项目2 任务2 了解金属与合金的晶体结构及铁碳合金（课件）-《新能源汽车机械基础》同步精品课堂（高教版）

《新能源汽车机械基础》高教版 项目2 汽车材料的应用 任务2 了解金属与合金的晶体结构及铁碳合金 同步精品课堂—中职专业课 1 CONTENTS 金属的晶体结构与结晶 01 实际金属的晶体结构 02 目录 合金的晶体结构 03 合金的组织 04 铁碳合金 05 图纸幅面和格式 教学 目标 知识目标 了解金属的晶体结构及其结晶过程、实际金属的晶体结构和性能特点。 了解合金组元、相和组织的概念。 了解碳对钢性能的影响规律。 能够掌握铁碳合金的基本组织及其性能特点； 能够掌握铁碳合金的分类。 能力目标 在实践过程中培养学生精益求精的工匠精神，让学生逐步养成严谨、细致、规范的技术行为习惯。 情感目标 图纸幅面和格式 重点 难点 金属的晶体结构与结晶 重点 实际金属的晶体结构 难点 图纸幅面和格式 情景导入 新闻：本田新款CR-V车高强度钢采用率提高3倍 可提高车辆碰撞安全性 据外媒报道，本田汽车有限公司（Honda Motor Co Ltd）对CR-V中型SUV（运动型多用途车）进行了全面改造，并已在日本上市。该车采用了高强度钢板，车身框架质量比为36%，可在不增加很多车辆重量的同时，提高车辆碰撞安全性。 图纸幅面和格式 01 金属的晶体结构与结晶 1.金属晶体 固态物质根据原子排列特征，可分为晶体和非晶体两类。 自然界中，除了少数物质如普通玻璃、沥青、石蜡等外，绝大多数固态的无机物都是晶体。 组成晶体的基本质点在三维空间的排列是有一定规律的，因此晶体一般具有规则的 外形 具有一定的熔点 具有各向异性 晶体特点 一般情况下，固态金属都是晶体。 图纸幅面和格式 01 金属的晶体结构与结晶 2.晶体结构的基本概念 晶格描述原子排列，晶胞为最小结构单元 晶格与晶胞 图2-2简单立方晶格与晶胞示意图 (a) (b) (c) 图纸幅面和格式 01 金属的晶体结构与结晶 3.三种典型的金属晶体结构 根据晶体晶胞中原子排列规律的不同，可以将晶格基本类型划分为14种，而金属只占其 中最简单的三种，即体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。 α-Fe、Cr、W、Mo、V等 体心立方晶格 γ-Fe、Cu、Al、Ag、Ni、Pb等 面心立方晶格 02 01 Mg、Zn、Be等 密排六方晶格 03 图纸幅面和格式 02 实际金属的晶体结构 晶格位向完全一致的晶体 单晶体定义 由许多晶格位向不同的微小晶体组成 多晶体定义 晶粒内部晶格位向一致，晶粒间界面为晶界 晶粒与晶界 1.单晶体和多晶体 图纸幅面和格式 小组讨论 讨论：单晶体和多晶体，体现在汽车中的哪些方面 图纸幅面和格式 02 实际金属的晶体结构 1.单晶体和多晶体 图2-6 多晶体的晶粒与晶界示意图 图纸幅面和格式 02 实际金属的晶体结构 2. 晶体缺陷 金属晶体内部原子规则有序地排列是理想晶体的状态。 实际上金属由于结晶或其他加工 等条件的影响，内部原子排列并不是理想的，存在着大量的晶体缺陷(点缺陷、线缺陷和面缺陷)。 图纸幅面和格式 03 合金的晶体结构 1.合金的基本概念 合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属和非金属元素组成的具有金属性质的物质。 合金的定义 合金的组成可以包括多种金属元素，如铜、铝、金、银等，以及非金属元素，通过不同成分的配制来满足特定的性能需求。 合金的组成元素 图纸幅面和格式 03 合金的晶体结构 1.合金的基本概念 组元是构成合金的基本物质，通常是元素，例如铁碳合金中的铁和碳，有时稳定化合物也可作为组元。 （1）合金的组元 由两个组元组成的合金称为二元合金，而由三个组元组成的合金则称为三元合金。 二元合金与三元合金 当组元保持不变，仅改变组元比例时，可形成一系列不同成分的合金，这些合金构成一个合金系。 合金系的组成 图纸幅面和格式 03 合金的晶体结构 1.合金的基本概念 化学成分对合金性能的影响 化学成分是决定合金材料性能的基本因素之一，不同合金如黄铜和碳钢，即使同为铁碳合金的碳钢与铸铁，其性能差异显著。 化学成分的重要性 即使是化学成分相同的合金，如某种刃具钢，其不同热处理状态（淬火态与退火态）下性能也会有显著差异。 同一成分不同性能的实例 决定合金性能的其他关键因素包括“组织”和“相”，它们对合金的最终性能有着决定性的影响。 组织和相的作用 （1）合金的组元 图纸幅面和格式 03 合金的晶体结构 1.