第二章_1金屬材料的組織結構

1、第二章第二章 金屬材料金屬材料汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章本章導入本章導入 1.1.金屬材料是現(xiàn)代汽車制造業(yè)應用最為廣泛的材料。金屬材料是現(xiàn)代汽車制造業(yè)應用最為廣泛的材料。金屬材料分為黑色金屬（鋼鐵材料）和有色金屬。金屬材料分為黑色金屬（鋼鐵材料）和有色金屬。汽車上各種結構零件，鋼鐵材料約占汽車上各種結構零件，鋼鐵材料約占80%80%。2. 2. 汽車工程材料不斷向輕量化發(fā)展，各種新的汽汽車工程材料不斷向輕量化發(fā)展，各種新的汽車工程材料相繼被推出并應用于汽車工業(yè)之中。車工程材料相繼被推出并應用于汽車工業(yè)之中。3.3.本章重點介紹金屬材料特別是鋼鐵材料的性能、本章重點介紹金屬材料特別是

2、鋼鐵材料的性能、結構、牌號及在汽車上的應用。結構、牌號及在汽車上的應用。 材料科學簡介材料科學簡介教學目標教學目標1.能力目標能力目標o 能夠識別汽車上使用的碳鋼、合金鋼、鑄鐵零件；o 能根據零件工作要求合理選用碳鋼、合金鋼、鑄鐵用于制造汽車零件；o 能夠描述有色金屬的性能和應用場合，能夠正確選擇這些材料制造汽車零件。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章教學目標教學目標2.知識目標知識目標o 掌握碳鋼、合金鋼、鑄鐵的性能、分類、牌號及在汽車上的應用；o 了解銅合金、鋁合金、鈦合金等有色金屬性能、分類、牌號及在汽車上的應用；o 了解汽車結構上金屬材料的應用。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二

3、章教學內容o 金屬材料的組織結構與結晶金屬材料的組織結構與結晶o 金屬材料的組織性能控制金屬材料的組織性能控制o 常用金屬材料及其應用常用金屬材料及其應用o 金屬材料在汽車上的應用金屬材料在汽車上的應用 *汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 材料按照原子（離子或分子）在三維空間排列材料按照原子（離子或分子）在三維空間排列方式的不同，可分為方式的不同，可分為晶體晶體與與非晶體非晶體兩大類。兩大類。第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的組織結構與結晶金屬材料的組織結構與結晶 晶體晶體 材料中的原子（離子、分子）在三維空材料中的原子（離子、分子）在三維空間呈規(guī)則，周期性排

4、列。間呈規(guī)則，周期性排列。 非晶體非晶體 原子無規(guī)則堆積，也稱為原子無規(guī)則堆積，也稱為 “過冷液過冷液體體” 。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章非晶體非晶體 ： 蜂蠟、玻璃蜂蠟、玻璃 等。等。晶體晶體: :固態(tài)金屬固態(tài)金屬金剛石、金剛石、NaClNaCl、冰、冰 等。等。液體液體汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章常用常用固態(tài)金屬固態(tài)金屬基本上都屬于基本上都屬于晶體晶體，大部分非金，大部分非金屬如屬如氯化鈉、天然金剛石、水晶氯化鈉、天然金剛石、水晶等屬等屬晶體晶體；而常用；而常用的的石蠟、松香、塑料、玻璃、橡膠石蠟、松香、塑料、玻璃、橡膠等屬等屬非晶體非晶體。 汽車應用材料汽車應用材料

5、 第二章第二章 純金屬是指僅由一種金屬元素組成的金屬。汽車純金屬是指僅由一種金屬元素組成的金屬。汽車中的各種導電體、傳熱器等大多由純銅、純鋁等純中的各種導電體、傳熱器等大多由純銅、純鋁等純金屬材料制成。純金屬是典型的晶體材料。金屬材料制成。純金屬是典型的晶體材料。 一、純金屬的晶體結構與結晶一、純金屬的晶體結構與結晶汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章（一）純金屬的晶體結構（一）純金屬的晶體結構 晶體中原子（離子或分子）的空間排列方式稱為晶體中原子（離子或分子）的空間排列方式稱為晶體結構晶體結構。為了便于描述晶體結構，通常將每一個原。為了便于描述晶體結構，通常將每一個原子抽象為一個點，再把這

