2.2金属结构与钢的热处理(课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（北京理工大学出版社）

任务二 金属结构与钢的热处理 学习目标： 1、金属晶体结构、铁碳合金相图及应用； 2、金属材料的热处理方法及应用。 金属结晶 1、结晶：液态纯金属凝固成晶体结构的过程。也是原子由不规则排列的液态逐步过渡到原子规则排列的晶体的过程。 *冷却速度越快，实际结晶温度越低，过冷度越大。 结晶阶段 晶体 液体 结晶 结晶： 液体 --> 晶体 凝固： 液体 --> 固体（晶体 或 非晶体） 2023/6/27 3 　纯金属的结晶过程 液态金属 形核 晶核长大 完全结晶 形核和晶核长大的过程 2023/6/27 4 结晶过程 纯金属结晶过程：晶核的形成及长大的过程。 晶核有自发晶核和非自发晶核。 晶核：结晶的核心质点（原子小集团）。 晶粒大小及控制 细化晶粒的方法： （1）增大冷速 提高冷却速度和降低浇注温度 （2）变质处理（孕育处理） 在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。 （3）附加振动 机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。 使 晶粒破碎，晶核数增加，晶粒细化。 晶粒越细小，金属的强度、塑性和韧性越高。 晶粒的大小取决于晶核的形成速率和长大速度。 控制过冷度：过冷度对形核率和长大速度都有影响。 二 合金的结构 合金：由两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）组成的并具有金属特性的物质。 组元：组成合金最基本的、独立的物质。大多是元素。 相：在纯金属或合金中具有相同的化学成分、 晶体结构和相同的物理性能， 并以明显界面分开的均匀部分。 组织：泛指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。 合金的结构：按组元原子的存在方式分为固溶体和金属化合物 两大类。 置换固溶体 间隙固溶体 1、固溶体：置换固溶体和间隙固溶 体。 固溶强化:通过溶入溶质元素，使固溶体强度和硬度提高的现象。 2、金属化合物: 晶体结构复杂，熔点高，硬而脆。 提高合金的强度、硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。 1.纯铁的同素异构转变 三 铁碳合金相图 同素异构转变：金属在固态下，随着温度改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。 遵守结晶的形核和晶核的生长。 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化 铁碳合金的基本相和基本组织 1、 铁素体：F 铁素体 是C溶于α－Fe形成的间隙固溶体称为铁素体（ferrite）。单相α相在GPQ以左部分。铁素体的含碳量非常低，在727℃时C在α－Fe中最大溶解量为0.0218%，室温下含碳仅为0.006%，所以其性能与纯铁相似：强度、硬度(HB50-80)低，塑性、韧性(延伸率δ为30%~50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同。晶粒常呈多边形。是铁磁性。 2、奥氏体：A 奥氏体是C溶解于γ—Fe形成的间隙固溶体称为奥氏体（austenite）。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148°C时最多可以溶解2.11%的碳，到727°C时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度HB170-220)较低，塑性(延伸率δ为40%-50%)高。 高温组织，在大于727℃时存在。 3、渗碳体： Fe3C 渗碳体（cementite）是Fe—C合金中碳以化合物(Fe3C)形式出现的。它具有复杂的晶格。Fe3C是由C原子构成的一个斜方晶格， C原子周围有六个Fe原子，构成一个八面体，而每个Fe原子属于两个八面体共有，Fe:C=3:1。 碳的质量分数为6.69%，硬度很高（800HBS），塑性和韧性几乎为零，熔点为1227℃. 4、珠光体： P （F+Fe3C） 从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的层状组织 。 强度较高硬度介与铁素体和渗碳体之间。 5、莱氏体：Ld （A+Fe3C） 铸铁在凝固进程中发生共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体组成的复合物。 727℃以下, A→P 则此时莱氏体由P和Fe3C组成，称为低温莱氏体。 性能与渗碳体性相似，硬度高，塑性差，属于硬而脆的组织。 铁碳相图分析 1、相图的坐标 纵坐标：代表温度。 横坐标：代表含碳量。 2、几个概念 纯铁 钢 铸铁 共析钢 亚共析钢 过共析钢 共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 3、特性点 A点：纯铁的熔点 1538℃ C点：共晶点 1148℃ D点：渗碳体的熔点 1227℃ S点：共析点