过冷度：
To＝Tn＝∆T（变量）。
冷却速度越大，过冷度越大。
1.在ab段：
金属均呈现液体，
2.在bc段：
液体中某些原子结成晶核（自发晶核）（晶坯）晶核不断长大形成枝晶直到晶粒。
3.在cd段：
每一个晶核形成一个晶粒，从而形成含有多晶体的金属固体。
概念：
晶粒、晶界。
晶核－枝晶－晶粒－多晶体。
晶核－枝晶－晶粒
晶界；晶粒。
晶粒越多，晶界也越多，则晶粒移动所受的阻力越大，宏观来看，材料越不容易发生变形，即材料的硬度越高，强度越好。
总结：
晶粒越小，则材料的力学性能越好。
采用的主要途径是：
晶核数目越多－晶粒越多－晶粒越细小，从而提高材料的力学性能。
（1）提高过冷度：
（>107℃/s非晶态金属）
实验测出：
冷却速度越大，生核速率越大>长大速率。
（2）变质处理（孕育处理）：
在液态金属中，加入一些细小的金属粉末（变质剂）
（孕育剂）形成非自发晶核，使晶核数目增多，晶粒变细小。
（3）机械振动：
使枝晶破碎成为几个晶核，使晶核数目增多（超生波振动等）。
二、纯金属的晶体结构
概念：
原子球、结点、晶格、晶胞、晶格常数（a、b、c、α、β、γ）
致密度：
晶胞中原子占有的体积与晶胞体积之比。
纯金属的晶格类型：
1.体心立方晶胞
例如：
纯铁（α-Fe）912℃↓、W、Mo、V、Cr（β－Ti）882℃↑
立方体:
a＝b＝c；α＝β＝γ＝90º
原子数：
8×1/8＋1＝2
致密度：
0.68
原子的晶格结构不同，则性能不同，即使原子的晶格结构相同，但由于原子的质量不同，性能也不同。
2.面心立方晶格
立方体a＝b＝cα＝β＝γ＝90º
原子数：
8×1/8＋6×1/2＝4
致密度：
0.74
举例：
铜：
a＝b＝c=3.608×108、铜原子M＝63.54×1.67×10－24g
铜原子的直径：
D＝2.5505Å，计算铜的密度？
纯铁（γ－Fe）912～1394℃、Al、Cu、Ag、Mn等。
三、纯铁的同素异晶转变（举列钻石和石墨）
纯铁：
α－Fe→（912℃）γ－Fe（1394℃）→δ-Fe（1538℃）→L
二次结晶或重结晶。
提问：
一定质量的纯铁加热到912～1394℃时，体积是增加还是减少，若继续加热到1394～1538℃时，体积是增大还是减少？
第二节铁碳合金的基本组织
复习旧课：
细化金属材料晶粒的方法及纯铁的结构。
元素（金属＋非金属）共为108种，而纯金属一般共为83种。
Fe：
HB80、σb＝200MPa、C：
HB3、σb≈0。
Fe＋C组成的合金化合物：
HB800、σb=400MPa。
Al：
HB25、σb＝80MPa。
Al＋Mg＋Mn组成的铝合金化合物：
HB70、σb＝280MPa。
而工业中的金属材料均为合金。
合金：
定义；金属元素同另一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的新材料。
金属特性：
导电性、导热性、塑性、光泽。
例如：
钢铁合金：
Fe＋C＋Mn＋Si、铝合金：
（Al＋Mg＋Mn）、（Al＋Ze＋Mn）、
铜合金：
（Cu＋Zn）、（Cu＋Sn）、（Cu＋Ni）等。
产生具有优良的使用性能和工艺性能方面的新材料（特出的物理、化学性能）。
组元：
定义：
合金中的最小单元。
合金系：
合金中百分含量不同的组元构成的一系列合金。
铝合金（Al＋Mg＋Mn）。
铝合金：
Al：
99％、97％、95％、……..
Mg：
0.5％、2％、2％、……….
Mn：
0.5％、1％、3％、……….
