1.2铁碳合金 (课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（人民邮电版）

任 务 二 铁碳合金 任务引入 钢和铸铁都是以铁和碳为主要元素组成的合金，统称为铁碳合金。铁碳合金基本组织包含哪些，力学性能如何？铁碳合金相图有哪些应用？ 1．掌握金属的晶体结构和同素异晶转变。 2．掌握铁碳合金的基本组织。 3. 掌握铁碳合金相图的应用。 学习目标 相关知识 一、金属的晶体结构和同素异晶转变 二、合金的晶体结构 三、铁碳合金的基本组织 四、铁碳合金相图 五、铁碳合金的分类 一、金属的晶体结构与同素异晶转变 （1）晶体和非晶体 晶 体：原子在空间呈有序排列的固态物质。 具有规则的外形； 具有一定的熔点； 具有各向异性。 没有规则的外形； 没有固定的熔点； 具有各向同性。 非晶体：原子或分子无规则的堆积在一起的固态物质。 固态物质根据其原子排列特征，可分为晶体和非晶体两类。 1.金属的晶体结构 晶体结构：指在晶体内部，原子、离子或原子集团规则排列的方式。 晶格：抽象的用于描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架。 晶胞：组成晶格的能反映其特征和规律的最基本几何单元。 （2）晶格和晶胞 原子排列 晶格 晶胞 （3）三种典型的金属晶体结构 α-铁（912℃以下的钝铁）、铬、钼、钨、钒 体心立方晶格示意图 原子排列 晶格 晶胞 ① 体心立方晶格 γ-铁（1394－912℃的钝铁）、 铜、铝、镍等 原子排列 晶格 晶胞 面心立方晶格示意图 ② 面心立方晶格 铍、镁、锌、镉等 原子排列 晶格 晶胞 密排六方晶格示意图 ③ 密排六方晶格 （4）实际金属的晶体结构 由许多晶粒组成的晶体称为多晶体，实际金属就是多晶体。 实际金属晶体结构 晶体缺陷： ① 点缺陷：不规则区域在空间三个方向上的尺寸都很小，主要是空位、间隙原子、置换原子。 实际晶体中，排列不规则的区域称为晶体缺陷。 在实际晶体结构中，晶格的某些结点上没有原子，则称这结点为空位。位于晶格空隙之间的原子称为间隙原子。 ② 线缺陷：不规则区域在一个方向的尺寸很大，在另外两个方向的尺寸都很小，主要是位错，即晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。 ③ 面缺陷：一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域，主要是晶界和亚晶界。 2．金属的结晶 （1）结晶的基本概念 结晶：物质由液态变为固态的过程称为凝固，凝固后的固态物质可以为晶态，也可以为非晶态。如果通过凝固形成晶体，称为结晶。 金属材料的凝固是典型的结晶过程，而玻璃的凝固过程是非晶体凝固过程。 金属的结晶：是指液态金属凝固成固态金属晶体的过程。 纯液态金属 的冷却曲线 （理想状态） 纯液态金属的冷却曲线（实际状态） 时间/s 0 T0：理论结晶温度 T1：实际结晶温度 ΔT = T0-T1（过冷度） T0 温度/ºC T1 时间/s a：结晶开始点 b：结晶终了点 温度/ºC T0 a b 0 结晶平台：由结晶潜热导致，即金属液固转变所释放的潜热与系统散热量相等的结果。 （2）金属的结晶过程 从宏观角度看结晶规律： ① 结晶是在一定的过冷度下完成的，即存在过冷现象。 ② 结晶过程是在恒温下完成的。 包括晶核形核和长大两个基本过程。 ① 形核方式：自发形核与非自发形核 ② 长大方式：平面方式与树枝状方式 从微观角度看结晶规律： *自发形核 从液态内部由金属本身原子自发长出结晶核心的过程叫做自发形核，形成的结晶核心叫做自发晶核。 *非自发形核 依附于杂质而生成晶核的过程叫做非自发形核，形成的结晶核心叫做非自发晶核。 ① 晶核的形成 均匀长大 ② 晶核的长大 树枝状方式 平面方式 结论：金属的结晶过程→形核与长大过程。 金属液 形成晶核 晶核 长大 形成晶体 3．金属的同素异晶转变 体心立 方晶格 体心立方晶格 面心立方晶格 物理性质：纯铁在1538℃熔化，纯铁液体结晶为固体后，在冷却至室温过程中，经历两次同素异晶转变。 同素异晶：元素相同，结构不同。 二次结晶 ▲合金：由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的物质。 ▲组元：组成合金的基本物质。 ▲相：指金属或合金中具有相同成分、相同结构并以界面相互分开的各个均匀的组成部分。 ▲组织：指用肉眼或借助于放大镜、显微镜观察到的材料内部的