8.2.3圆轴扭转强度分析（课件）-高二《汽车机械基础》同步教学（人邮版）

铁碳合金（1） 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。不同成分的铁碳合金，在不同温度下具有不同的组织类型，不同的组织类型具有不同的性能。即使是同一成分的金属材料，通过不同的加工处理工艺，改变材料内部组织结构，也可以导致其性能发生极大的变化，这说明金属材料的性能不仅取决于化学成分，也取决于其内部组织结构。 研究铁碳合金的成分、温度和组织三者之间关系的图形，称为铁碳合金相图，它是掌握铁碳合金性能的依据。那么，铁碳合金的基本组织包含哪些，力学性能如何？铁碳合金相图在选材方面和热处理工艺方面的应用如何？ 【任务引入】 铁碳合金相图是通过试验的方法建立起来的，它是研究铁碳合金的工具，是研究钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系必备的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。 所以，掌握铁碳合金相图，对于掌握金属材料的性能，利用各种工艺手段改变金属材料的性能，后续学习热处理知识和制定钢铁材料的热加工工艺具有重要的指导意义。 【任务分析】 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】 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 【相关知识】 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