二元合金系、三元合金系、四元合金系。
相：
具有同一化学成分，同一聚集状态，且有明显界面分开的独立均匀部分。
例如：
液→单相、固相→单相、液＋固→两相。
一、固溶体：
定义：
溶质原子进入溶剂中，依然保持晶格类型的金属晶体。
置换固溶体：
d质/d剂>0.85。
（胖子到教室形象举例）
晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。
无限置换固溶体：
Cu＋Ni
有限置换固溶体：
Cu+Zn
温度越高，则溶解度（固溶量）越大。
间隙固溶体：
d质/d剂<0.59。
（瘦子到教室形象举例）
晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。
只能形成有限固溶体：
C→α－Fe、727℃0.0218％。
因形成固溶体使材料强度、硬度升高的现象－固溶强化。
（合金的好处）
1.铁素体F：
C→α－Fe中形成的固溶体。
单相、层片状、体心立方晶格。
20℃0.0008％C（工业纯铁）。
727℃0.0218％C。
机械性能：
δ＝30～50％、ψ＝70～80％、αku＝160～200J/cm2、σb＝180～280MPa、HBS50～80（770℃↓磁性）。
（应用简略提一下）
（饱和的盐水凝固点－21℃、其沸点108℃。
饱和NaOH溶液沸点314℃。
）
2.奥氏体A：
C→γ－Fe中形成的固溶体。
单相、层片状、面心立方晶格。
727℃0.77%C、1148℃2.11%C。
机械性能：
δ＝40～60％、σb＝400～50MPa、HBS＝170～220、抗磁性。
（应用提一下）
二、金属化合物（中间相）（强化相）
形成：
温度降低时析出的一种新材料。
Fe3C、Fe2.4C、VC、WC、CuZn、Cu21Zn22
σ↑、HRC↓、δ↓、ψ↓、αku↓。
渗碳体C：
F＋C层片相间叠加。
硬度极高，而塑性、韧性极低。
三、机械混合物：
定义：
α－固溶体＋β－固溶体＋…＋α－金属化合物＋β－金属化合物
例如：
钢铁、铝合金、铜合金、钛合金等。
1.珠光体P：
F＋Fe3C
两相，机械混合物。
0.77％C。
机械性能：
δ＝20～25％、σb＝800～850MPa、HBS＝280～260。
强度高、硬度较高。
（应用提一下）
2.莱氏体Ld、Ld′：
两相机械混合物，含碳量：
4.3％C。
Ld＝A＋C727～1148℃。
（高温莱氏体）
Ld′＝P＋C20～727℃。
（低温莱氏体）
机械性能：
HB＝560～600、δ＝4～5％。
性能与渗碳体相近。
（应用较少）
总结：
硬度最高的是渗碳体，强度最好的是珠光体，高温下奥氏体塑性最好，常温下铁素体塑性最好，莱氏体硬度较高。
第三节铁碳合金状态图
复习旧课：
铁碳合金组织及其力学性能。
℃℃
A
L
D
A
EL＋ACL＋CF
G
A＋CA＋CLd＋A＋CLdLd＋C
727FPSK
600Q
P＋FPP＋CP＋CLd′＋P＋CLd′Ld′＋C
00.772.114.306.69
F＋C
一、铁碳合金状态图的建立
（1）配制不同成分的铁碳合金，用热分析法测定各合金的冷却曲线。
（2）从各冷却曲线上找出临界点，并将各临界点分别画到成分－温度坐标中。
（3）将意义相同的临界点连接起来。
二、Fe－Fe3C合金状态图的分析：
1.点（特性点）：
A1538℃100％Fe的熔点；D1227℃100％Fe3C的熔点；
G912℃100％Fe的同素异晶转变点（重结晶温度点）；
C1148℃4.3％C共晶点L→Ld（A＋C）共晶反应；
F1148℃6.69％C虚点；P727℃100％Fe虚点；
K727℃6.69％C虚点、E1148℃2.11％C碳在γ－Fe中的最大固溶量；
S727℃0.77％C碳在γ－Fe中的最小固溶量，共析点A→P共析反应。
2.线（特性线）：
（1）AC线：
液相线开始结晶出奥氏体：
L→L＋A。
DC线：
液相线开始结晶出渗碳体：
L→L+C。
（2）AE线：
固相线奥氏体结晶终了线：
L＋A→A。
ECF线：
固相线（共晶线）：
共晶反应L→Ld。
（3）GS线－A3线：
从奥氏体中开始析出铁素体线。
（4）ES线—Acm线：
从奥氏体中开始析出渗碳体线（碳在奥氏体中的固溶线）。
（5）PSK线－A1线：
共析线；共析反应A→P（F＋C）共晶体。
（6）PQ线－碳在铁素体中的溶解度曲线。
这种由铁素体中析出的渗碳体为三次渗碳体。
3.分类：
含碳量分类：
工业纯铁：
C≤0.0218％C
钢：
0.0218％白口铁：
2.11％钢分类：
共析钢：
0.77％P
亚共析钢：
C<0.77％P＋F
过共析钢：
C>0.77％P＋C
共晶白口铁分类：
共晶白口铁：
4.3％CLd′
亚共晶白口铁：
