第一节 晶体的晶格类型和铁碳合金的基本组织《机械基础》河北省（对口升学）机械类 知识点讲解

河北省机械类对口高考机械基础复习讲义 第1章 金属材料及热处理 第一节 晶体的晶格类型和铁碳合金的基本组织 【考纲要求】 （1）掌握晶体常见的晶格类型。 （2）掌握掌握铁碳合金基本组织和性能。 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、金属常见的晶格类型 1.体心立方晶格 这种晶胞是一个立方体，它的8个顶角及其中心各有一个原子，这种结构称为体心立方晶格，如纯铁在常温下的晶格状态是体心立方晶格，称为α-Fe。 2.面心立方晶格 这种晶胞也是一个立方体，它的8个顶角及6个面的中心各有一个原子，这种结构称为面心立方晶格，如纯铁加热到912 ℃以上时就会变成面心立方晶格，称为γ-Fe。 3.密排六方晶格 它的晶胞是一个六方柱体，原子排列在柱体的每个角和上、下底面的中心，另外还有3个原子排列柱体的中间，这种晶格类型称为密排六方晶格，如镁。 4.金属的同素异构转变 金属在固态下随着温度的变化，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为金属的同素异构转变。具有同素异构转变的金属有铁和钛等。例如，液态铁在1538℃进行结晶，得到体心立方晶格的δ-Fe,当温度降到1394 ℃ 时,δ-Fe转变为面心立方晶格的γ-Fe,温度继续降至912 ℃时，γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe，温度继续下降，晶格类型不再发生变化。 正是由于铁能够发生同素异构转变，才能使钢铁通过热处理的方法改变其组织和性能。 二、铁碳合金的基本组织和性能 1.合金及其组织 (1)合金 合金是一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。 例如：普通黄铜是由铜锌两种金属元素组成的合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。 (2)组元或元 组成合金的最基本的独立物质称为组元或元。硬铝是由铝、铜、镁或铝、铜、锰组成的三元合金。碳素钢是由铁和碳组成的二元合金。(根据合金中元数目的多少，合金可分为二元合金、三元合金、多元合金。) (3)相 在合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。 注：合金的性能一般都是由组成合金的各相性能、数量、组合情况所决定的。 (4)组织 合金的组织是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。 (5)合金的组织 根据合金中各组元之间结合方式不同，合金组织可分为固溶体、金属化合物、机械混合物。 1)固溶体：固溶体是一种组元的原子深入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。溶入的元素称为溶质，基体元素称为溶剂。固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。 ① 分类：按溶质原子在溶剂晶格中分布情况不同，可分为间隙固溶体和置换固溶体。 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体称为间隙固溶体。 置换固溶体：溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体称为置换固溶体。 ② 性能影响：由于溶质原子的溶入，溶剂晶格发生畸变，材料塑性变形抗力增加，强度、硬度升高的现象称为“固溶强化”(强化金属材料的重要途径)。 2)金属化合物：合金组元按一定的原子比例数，相互作用而形成一种完全不同于原来组元晶格类型的物质称为金属化合物。其性能特点是熔点高，硬度高，脆性大。金属化合物能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。 3)机械混合物：两种或两种以上的相按一定质量分数组成的机械混合物质。各相仍保持自己原来的晶格，其性能取决于各相的性能、形态、数量、大小。 2.铁碳合金的基本组织和性能 (1)铁素体(F) 碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体。由于α-Fe是体心立方晶格，晶格间隙较小，所以碳在α-Fe中的溶解度很小，在727℃时，碳在α-Fe中的最大溶解度为0.0218%，随着温度的降低溶解度逐渐减小。其性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，强度和硬度较低。 (2)奥氏体(A) 碳溶解于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。由于γ-Fe是在高温(1394912℃)下存在的面心立方晶格结构，晶格间隙较大，故奥氏体的溶碳能力较强，在1 148℃时溶碳能力为2.11%，随着温度的下降，溶碳能力逐渐减小，在727℃时溶碳能力为0.77%。其性能与纯铁比较，强度和硬度有所增加，但由于其存在于727℃以上，故有良好的塑性且变形抗力低。 (3)渗碳体(Fe₃C) 渗碳体是碳的质量分数为6.69%的铁与碳形成的金属化合物，具有独特的复杂的斜方晶格类型。其性能特点：熔点高(1227℃)，硬度高，塑性和韧性几乎为零，渗碳体是钢中的主要强化相，在钢或铸铁中以片状、球状或网状分布。 (4)珠光体(P) 珠光体是F和Fe₃C的机械混合物。其性能特点介于F和Fe₃C之间，一般强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。 (5)莱氏体(Ld) 莱氏体是碳的质量分数为4.3%的液态合金在1 148℃时从液态合金中结晶出的奥氏体和渗碳体的机械混合物。Ld为高温(>727℃)莱氏体，由于奥氏体在727℃时转变为珠光体，所以在室温下的莱氏体是珠光体和渗碳体组成的机械混合物，称为低温莱氏体(Ld')。由于莱氏体的基体是渗碳体，所以它的性能接近渗碳体，硬度高，塑性差。 【练习题】 一、简答题 1.晶体常见的晶格类型有哪几种? 2.铁碳合金有哪几种基本组织？各自的符号是什么？ 二、选择题 1.组成合金的最基本的独立物质称为( )。 A.相 B.组元 C.组织 D.合金 2.铜属于( )晶格。 A.面心立方 B.体心立方 C.密排六方 D.以上都不对 3.纯铁在 700℃时称为( )。 A.α-Fe B.γ-Fe C.δ-Fe D.以上都不对 4.α-Fe 的晶格类型是（ ） A.体心立方晶格 B.面心立方晶格 C.密排立方晶格 D.三斜立方晶格 5.碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为（ ）。 A.铁素体 B.奥氏体 C.渗碳体 D.珠光体 6. 是奥氏体与莱氏体的机械混合物。 A.铁素体 B.珠光体 C.莱氏体 D.渗碳体 三、判断题 1.金属化合物的晶格类型完全不同于任一组元的晶格类型。（ ） 2.碳在γ-Fe中的溶解度比在α-Fe中的溶解度小。（ ） 3.渗碳体是铁与碳的混合物。（ ） 4.因为金属有热胀冷缩的性能，所以在912℃下α-Fe向γ-Fe转变时，体积会膨胀。（ ） 5.渗碳体硬度高，所以强度也高。 【答案】 一、简答题 1. 晶体常见的晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。 2.铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体五种。它们各自的符号分别为：F、A、Fe3C、P、Ld(Ld’） 二、选择题 1.B 2.A 3.A 4.A 5.B 6.C 三、判断题 1.√ 2. 3.× 4.× 5.× 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $