6.晶体结构与铁碳合金相图（课件）-高二《汽车机械基础》同步教学（人民交通版）

晶体结构与铁碳合金相图 金属材料所具有的各种不同的机械性能、工艺性能、理化性能，除与金属材料的化学成分有关外，还与金属材料的内部构造有关。 1. 晶体结构与类型 固态物质按其内部微粒（原子、离子或分子）的构成，可分为晶体和非非晶体两类。微粒呈无规则排列的固态物质称为非晶体，如玻璃、塑料、松香等；微粒呈规则排列的固态物质称为晶体，如盐、冰等。晶体有一定的熔点，非晶体则没有一定的熔点。在通常的情况下，处于固态的一切金属及其合金都是晶体。为了便于理解，把原子看成是一个个小球，则金属晶体就是由这些小球有规律地堆积而成，如图2-5所示。 、晶体结构与铁碳合金 1 晶体结构及其结晶 图2-5 晶体中金属原子的排列 2023/6/30 、晶体结构与铁碳合金 图2-6 晶格和晶胞示意图 2023/6/30 体心立方晶格 属于这种晶格类型的金属有铬（Cr）、钒（V）、钨（W）、钼（Mo）、及δ-铁（δ-Fe）等金属。 面心立方晶格 属于这种晶格类型的金属有铝（Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及r-铁（r-Fe）等金属。 密排六方晶格 属于这种晶格类型的金属有镁（Mg）、铍（Be）、钛（Ti）及锌（Zn）等金属。 、晶体结构与铁碳合金 图2-9体心立方晶胞 图2-10 面心立方晶胞 图2-11密排六方晶胞 2023/6/30 在实际使用的金属材料中，由于加进了其它种类的外来原子及材料在冶炼后的凝固过程中受到各种因素的影响，使本来该有规律的原子排列方式受到干扰，不像理想晶体那样规则。晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象称为晶体缺陷。常见的晶体缺陷有空位、位错、晶界和亚晶界等，它们都对力学性能产生影响。 金属塑性变形后，会引起金属性能的改变。主要是随着变形程度的加大，金属产生了硬度增高、塑性降低现象，即加工硬化，也即冷作硬化。加工硬化不利于金属的继续成形加工，但有时可以提高产品的表面硬度和性能。 、晶体结构与铁碳合金 2023/6/30 2. 金属的结晶 金属材料大部分都是经冶炼得到的，即经由液态转变为固态的过程，常称之为金属的结晶过程。铸造和焊接工艺都与金属的结晶过程有关。 图2-12 纯金属结晶时的冷却曲线 2023/6/30 金属的同素异构转变 有些金属，固态时在不同的温度范围内，会由一种晶格转变为另一种晶格，这种变化称为金属的同素异构转变。 同素异构转变是铁的一个重要特性。钢和铸铁之所以能通过热处理显著地改变其性能，是与铁的同素异构转变有着密切联系的。 、晶体结构与铁碳合金 图2-13纯铁的冷却曲线 2023/6/30 纯金属一般具有良好的塑性、导电性、导热性，但强度、硬度较低且价格较高，种类有限，故生产中大量使用的是各种不同成分的合金，如铁碳合金、铝合金、铜合金等。 合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金属元素构成的具有金属特性的物质。例如，钢和生铁就是铁与碳的合金，黄铜就是铜和锌的合金。 1. 合金的构造 组成合金的独立的最基本单元称为组元。由两个组元组成的合金称为二元合金；由三个组元组成的合金称为三元合金；由三个以上组元组成的合金称为多元合金。 合金的构造常可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三类。 、合金的结构 2 合金的结构 2023/6/30 2. 合金的结晶 合金的结晶过程同样包括形成晶核与晶核长大，但是合金的结晶过程中经常会发生固相转变，即由一种固相转变为另一种固相。在大多数情况下，合金结晶时往往形成两种不同的固相组成的多相组织。 合金的结晶过程，是指合金的组织结构随温度、成分的变化而变化的过程，常用合金相图来反映。合金相图又称合金状态图，它表明了在平衡状态下（指在极缓慢的加热或冷却的条件下），合金的相结构随温度、成分发生变化的情况，故亦称为平衡图。 、合金的结构 2023/6/30 钢和铸铁是汽车工业中应用最广泛的金属材料，虽然其种类和牌号很多，性能和用途各异，但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，因而表现出不同的性能。铁碳合金相图就是研究铁碳合金的成分、温度和组织三者之间关系的图形。 铁碳合金相图 3 铁碳合金相图— “探究钢铁内部结构的宝图” 2023/6/30 1．铁碳合金的基本组织 铁碳合金有下列几种组织： 1）铁素体 碳在α-Fe 中形成的固溶体称为铁素体，用符号F表示。它仍保持α-Fe 的体心立方晶格，铁素体在室温时的溶碳能力极低，随温度的升高，溶碳量略有增加，在727℃时溶碳量最大（为0.0218%）。因此，我们平时所说的纯铁，实际上是含碳量很低的铁素体。铁素体的强度和硬度较低，而塑性和韧性较好。