合金的基本概念 宏观组织是指用肉眼或借助放大镜能观察到的材料内部形态结构，其观察方法包括直接肉眼观察和使用放大镜辅助观察。 宏观组织的定义和观察方法 显微组织是指只有在显微镜下才能观察到的材料内部形态结构，其观察方法依赖于光学显微镜或电子显微镜技术。 显微组织的定义和观察方法 组织的含义包括组成物“相”的种类、形状、大小及“相”的相对数量和相对分布，它对理解材料的性能和行为至关重要。 组织的含义和重要性 (2)组织和相 图纸幅面和格式 03 合金的晶体结构 1.合金的基本概念 (2)组织和相 “相”的定义和特性 “相”是金属或合金中具有相同化学成分、相同结构并以界面相互分开的各个均匀的组成部分，它决定了材料的基本性质。 固相与液相的区别 固相指的是金属或合金在固态下的相，而液相指的是液态下的相。固相和液相在结构和性质上有显著差异，影响材料的加工和应用。 合金中相的种类和分布 合金可能由同一种相构成，也可能由不同的几种相构成，相的种类和分布对合金的机械性能和物理性能有决定性影响。 图纸幅面和格式 03 合金的晶体结构 2.合金中的相结构 (1)固溶体 置换固溶体 溶质原子占据晶格节点位置而形成的固溶体称为置换固溶体. 按溶质原子在固溶体中的溶解度不同，又可分成有限固溶体和无限固溶体。大 部分固溶体都是有限固溶体。 合金中相的种类和分布 溶质原子占据溶剂晶格间隙所形成的固溶体称为间隙固溶体。 由于晶格中空隙位置是有限的，因此间隙固溶体是有限固溶体。 图纸幅面和格式 03 合金的晶体结构 2.合金中的相结构 (1)固溶体 合金的固溶强化 由于溶质原子的溶入，会引起固溶体晶格发生畸变，使合金的强度、 硬度提高，塑性、韧性有所下降。 这种通过溶入原子，使合金强度和硬度提高的方法称为固溶 强化。 固溶强化是提高材料力学性能的重要途径之一。 图纸幅面和格式 03 合金的晶体结构 2.合金中的相结构 (2)金属化合物 01 合金元素间相互作用 金属化合物生成 提高强度硬度，降低塑性韧性 金属化合物影响 复杂晶体结构，高熔点 金属化合物特性 02 03 图 2-8 Fe3C的晶体结构 图纸幅面和格式 04 合金的组织 单相固溶体晶粒组织 单相金属化合物晶粒组织 两种固溶体混合物组织 固溶体与金属化合物混合组织 合金的组织是由相构成的，合金的组织组成可能出现以下几种状况： 固溶体强度、硬度较低，塑性、韧性较好 固溶体性能 混合物强度、硬度较高，塑性、韧性较好 混合物性能 金属化合物硬度高、脆性大 金属化合物性能 图纸幅面和格式 头脑风暴 钢铁材料作为现代工业中应用最为广泛的金属材料，有哪些合金组成？又有何性能？分别适用哪些领域？ 图纸幅面和格式 05 铁碳合金 钢和铸铁是工业中应用最广泛的金属材料，它们都是以铁和碳两种元素为主组成的合金， 因此又称为铁碳合金。 合金类别 工业纯铁 钢 铸铁 含碳量（ωc）/% ＜0.0218 亚共析钢 共析钢 过共析钢 亚共晶白口铸铁 共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 0.0218＜ωc＜2.11 2.11＜ωc＜6.69 ＜0.77 0.77 ＞0.77 ＜4.3 4.3 ＞4.3 表2-1 铁碳合金的分类 图纸幅面和格式 05 铁碳合金 钢的上述分类方法在工程实践中并不常用，而普遍应用的是另外一种分类方法。因为 wc>1.5%的钢几乎没有应用，所以通常将常用的碳素钢按wc 的高低分类。 类别 低碳钢 中碳钢 刚碳钢 ωc/% 0.25 0.25~0.6 0.6~1.5 表2-2 工程实践中钢的分类 图纸幅面和格式 05 铁碳合金 工业纯铁 含碳量极低，性能接近纯铁 钢 含碳量适中，具有优良的综合性能 铸铁 含碳量高，主要用于铸造 图纸幅面和格式 我问你答 1.请举例说明自然界中哪些物质属于晶体？ 2.请举例说明合金材料在新能源汽车中的应用。 图纸幅面和格式 课堂小结 本节课主要了解了金属的晶体结构及其结晶过程、实际金属的晶体结构和性能特点，了解了合金组元、相和组织的概念，了解了碳对钢性能的影响规律。通过学习，要求学生能够掌握铁碳合金的基本组织及其性能特点；能够掌握铁碳合金的分类。在实践过程中培养学生精益求精的工匠精神，让学生逐步养成严谨、细致、规范的技术行为习惯。 图纸幅面和格式 作业布置 1.绘制金属与合金的晶体结构及铁碳合金的思维导图 2.预习下一节：钢的热处理 拓展学习 1. 先进高强度钢 2. 驱动电机用高性能电工钢(HPES) 图纸幅面和格式 感谢观看 $$