6、些點用假想的直線連接起來，子抽象為一個點，再把這些點用假想的直線連接起來，構成空間格架，稱為構成空間格架，稱為晶格晶格 。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章原子（離子）的剛球模型原子（離子）的剛球模型原子中心位置原子中心位置 晶體結構晶體結構汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章晶格晶格：表示晶體中原子排列形式的空間格子。：表示晶體中原子排列形式的空間格子。晶胞晶胞：組成晶格的最小的幾何單元稱為晶胞。：組成晶格的最小的幾何單元稱為晶胞。晶格與晶胞晶格與晶胞 晶胞中原子排列的規(guī)律能完全代表整個晶格中晶胞中原子排列的規(guī)律能完全代表整個晶格中原子排列的規(guī)律，

7、人們研究金屬的晶格結構，一般原子排列的規(guī)律，人們研究金屬的晶格結構，一般都是取出晶胞來研究的。都是取出晶胞來研究的。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章晶格參數晶格參數： 晶胞的棱邊長度晶胞的棱邊長度a a、b b、c c和棱邊夾角和棱邊夾角、（軸間夾角）。（軸間夾角）。晶格常數晶格常數： 晶胞中各棱邊的長度，以埃晶胞中各棱邊的長度，以埃(A)(A)為單位，為單位，1A=101A=10- -8 8cmcm。通常數值在。通常數值在2.52.55.0A5.0A之間。簡單立方晶格之間。簡單立方晶格 a=b=c , = a=b=c , = 各種金屬元素的主要差別就在于晶格類型和晶各種金屬元素的主要差

8、別就在于晶格類型和晶格參數的不同。格參數的不同。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章1.1.常見晶格類型常見晶格類型 1)1)體心立方晶格體心立方晶格原子分布在立方體的各結點和中心處，其特點原子分布在立方體的各結點和中心處，其特點是金屬原子占據著立方體的八個頂角和中心，如下是金屬原子占據著立方體的八個頂角和中心，如下圖所示圖所示, , 屬于這一類的金屬有鉻屬于這一類的金屬有鉻(Cr)(Cr)、鉬、鉬(Mo)(Mo)、鎢、鎢(W)(W)、釩、釩(V)(V)和和-Fe(-Fe(溫度小于溫度小于912912純鐵純鐵) )。這類金。這類金屬有相當大的強度和較好的塑性。屬有相當大的強度和較好的塑性。汽

9、車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章2)2)面心立方晶格面心立方晶格原子分布在立方體的各結點和各面的中心處。原子分布在立方體的各結點和各面的中心處。金屬原子除占據立方體的八個頂角外，立方體的六金屬原子除占據立方體的八個頂角外，立方體的六個面的中心也各有一個金屬原子。如下圖所示個面的中心也各有一個金屬原子。如下圖所示 。屬。屬于這種晶格的金屬有鋁于這種晶格的金屬有鋁(Al)(Al)、銅、銅(Cu)(Cu)、鎳、鎳(Ni)(Ni)、鉛、鉛(Pb)(Pb)和和-Fe-Fe等（溫度在等（溫度在13941394912912純鐵純鐵) )。汽車應用材料汽車應用材料 第

10、二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章3)3)密排六方晶格密排六方晶格 原子分布在六方柱體的各個結點和上下底面中原子分布在六方柱體的各個結點和上下底面中心處各有一個原子，還有上下兩個六方面的中間有心處各有一個原子，還有上下兩個六方面的中間有三個原子。屬于這種晶格的金屬有鈹三個原子。屬于這種晶格的金屬有鈹(Be)(Be)、鎂、鎂(Mg)(Mg)、鋅鋅(Zn)(Zn)、鎘、鎘(Cd)(Cd)等。等。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章2.2.實際的金屬晶體結構實際的金屬晶體結構 在理想狀態(tài)下，金屬的晶體結構是原子排列在理想狀態(tài)下，金屬的晶體結構是原

11、子排列的位向或方式完全一致的晶格，這種晶體稱為單的位向或方式完全一致的晶格，這種晶體稱為單晶體。單晶體必須專門人工制作，如生產半導體晶體。單晶體必須專門人工制作，如生產半導體元件的單晶硅、單晶鍺等。元件的單晶硅、單晶鍺等。 單晶體在不同方向上單晶體在不同方向上具有不同性能的現(xiàn)象稱為具有不同性能的現(xiàn)象稱為各向異性各向異性汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章單晶體單晶體：內部晶格位向完全一致內部晶格位向完全一致的晶體（理想晶的晶體（理想晶體）。如單晶體）。如單晶SiSi半導體。半導體。多晶體多晶體：由許多位向不同的晶粒構成的晶體。由許多位向不同的晶粒構成的晶體。晶粒（單晶體）晶粒（單晶體）晶界晶

12、界汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章晶界晶界：晶粒之間的接觸面。由于晶界上原子的排：晶粒之間的接觸面。由于晶界上原子的排列是不同位向的晶粒的過渡狀態(tài)，因而晶界上原列是不同位向的晶粒的過渡狀態(tài)，因而晶界上原子排列較不規(guī)則。實驗證明，每一個晶粒內的晶子排列較不規(guī)則。實驗證明，每一個晶粒內的晶格位向也并非完全一致，但這些位向相差很小，格位向也并非完全一致，但這些位向相差很小，形成亞晶界。形成亞晶界。 汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章在實際晶體中，由于某種原因，原子的規(guī)律排在實際晶體中，由于某種原因，原子的規(guī)律排列受到干擾和破壞，使晶體中的某些原子偏離正

13、常列受到干擾和破壞，使晶體中的某些原子偏離正常位置，造成原子排列的不完全性稱為位置，造成原子排列的不完全性稱為晶體缺陷晶體缺陷。（1 1）點缺陷：空位、間隙原子、異類原子）點缺陷：空位、間隙原子、異類原子（2 2）線缺陷：位錯）線缺陷：位錯（3 3）面缺陷：晶界與亞晶界）面缺陷：晶界與亞晶界晶體缺陷類型晶體缺陷類型晶體缺陷晶體缺陷汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章(1)(1)點缺陷點缺陷 晶體中的原子總是在某一位置上作熱振動。溫晶體中的原子總是在某一位置上作熱振動。溫度升高時，動能特別高的原子就要脫離周圍原子的度升高時，動能特別高的原子就要脫離周圍原子的束縛，可能進入別的晶格間隙處成為束縛

14、，可能進入別的晶格間隙處成為“間隙原子間隙原子”或跑到金屬表面上去。而原來的位置成為沒有原子或跑到金屬表面上去。而原來的位置成為沒有原子的的“空位空位”。 空位和間隙原子的出現(xiàn)，使它們失去平衡而造空位和間隙原子的出現(xiàn)，使它們失去平衡而造成晶格畸變成晶格畸變( (歪扭歪扭) )。 點缺陷將會使金屬材料產生物點缺陷將會使金屬材料產生物理、化學和力學性能上的變化，如使材料的密度發(fā)理、化學和力學性能上的變化，如使材料的密度發(fā)生變化，電阻率增大，強度、硬度提高等。生變化，電阻率增大，強度、硬度提高等。 汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章(2)(2)線缺陷線缺陷

15、線缺陷是晶體中呈線狀分布的缺陷，其具體形線缺陷是晶體中呈線狀分布的缺陷，其具體形式是各種類型的位錯，晶體中有一列或若干列原子式是各種類型的位錯，晶體中有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)則的錯排現(xiàn)象，這就是位錯。刃型位錯是發(fā)生有規(guī)則的錯排現(xiàn)象，這就是位錯。刃型位錯是最常見的一種。位錯造成的晶格的線狀畸變，極大最常見的一種。位錯造成的晶格的線狀畸變，極大地影響著金屬材料的力學性能，對于金屬材料的塑地影響著金屬材料的力學性能，對于金屬材料的塑性變形、強度、疲勞、腐蝕等性能均有重要的影響。性變形、強度、疲勞、腐蝕等性能均有重要的影響。 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二

16、章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章3 3、面缺陷、面缺陷面缺陷是指晶體中有一維空間方向上尺寸很小，面缺陷是指晶體中有一維空間方向上尺寸很小，另外兩維方向上尺寸較大的缺陷。這類缺陷主另外兩維方向上尺寸較大的缺陷。這類缺陷主要是指晶界和亞晶界。要是指晶界和亞晶界。 晶界和亞晶界處區(qū)域內的原子排列不整齊，偏晶界和亞晶界處區(qū)域內的原子排列不整齊，偏離其平衡位置，產生晶格畸變。離其平衡位置，產生晶格畸變。 面缺陷對金屬的塑性變形起著阻礙的作用，強面缺陷對金屬的塑性變形起著阻礙的作用，強度、硬度較晶粒高。因此金屬內部的晶粒越細小，度、硬度較晶粒高。因此金屬內部的晶粒越細小，晶界就越多，強度和硬度就越

