正方体六个面的中心各有一个原子。γ-铁，镍，铝，铜等为面心立方晶体结构 1.1．金属的晶体结构与结晶 1.金属学基础知识 密排六方晶格：在上下底面的十二个棱角上各有一个原子，在上下底面的中心也各有一个原子，在六方柱内有三个原子，他们相间的处于三个棱柱体的几何中心。 1.1．金属的晶体结构与结晶 1.金属学基础知识 1.1.2 结晶概念 （1）过冷现象：金属凝固时其实际冷却速度往往比理想状态快，它的实际结晶温度都比理论结晶温度低，这称为结晶过程的过冷现象 （2）结晶过程： 晶核形成:自发形核 非自发形核（靠背和依附） 晶核长大 （3）晶体缺陷：点缺陷，线缺陷，面缺陷。 1.1.3 钢锭结晶构造 表层为细晶区（以模壁为靠背形成非自发形核） 次表层为柱状晶区（晶核择优生长） 中心为等轴晶区在钢锭的头部（上部）集中了缩孔、疏松、杂质等缺陷，使用时要求切除掉。 1.1．金属的晶体结构与结晶 1.金属学基础知识 1.1.4金属的同素异构性 金属在固态下由一种晶格转变为另一种晶格叫做同素异构转变 同素异构转变也是一种结晶过程，为了与液体结晶相区别，通常称此为重结晶，例如在1394℃时，α-铁（体心立方）转变为γ-铁（面心立方），在912℃时，γ-铁（面心立方）又转变为α-铁（体心立方） 1.1．金属的晶体结构与结晶 1.金属学基础知识 1.2．合金的相结构与结晶 1.2.1.合金的相结构 相是合金中同一成分同一结构和原子聚集状态，同一性能的均匀组成部分，合金中的基本相包括：纯金属，固溶体和化合物。 (1)纯金属相 1394℃以上纯铁是α-铁相 1394℃~912℃纯铁是γ-铁相 912℃以下纯铁是α-铁相 (2)固溶体：某元素的晶格中溶有其他元素原子的相称为固溶体 置换式固溶体：溶剂晶格中部分结点上的原子被溶质原子置换 间隙式固溶体：溶质原子处于溶剂晶格的间隙中。 (3)金属化合物 (4)机械混合物：钢和铸铁中的珠光体，莱氏体 1.金属学基础知识 1.2．合金的相结构与结晶 1.2.2.几种基本结晶转变形式 （1）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体 杠杆定律：计算两相区内，某一成分合金在某一温度时两相的成分和含量。 （2）共晶转变：从液相中同时结晶出两种固体(共晶体) （3）共析转变：从一种固相中转变为两种固(共析体) （4）包晶转变：由先结晶的固相与剩余的液相反应生成另一固相 1.金属学基础知识 1.3．Fe-Fe3C状态图 铁碳合金的基本相 铁素体：是碳溶于α-铁中的固溶体，它的溶碳能力很小 奥氏体：是碳溶于γ-铁中的固溶体，它的溶碳能力较大 渗碳体：是铁的碳化物，Fe3C表示，其含碳量6.69% 1.金属学基础知识 1.3．Fe-Fe3C状态图 1.金属学基础知识 1.3．Fe-Fe3C状态图 ①特征点和线介绍 液相线ACD、固相线AECF、共晶线ECF、共析线PSK、ES线、GS线、PQ线 ②平衡结晶过程及其组织 工业纯铁结晶过程室温组织为铁素体+三次渗碳体 共析钢结晶过程室温组织为珠光体 亚共析钢结晶过程 室温组织为铁素体+珠光体 过共析钢结晶过程室温组织为珠光体+二次渗碳体 共晶白口铁结晶过程室温组织为低温莱氏体（渗碳体基体及分布在其上的珠光体） 亚共晶白口铁结晶过程室温组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体 过共晶白口铁结晶过程室温组织为一次渗碳体+低温莱氏体 ③选材 ④指导热工艺制定