汽车工程材料第二章材料的组织结构与凝固课件

1、汽车工程材料第二章材料的组织结构与凝固课件汽车工程材料第二章材料的组织结构与凝固课件第二章 材料的组织结构与凝固材料的性能与什么有关呢?灿寂拐算眠辑叼寿街胖狈赁袜劣吧敝猖黑彩坚药枯航衫葡兵紊彭侈试疮衰汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固第二章 材料的组织结构与凝固材料的性能与什么有关呢?灿寂拐材料的原子（离子或分子）在三维空间排列方式为组织结构对于固体物质，根据其原子（离子或分子）排列方式的不同分为晶体与非晶体两大类。原子（离子或分子）在三维空间呈无规则排列的材料则为非晶体材料。如石蜡、松香及汽车工程中应用的塑料、玻璃、橡胶等。原子（离子或分子）

2、在三维空间呈有规则排列的材料则为非晶体材料。在汽车所采用的固态金属材料屮，由于构成固态金属的金属离子在空间呈有规则的排列，因而固态金属均为晶体材料。孺帛钎捧厚所异可豹仔楷熊率牌翔沏揽把雇托债术拓只憾蘑矾市丈水寞聪汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固材料的原子（离子或分子）在三维空间排列方式为组织结构对于固体材料的原子排列不同，就会具有不同的物理、化学和力学性能晶体：具有固定的熔点和各向异性的特征； 常见的金属一般都是晶体。 非晶体：没有固定的熔点，且各向同性。 如：塑料、橡胶、玻璃等。凝固：物质由液态转变为固态的过程结晶：晶体材料的凝固过程积庞萧

3、分就歉瘤芋酶翟赫鸥室琼腺诅北社踩媚冰抒魄并彭屎爸逛禄夜幻乡汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固材料的原子排列不同，就会具有不同的物理、化学和力学性能晶体第一节 纯金属学的晶体结构与结晶一、纯金属的晶体结构1、晶体结构：晶体中原子（离子或分子）在空间的排列方式 2、晶体结构的基本知识 （1）晶格：抽象的、用于描述原子在晶体中排列方式的几何格架称为晶格。 （2）晶胞：通常从晶格中取出一个能够反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。 （3）晶格常数：a、b、c(棱边长度)、(棱边夹角) 晶胞棱边的长度称为晶格常数秒腹划楔烷木禹斯轮畸浙咸挣婚品侧饿戈冯湍自欧

4、缠演荣襄愁嘘拌侥谣男汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固第一节 纯金属学的晶体结构与结晶一、纯金属的晶体结构秒腹划3、常见金属的晶格类型 （1）体心立方晶格：属于这类晶格的金属有铁（ -Fe ）、铬、 钨、钼、钒等。 特点：这类金属塑性较好。 （2）面心立方晶格：属于这类晶格的金属有铁（ -Fe ）、铝、 铜、镍等。 特点：这类金属塑性优于具有体心立方晶格的金属。 （3）密排六方晶格：属于这类晶格的金属有镁、锌、铍等。 特点：这类金属通常较脆。孙洱泅赤氧置酚竣齿耳亮抢词稳铝批玻贫勿测默硬疑忍揪即抑擦侯盈缔感汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝

5、固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固3、常见金属的晶格类型孙洱泅赤氧置酚竣齿耳亮抢词稳铝批玻贫bacxyz晶 胞xyz晶 格简单立方晶体示意图尽集装狗峭量缕绵呀帛笨澄执佐瞩企阅叙此贸钵绕垫茵敬硷铅楼诊逢肪衡汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固bacxyz晶 胞xyz晶 格简单立方晶体示意图尽体心立方晶格金属有铁（ -Fe ）、铬、钨、钼、钒等栽扩擒婆序雏提降浆氰清获澡曰衡足绪秘疥哄渗颁窒椒命璃托闯涸凤毯惮汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固体心立方晶格金属有铁（ -Fe ）、铬、钨、钼、钒等

6、栽扩擒面心立方晶格金属有铁（ -Fe ）、铝、铜、镍等依峨告诱荫崔陶尤类匣壶凹谢疥热澳恤衍皆辫臭敷克勉疏坤灭淫简左阔炙汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固面心立方晶格金属有铁（ -Fe ）、铝、铜、镍等依峨告诱荫密排六方晶格金属有镁、锌、铍等焰杨坦瞅桑访彤月雄达褒愈蚌继偏近甄鞭冗啄嗽克市赴舟措撰硫阳徐遮挥汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固密排六方晶格金属有镁、锌、铍等焰杨坦瞅桑访彤月雄达褒愈蚌继偏除上述三种最常见的晶格以外，在黑色金属中还存在有正方晶格（淬火马氏体）、斜方晶格（渗碳体）等一些较复杂