17、高。晶界就越多，強度和硬度就越高。 汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章1 1純金屬的結晶過程純金屬的結晶過程 純金屬的結晶過程基本是在恒定的溫度下進行純金屬的結晶過程基本是在恒定的溫度下進行的，其結晶過程的冷卻曲線如圖所示。的，其結晶過程的冷卻曲線如圖所示。(二二)金屬的結晶過程金屬的結晶過程汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 T T0 0為純金屬的凝（熔）點，又稱為理論結晶溫為純金屬的凝（熔）點，又稱為理論結晶溫度。當液態(tài)金屬緩慢冷卻到度。當液態(tài)金屬緩慢冷卻到T T0 0時，純金屬開始發(fā)生時，純金屬開始發(fā)生結晶。在實際生產中，液態(tài)金屬的冷卻速度速

18、度相結晶。在實際生產中，液態(tài)金屬的冷卻速度速度相對較快，其實際開始結晶的溫度對較快，其實際開始結晶的溫度T Tn n略低于略低于T T0 0。液態(tài)。液態(tài)金屬在冷卻到理論結晶溫度金屬在冷卻到理論結晶溫度T T0 0以下還未結晶的現(xiàn)象，以下還未結晶的現(xiàn)象，稱為稱為過冷現(xiàn)象過冷現(xiàn)象。理論結晶溫度。理論結晶溫度 T T0 0與開始結晶溫度與開始結晶溫度T Tn n之差叫做之差叫做過冷度過冷度，用，用T T表示，即表示，即T= TT= Tn n T T0 0，過，過冷度冷度T T與冷卻速度是密切相關的，冷卻速度越大，與冷卻速度是密切相關的，冷卻速度越大，T T越大，冷卻速度越小，越大，冷卻速度越小，T

19、T越小。越小。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 液態(tài)金屬的結晶過程分為兩個階段，即晶核形成液態(tài)金屬的結晶過程分為兩個階段，即晶核形成與核長大的過程。當液態(tài)金屬結晶時，首先在液體中與核長大的過程。當液態(tài)金屬結晶時，首先在液體中形成一些極微小的晶體（稱為晶核），然后再以它們形成一些極微小的晶體（稱為晶核），然后再以它們?yōu)楹诵牟粩嘁詷渲罘绞介L大。在這些晶核長大的同為核心不斷以樹枝狀方式長大。在這些晶核長大的同時，又出現(xiàn)新的晶核并逐漸長大，直至液體金屬消失，時，又出現(xiàn)新的晶核并逐漸長大，直至液體金屬消失，全部凝固為固態(tài)金屬。全部凝固為固態(tài)金屬。汽車應用材料

20、汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 金屬結晶后，一般是晶粒愈細，強度、硬度愈金屬結晶后，一般是晶粒愈細，強度、硬度愈高，塑性、韌性也愈好。鑄造生產中為了得到細晶高，塑性、韌性也愈好。鑄造生產中為了得到細晶粒的鑄件，常采取粒的鑄件，常采取加快冷卻速度、變質處理、振動加快冷卻速度、變質處理、振動等幾種方法。等幾種方法。 汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 2 2金屬鑄錠的結構金屬鑄錠的結構 金屬結晶時，由于表面和中心的結晶條件不金屬結晶時，由于表面和中心的結晶條件不同，鑄件的結構是不均勻的。從鑄錠的剖面來看，同，鑄件的結構是不均勻的。從鑄錠的剖面來看，明顯地分為三