C<4.3％CLd′＋P＋C
过共晶白口铁：
C>4.3％CLd′＋C
三、钢在结晶过程中的组织转变
实验：
热分析法－（C：
0－6.69％）实用价值。
1.共析钢：
0.77％C：
L→L＋A→A→P
分析：
在727℃发生共析反应，A中含碳多少？
P中含碳多少？
（727℃:
F＝88.78％、C＝11.22％）
2.亚共析钢：
0.5％C：
L→L＋A→A→A＋F→P＋F
分析：
①A→A＋F在→点以上A中含碳多少？
随着温度降低，A中含碳是逐渐增加还是减少？
②A＋F→P＋F在冷却到→点时，A中含碳增加到0.77％C，发生共析反应A→P，727℃时，P、F各占百分多少？
727℃:
F＝35.34％、P＝64.66％。
20℃:
F＝92.64％、C＝7.36％。
3.过共析钢：
1.0％C：
L→L＋A→A→A＋C→P＋C（P＝96.1％、C＝3.9％）
分析：
①A→A＋C在→点以上，A中含碳多少？
C中含碳多少？
在→点以下，随着温度降低，A中含碳逐渐增加还是减少？
②A＋C→P＋C当冷却到→时，A中含碳逐渐减少到0.77％C，发生共析反应
A→P，727℃,P、C相对含量是多少？
Ⅵ.亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁请学生自行分析。
铁碳合金的组织和性能：
工业纯铁：
F塑性好。
亚共析钢：
F＋P取决于F、P的含量。
共析钢：
P强度高。
过共析钢：
P＋C取决于P、C的含量（C为网状的二次渗碳体，脆、不合格）。
亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁自行分析。
力学性能和含碳量的关系曲线图。
力学性能
Ψδαku
HB
σSσb含碳量（钢≤1.4％C）00.771.402.114.3
4.Fe－Fe3C状态图的应用。
正确选材：
①.C≤0.25％，低碳钢：
塑性好，韧性好。
②0.25％综合机械性能好。
③.0.60％≤C≤1.4％，高碳钢：
硬度高，耐磨性好。
制定工艺性能：
①铸造方面：
共晶成分的铁碳合金铸造时，组织致密，不易偏析。
②锻造方面：
钢加热到固相线AE以下200℃及A3线上170℃之间，利用奥氏体塑性好。
③焊接方面：
④热处理方面：
第四节工业用钢简介
一、钢的分类
碳钢的分类、编号和用途：
分类：
①低碳钢：
<0.25％C①亚共析钢：
0.008～0.77％C。
②中碳钢：
0.25％≤C<0.60%②共析钢：
0.77％C。
③高碳钢：
0.60％0.77～2.11％C。
质量：
①普通碳素钢：
S≤0.05％、P≤0.045％。
②优质碳素钢：
S≤0.04％、P≤0.04％。
（和国际不接轨）
③高级优质碳素钢：
S≤0.03％、P≤0.035％。
用途：
①碳素结构钢：
②碳素工具钢：
冶炼：
①平炉钢（逐渐淘汰）②转炉钢（使用）③电弧炉钢。
酸碱性：
①酸性钢②碱性钢③中性钢。
钢的分类：
碳素钢和合金钢。
二、碳素钢：
钢中杂质含量对其性能的影响
1.锰Mn：
0.25～0.8％Mn，有益元素，脱氧剂。
提高钢的强度和硬度，特别是降低钢的的脆性。
2.硅Si：
<0.4％Si，有益元素，脱氧剂。
提高钢的强度。
3.硫S：
<0.050％，有害元素，热脆（红脆性）。
（FeS＋Fe）为共晶体，985℃为液体。
硫的含量越高，热脆性越严重。
4.磷P：
<0.0045％，有害元素，冷脆。
使钢常温下其塑性和韧性急剧下降，脆性转变温度升高，在低温时，这种现象更加严重。
5.氢H：
<0.0001％，有害元素，氢脆，白点。
过多的氢分子会导致钢的开裂。
总之，杂质元素对钢材的性能与质量影响很大，必须严格控制在所规定的范围内。
碳素钢分如下三类：
（1）普通碳素结构钢：
新：
Q235A（F、b、Z）、σs≥235MPa。
旧：
甲类钢：
A1、A2、A3、………A7满足机械性能要求的。
乙类钢：
B1、B2、B3、……….B7满足化学性能要求的。
特类钢：
C2、C3、……..C5满足机械和化学性能要求的。
通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。
（2）优质碳素结构钢：
普通含锰量钢：
0.25～0.8％Mn。
较高含锰量钢：
0.70～1.20％Mn。
举例：
45：
0.45％C左右、0.50～0.80％Mn左右。
45Mn：
0.45％C左右、0.70～1.00％Mn左右。
常用于齿轮、主轴、连杆→45。
弹簧、板簧、发条→65、65Mn。
（3）.碳素工具钢：
优质碳素工具钢：
T＋数字。
高级优质
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