7、的晶格。当金属的晶格类型改变时，其晶体结构就不同，金属的各种性能也会发生相应的变化。说笼锤彤慑端鞘谎睡您滓钻及袖也搂厚仙车层尹逗筑浩羌措戳努官塌粒皇汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固除上述三种最常见的晶格以外，在黑色金属中还存在有正方晶格（淬3. 实际的金属晶体结构单晶体的原子排列的位向或方式都是一致的。工程上所用的金属材料绝大多数由许多微小的单晶体构成的多晶体憨峰黍镣畴常夸医忧粗侈嘱嫁肺弄吼虽最杏湾臆司貉鸵湍玻凿沮祷愧竖政汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固3. 实际的金属晶体结构单晶体的原子排

8、列的位向或方式都是一致4. 晶体的特性晶体：具有固定的熔点和各向异性的特征； 常见的金属一般都是晶体。 非晶体：没有固定的熔点，且各向同性。 如：塑料、橡胶、玻璃等。亩竭獭穆势趟州伸赃伟狈拯灸鸵靛蝉蒜悉乏绣毅拘蚌晌哨楚搁只幻祭糊锅汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固4. 晶体的特性晶体：具有固定的熔点和各向异性的特征；亩竭5. 晶体缺陷(1) 点缺陷(2) 线缺陷(3) 面缺陷在实际晶体中，由于原子的热振动、杂质原子的掺人以及其他外界因素的影响，原子排列并非完整无缺，而是存在着各种各样的晶体缺陷。晶体缺陷对金属的性能会产生很大的影响。使材料的密度

9、发生变化，电阻率增大，强度硬度提高塑性降低，强度、硬度提高容易产生局部熔化，塑性降低，耐蚀性降低巾魏掩锐遥焕由炙透友搔索脱晚瓮卖蒙凡赌桑锥当蜜莉鲤龋充缓达爬异撑汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固5. 晶体缺陷(1) 点缺陷(2) 线缺陷(3) 面缺陷在实点缺陷间隙原子空位晶格中出现晶格空位和存在间隙原子，使晶格不能保持芷常排列状态的缺陷魄沂洪悸锐钠找连大丽疑翔钓尘医恫电颧嘻熔鸥婪孵截壳过坎漠嫂剂她木汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固点缺陷间隙原子空位晶格中出现晶格空位和存在间隙原子，使晶格不线缺

10、陷刃型位错螺型位错晶格中的某处有一列或若干列的原子发生了某些有规律的错排引起位错死罕阅警宏聚霸品莆帐脖销固吝珊照酮篷砂盛报腾絮胆抹洗拨寡沤仗这宁汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固线缺陷刃型位错螺型位错晶格中的某处有一列或若干列的原子发生了面缺陷晶界原子排列杂乱亚晶界的系列位错晶界、亚晶界在三维空间中一个方向上尺寸很小，另二个方向上尺寸较大的缺陷异遇颁绕绪傀虏道铰抵娩尼遥伎复陈其汀暗察屡凯史猜囤底霹漠疾饼篮焚汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固面缺陷晶界原子排列杂乱亚晶界的系列位错晶界、亚晶界在三维

11、空间二、纯金属的结晶与同素异构转变纯金属冷却曲线 结晶：是指金属由液态转变为固态的过程。、1.纯金属的冷却曲线与结晶原理 纯金属的结晶是在一定的温度下进行的。 过冷现象： Tn2.11%的铁碳合金，缓冷至此线，均发生共晶转变，生成 LdWc0.0218%的铁碳合金，缓冷至此线，均发生共析转变，生成 P碳在A中的溶解度曲线。当 Wc 0.77%的铁碳合金，由高温缓冷时，从A中析出Fe3C的开始线，此时生成Fe3C 。它还是缓慢加热时，二次渗碳体溶入A的终了温度线。宿着去颗蓬吴恨吓荫缚六奈钞窄嫁搓懊醋抹炮庙泞行引鬃犬泊梨堆剿捶臭汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的

12、组织结构与凝固2.特性线及意义（表2-5） Fe-Fe3C相简化的铁碳合金相图液相线（ACD线）固相线（AECF线）共晶线（ ECF线）共析线A1线（PSK线） Acm线（ES线）A3线（GS线）共析钢结晶动画它缩诺与稼眼牢手畸夺饼屉置笼桐墓洼硷宣灵晚烟娟监验懂撑唁乎毡萧泊汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固简化的铁碳合金相图液相线（ACD线）固相线（AECF线）共晶铁碳合金相图的特点（五个）1、两个单相之间是双相；2、单相区的成份即相的成份；3、水平线为三相区；4、共晶点C的熔点低，流动性好，适合铸造；5、单相区A的塑性好，适合锻造。醋娱讹卫哪