21、個各具特征的晶區(qū)：明顯地分為三個各具特征的晶區(qū)：表面細晶粒區(qū)、表面細晶粒區(qū)、柱狀晶粒區(qū)柱狀晶粒區(qū)和和中心粗大等軸晶粒區(qū)中心粗大等軸晶粒區(qū)。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章合金合金：合金是以一種金屬為基礎，加入其它金屬或：合金是以一種金屬為基礎，加入其它金屬或非金屬，經過熔合而獲得的具有金屬特性的材料。非金屬，經過熔合而獲得的具有金屬特性的材料。即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬材即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬材料。例如，工業(yè)上廣泛應用的鋼鐵材料就是鐵和碳料。例如，工業(yè)上廣泛應用的鋼鐵材料就是鐵和碳組成的合金。組成的合金。二、合金的

22、晶體結構及結晶二、合金的晶體結構及結晶 汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章組元組元：組成合金最簡單的、最基本的、能夠獨立存：組成合金最簡單的、最基本的、能夠獨立存在的元素稱為組元，簡稱元。組元一般是指元素，在的元素稱為組元，簡稱元。組元一般是指元素，但有時穩(wěn)定的化合物也可以作為組元，如但有時穩(wěn)定的化合物也可以作為組元，如FeFe3 3C C、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO等。合金按組元的數目可分為二元合金、等。合金按組元的數目可分為二元合金、三元合金及多元合金。三元合金及多元合金。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章合金系合金系：由兩個或兩個以上組元按不同比例配制成：由兩個或兩

23、個以上組元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，這一系列合金構成一個合一系列不同成分的合金，這一系列合金構成一個合金系統(tǒng)，簡稱合金系。例如黃銅是由銅和鋅組成的金系統(tǒng)，簡稱合金系。例如黃銅是由銅和鋅組成的二元合金系。二元合金系。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章相相：合金中具有同一化學成分、同一晶格形式并以：合金中具有同一化學成分、同一晶格形式并以界面分開的各個均勻組成部分稱為相。如均勻的液界面分開的各個均勻組成部分稱為相。如均勻的液體稱為單相，液相和固相同時存在則稱為兩相。體稱為單相，液相和固相同時存在則稱為兩相。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章組織組織：由單相或多相組成的具有一定形

24、態(tài)的聚合物，：由單相或多相組成的具有一定形態(tài)的聚合物，純金屬的組織是由一個相組成的，合金的組織可以純金屬的組織是由一個相組成的，合金的組織可以是一個相或多個相組成。是一個相或多個相組成。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 合金之所以比純金屬性能優(yōu)越主要是由于合金的合金之所以比純金屬性能優(yōu)越主要是由于合金的內部結構不同于純金屬。合金的內部結構比較復雜，內部結構不同于純金屬。合金的內部結構比較復雜，但根據各元素在結晶時相互作用的不同可以把它們但根據各元素在結晶時相互作用的不同可以把它們歸納為三種。歸納為三種。（一）合金的晶體結構（一）合金的晶體結構1.1.固溶體固溶體 2.2.化合物化合物3.

25、3.機械混合物機械混合物汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章1.1.固溶體固溶體 固溶體就是在固態(tài)下兩種或兩種以上的物質互固溶體就是在固態(tài)下兩種或兩種以上的物質互相溶解構成的單一均勻的物質。例如，銅鎳合金就相溶解構成的單一均勻的物質。例如，銅鎳合金就是以銅是以銅( (溶劑溶劑) )和鎳和鎳( (溶質溶質) )形成的固溶體，固溶體具形成的固溶體，固溶體具有與溶劑金屬同樣的晶體結構。有與溶劑金屬同樣的晶體結構。 這種溶質原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格這種溶質原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體叫做固溶體。類型的金屬晶體叫做固溶體。 汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 根據固溶體晶

26、格中溶質原子在溶劑晶格中占據根據固溶體晶格中溶質原子在溶劑晶格中占據的位置不同，分為的位置不同，分為置換固溶體置換固溶體和和間隙固溶體間隙固溶體兩種。兩種。如圖所示。如圖所示。 汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章ZXY間隙原子間隙原子間隙固溶體間隙固溶體置換固溶體置換固溶體置換原子置換原子YXZ汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章晶格畸變晶格畸變小原子置換引起的小原子置換引起的晶格畸變晶格畸變間隙原子引起的間隙原子引起的晶格畸變晶格畸變汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 固溶體晶格的畸變使合金強度和硬度升高，

27、固溶體晶格的畸變使合金強度和硬度升高，而塑性下降，這種現(xiàn)象稱為而塑性下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強化固溶強化。固溶強化。固溶強化是提高合金機械性能的重要途徑之一。是提高合金機械性能的重要途徑之一。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章固溶強化固溶強化形成固溶體使金屬強度和硬度提高形成固溶體使金屬強度和硬度提高, ,而塑性下降而塑性下降的現(xiàn)象的現(xiàn)象. .正常晶格正常晶格晶格畸變晶格畸變汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章2.2.金屬化合物金屬化合物 是指合金各組元的原子按一定的整數比化合而是指合金各組元的原子按一定的整數比化合而成的一種新的金屬化合物。它的晶體結

28、構不同于組成的一種新的金屬化合物。它的晶體結構不同于組成元素的晶體結構，而且其晶格一般都比較復雜。成元素的晶體結構，而且其晶格一般都比較復雜。其性能特點是熔點高、硬度高、脆性大。例如鐵碳其性能特點是熔點高、硬度高、脆性大。例如鐵碳合金中的合金中的FeFe3 3C C。當合金中出現(xiàn)金屬化合物時，能提。當合金中出現(xiàn)金屬化合物時，能提高其強度、硬度和耐磨性，但會降低其塑性和韌性。高其強度、硬度和耐磨性，但會降低其塑性和韌性。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章3.3.機械混合物機械混合物 當組成合金的各組元在固態(tài)下既互不溶解，又當組成合金的各組元在固態(tài)下既互不溶解，又不形成化合物，而是按一定的重量

29、比例以混合方式不形成化合物，而是按一定的重量比例以混合方式存在著，形成各組元晶體的機械混合物。組成機械存在著，形成各組元晶體的機械混合物。組成機械混合物的物質可能是純組元、固溶體或者是化合物混合物的物質可能是純組元、固溶體或者是化合物各自的混合物，也可以是它們之間的混合物。各自的混合物，也可以是它們之間的混合物。絕大多數工業(yè)用合金都是混合物，它們的性能絕大多數工業(yè)用合金都是混合物，它們的性能決定于組成混合物各部分的性能，以及它們的形態(tài)、決定于組成混合物各部分的性能，以及它們的形態(tài)、大小和分布。大小和分布。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 表示平衡條件下給定合金系中的合金的成份、溫表示平衡

30、條件下給定合金系中的合金的成份、溫度與其相和組織狀態(tài)之間關系的坐標圖形，稱為合度與其相和組織狀態(tài)之間關系的坐標圖形，稱為合金相圖。金相圖。 相圖（狀態(tài)圖）是以溫度為縱坐標，以成份為相圖（狀態(tài)圖）是以溫度為縱坐標，以成份為橫坐標，表明不同成份合金的結晶過程的簡明圖形。橫坐標，表明不同成份合金的結晶過程的簡明圖形。（二）合金的結晶（二）合金的結晶1 1勻晶相圖勻晶相圖2 2共晶相圖共晶相圖3 3共析相圖共析相圖汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章1 1均晶相圖均晶相圖: : 兩組元液態(tài)下相互溶解，固態(tài)下形成無限固溶兩組元液態(tài)下相互溶解，固態(tài)下形成無限固溶體的

31、合金狀態(tài)圖，稱作勻晶狀態(tài)圖。具有這類狀態(tài)體的合金狀態(tài)圖，稱作勻晶狀態(tài)圖。具有這類狀態(tài)圖的合金系有圖的合金系有Cu-NiCu-Ni、Fe-NiFe-Ni、Cr-MoCr-Mo、Au-AgAu-Ag等。等。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章2 2共晶相圖共晶相圖: : 在一定溫度下，從液相中同時結晶出兩種不同在一定溫度下，從液相中同時結晶出兩種不同固相的轉變，稱作共晶轉變。具有共晶轉變的二元合固相的轉變，稱作共晶轉變。具有共晶轉變的二元合金有金有PbPbSnSn，PbPbSbSb，AlAlSiSi等。二元合金系中，兩等。二元合金系中，兩組元在液態(tài)下完全互溶

32、，在固態(tài)下只能形成有限固溶組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下只能形成有限固溶體和化合物，有共晶轉變的狀態(tài)圖，稱為共晶狀態(tài)圖。體和化合物，有共晶轉變的狀態(tài)圖，稱為共晶狀態(tài)圖。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章3 3共析轉變共析轉變 單相固溶體冷卻到某一溫度發(fā)生析出兩個成單相固溶體冷卻到某一溫度發(fā)生析出兩個成分、結構與母相都不同的新的固相的轉變，這種轉分、結構與母相都不同的新的固相的轉變，這種轉變稱為共析轉變。變稱為共析轉變。汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章共析轉變的特點共析轉變的特點：共析轉變是固態(tài)轉變，原子擴散比

33、液態(tài)困難得多，共析轉變是固態(tài)轉變，原子擴散比液態(tài)困難得多，需要較大的過冷度，轉變溫度較低。需要較大的過冷度，轉變溫度較低。由于共析轉變過冷度大，形核率高，共析組織比由于共析轉變過冷度大，形核率高，共析組織比共晶體更為細密。共晶體更為細密。共析轉變前后晶體結構不同，轉變時引起容積變共析轉變前后晶體結構不同，轉變時引起容積變化，產生較大的內應力?；a生較大的內應力。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 碳鋼和鑄鐵是現(xiàn)代汽車工業(yè)極為重要的金屬材料，碳鋼和鑄鐵是現(xiàn)代汽車工業(yè)極為重要的金屬材料，實際上，它們都屬于以鐵和碳兩個組元組成的合金，實際上，它們都屬于以鐵和碳兩個組元組成的合金，稱為鐵碳合金。

34、反映平衡條件下鐵碳合金的組織隨稱為鐵碳合金。反映平衡條件下鐵碳合金的組織隨含碳量和溫度變化的一般規(guī)律的相圖稱為鐵碳相圖含碳量和溫度變化的一般規(guī)律的相圖稱為鐵碳相圖（或鐵碳狀態(tài)圖、（或鐵碳狀態(tài)圖、Fe-Fe3CFe-Fe3C相圖）。相圖）。三、三、 鐵碳相圖及鐵碳合金平衡組織鐵碳相圖及鐵碳合金平衡組織汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1 1鐵碳相圖鐵碳相圖 (Fe-Fe3 C(Fe-Fe3 C相圖相圖) )(1) Fe-Fe(1) Fe-Fe3 3 C C相圖的組元相圖的組元 Fe Fe FeFe、-Fe (bcc) -Fe (bcc) 和和-Fe (fcc)-Fe (fcc)強度、硬度低，

35、韌性、塑性好。強度、硬度低，韌性、塑性好。 Fe Fe3 3 C C 熔點高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。熔點高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。(2) Fe-Fe(2) Fe-Fe3 3 C C相圖的相相圖的相 Fe Fe3 3 C C （ CemCem， CmCm，滲碳體），滲碳體） 復雜晶體結構復雜晶體結構 液相液相 L L 相相 （高溫鐵素體（高溫鐵素體 ） FeFe（C C）固溶體）固溶體 相（相（A A ，奧氏體），奧氏體） -Fe -Fe（C C）固溶體）固溶體 相相 （F F，鐵素體），鐵素體） -Fe -Fe（C C）固溶體）固溶體汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章(3) (

36、3) 相圖中重要的點和線相圖中重要的點和線液相線液相線ABCD固相線AHJECF包晶線包晶線HJB，包晶點，包晶點J 共晶線共晶線ECF，共晶點，共晶點CL L4.34.3( (A A2.112.11+ +FeFe3 3C)C)高溫萊氏體高溫萊氏體,Le,Le或或LdLd共析線共析線PSK，共析點共析點SA A0.770.77( (F F0.020.02+ +FeFe3 3C)C)珠光體珠光體, P, PESES線：線：C C在在A A中的固溶線中的固溶線PQPQ線：線：C C在在F F中的固溶線中的固溶線汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章 Fe-C Fe-C 合金分類合金分類工業(yè)純鐵工業(yè)

37、純鐵 C % 0.0218 % C % 0.0218 %鋼鋼 0.0218 % 0.0218 % C % 2.11 %C % 2.11 %亞共析鋼亞共析鋼 0.77 %0.77 %共析鋼共析鋼 0.77 % 0.77 % 過共析鋼過共析鋼 0.77 %0.77 %白口鑄鐵白口鑄鐵 2.11 % 2.11 % C % C % 6.69 %6.69 %亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵 4.3 % 4.3 % 共晶白口鐵共晶白口鐵 4.3 % 4.3 % 過共晶白口鐵過共晶白口鐵 4.3 %4.3 %3 3鐵碳合金的平衡結晶過程鐵碳合金的平衡結晶過程汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章類型類型亞共析鋼亞共

38、析鋼共析鋼共析鋼過共析鋼過共析鋼鋼號鋼號204560T8T10T12碳質量分數碳質量分數0.20 0.45 0.600.801.001.20幾種常見碳鋼幾種常見碳鋼汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章(1)(1)工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 ( C % 0.0218 % )( C % 0.0218 % )結晶過程結晶過程室溫組織室溫組織F F + + FeFe3 3C C (微量)500500汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章(2)(2)共析鋼共析鋼 ( C % = 0.77 % )結晶過程結晶過程室溫組織室溫組織: : 層片狀層片狀 P P ( ( F F + + 共析共析 FeFe3 3C C

39、) )500500 P中各相的相對量：Fe3C%=(0.77xF)/(6.69xF)0.77/6.69=12%F % 1 12%=88%珠光體珠光體強度較高，塑性、韌性和硬度介于Fe3C 和 F 之間。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章(3)(3)亞共析鋼亞共析鋼 ( C % = 0.4 % )結晶過程結晶過程室溫組織室溫組織: : F F + + P P，500500各組織組成物的相對量：P % = ( 0.4 P % = ( 0.4 0.02180.0218 ) ) / ( 0.77 / ( 0.77 0.02180.0218 ) ) 51 %51 %F F % 1 51 % = 49

40、 %51 % = 49 %各相的相對量：FeFe3 3C % C % 0.4 0.4 / 6.69 = 6 %/ 6.69 = 6 %F F % 1 6 % = 94 % % = 94 %汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章(4)(4)過共析鋼過共析鋼 ( C % = 1.2 % )結晶過程結晶過程室溫組織室溫組織: :P P + + FeFe3C CII 400400各組織組成物的相對量：Fe3CII%=(1.20.77)/(6.690.77)7%P % 1 7%=93%各相的相對量：Fe3CII%1.2/6.69=18%F % 1 18%=82%汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章(5

41、)(5)共晶白口鐵共晶白口鐵 ( C % = 4.3 % )( C % = 4.3 % )結晶過程結晶過程室溫組織室溫組織: : （低溫）（低溫）萊氏體萊氏體 LeLe （P P + + FeFe3C CII+ +共晶共晶FeFe3C C）, , 500500萊氏體萊氏體 LeLe的性能：的性能：硬而脆硬而脆汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章( () )亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵 ( C % = 3 % )( C % = 3 % )結晶過程結晶過程室溫組織室溫組織: :LeLe+ + P P + + FeFe3 3C CII II 200200汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章( ()

42、)過共晶白口鐵過共晶白口鐵 ( C % = 3 % )( C % = 3 % )結晶過程結晶過程室溫組織室溫組織: :LeLe+ + FeFe3C CI500500汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章標注了組織組成物的相標注了組織組成物的相圖圖汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章4 4鐵碳合金的鐵碳合金的成分成分- -組織組織- -性能關系性能關系含碳量與相的相對量關系：含碳量與相的相對量關系：C C %F%F %，F(xiàn)eFe3 3C C %含碳量與組織關系：含碳量與組織關系：圖（圖（a a）和（）和（b b）含碳量與性能關系含碳量與性能關系HBHB：取決于相及相對量：取決于相及相對量強度：

43、強度：C%=0.9% C%=0.9% 時最大時最大塑性、韌性：隨塑性、韌性：隨C%C%而而汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章5 5鐵碳相圖的應用鐵碳相圖的應用鋼鐵選材鋼鐵選材：相圖相圖性能性能用途用途局限性局限性 相圖反映的是平衡狀態(tài)，與實際情況有較大差異。相圖反映的是平衡狀態(tài)，與實際情況有較大差異。鑄件選材和確定澆注溫度鑄件選材和確定澆注溫度確定鍛造溫度確定鍛造溫度( ( 在在 A A 區(qū)）區(qū)）制定熱處理工藝制定熱處理工藝汽車應用材料汽車應用材料 第二章第二章金屬材料在汽車上的應用金屬材料在汽車上的應用:汽車發(fā)動機零件用材情況汽車發(fā)動機零件用材情況(表2-44)代表零件材料種類及牌號使用性能要求主要