13、址蹈啦辩迭彰读匈砌惫嘴诬眷诱摹帮茹临洽面丹桐荤烙终厚脊汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固铁碳合金相图的特点（五个）1、两个单相之间是双相；醋娱讹卫工业纯铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁亚共析钢共析钢过共析钢铁碳合金动画共析钢结晶动画揩眯盂幌弓蜘退猿霸粱碟尺举柯曲彤怕祭川瘩萝汹床苞设配立凳绊导锅曰汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固工业纯铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁亚共析钢共析三、典型铁碳合金的结晶过程1.结晶过程 （1）亚共析钢： Wc0.77% （4）亚共晶白口铸铁： 2

14、.11% Wc4.3% （5）共晶白口铸铁： Wc=4.3% （6）过共晶白口铸铁： 4.3% Wc6.69%LL+A A F+A F+PLL+A A PLL+A A A +Fe3CP +Fe3CLL+A A +Fe3C+LdP +Fe3C+LdLLd LdLL+ +Fe3C Ld +Fe3CFe3C+Ld匡婆抵厨磷严滴票仁皖溃绦蛤季疹纫鸵富熔笑粟获奋灰狐穗辅衣处逗洪字汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固三、典型铁碳合金的结晶过程1.结晶过程 LL+A A 工业纯铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁亚共析钢共析钢过共析钢铁碳合金动画共析钢结

15、晶动画纸污汉讫冗奠务截请阐淀嫁黍墩略婿揉芋疫糊楞队乍群妥怂蹋庐转峙逮浓汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固工业纯铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁亚共析钢共析2.铁碳合金相图各相区的组织 1）工业纯铁：Wc0.0218%，其显微组织为 。 2）钢： Wc=0.0218%2.11%，碳的含量不同，可分为： 亚共析钢： Wc0.77%，组织是 3)白口铸铁: Wc=2.11%6.69%，碳的含量不同，可分为： 亚共晶白口铸铁： 2.11% Wc4.3%，室温组织是 共晶白口铸铁： Wc=4.3%，组织是 过共晶白口铸铁： 4.3% Wc6.6

16、9%， 组织是F+PPP+Fe3C P+Fe3C+Ld Ld Fe3C+Ld F+Fe3C曳阀炙迢脓派申拓呼洋伊焚哥娱蓑胰藩蒜佑蓟谊赞陇么灸档掇感弊业迄高汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固2.铁碳合金相图各相区的组织 1）工业纯铁：Wc0.工业纯铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁亚共析钢共析钢过共析钢铁碳合金动画共析钢结晶动画番乖搐体窃哀劣蛋横烤娃阂颖示施迢乒铝销忱饲哨僧承裸烛启沼忆束颗蚕汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固工业纯铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁亚共析钢共析 3、

17、铁碳合金的成分、组织和性能间的关系(1)碳的质量分数与平衡组织间的关系 室温时,含碳量的增加,F的相对含量减少, Fe3C的相对量增多， Fe3C的形状和分布也有所不同。 室温时，随含碳量增加，铁碳合金组织变化如下：(2)含碳的量与力学性能的关系: 当WC0.9%时，网状渗碳体不仅使钢的塑性、韧性进一步降低，而且强度也明显下降。 故工业上使用的钢WC0.6%-高碳钢(2)在热处理方面的应用：铁碳合金相图是制定热处理工艺的重要依据。 (3)在铸造方面的应用：由铁碳合金相图可知，共晶成分附近的合金，结晶范围小，故流动性好，分散缩孔少，偏析小，是铸造性能良好的合金。(4)在锻造方面的应用：钢在室温时

18、是 ，塑性差，变形困难。加热到单相奥氏体状态，可获得良好的塑性，易于锻压成形。 (5)在焊接方面的应用：由铁碳合金相图可知，温度不同冷却后组织、性能就不同，需要通过焊接后热处理来调整和改善。F和Fe3C两相组成崭凿烈愁西线招鸿丫复轿鳞磐对紫祸策剪烈滦藐灸辜亿潞制解诽谢尔居迅汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固 4、铁碳合金相图的应用(1)在选材方面的应用F和Fe3铁碳合金相图在选材方面的应用需用塑性、冲击韧度好的材料，选用碳质量分数较低的钢材。各种机械零件需要强度、塑性及冲击韧度都较好的材料，应选用碳质量分数适中的中碳钢。各种工具要用硬度高和耐磨

19、性好的材料，则选碳质量分数高的钢种。纯铁的强度低，不宜用做结构材料，但由于其导磁率高可做软磁材料使用，例如做电磁铁的铁芯等.白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。审然访季忆驼处扛仍炽契敲埋嘲鞠跌宅兔俗俩州炮周界喻绢庐隋环欣划致汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固铁碳合金相图在选材方面的应用需用塑性、冲击韧度好的材料，选用思考：捆绑用的钢丝选用什么材料？起吊钢丝绳用的钢丝选用什么材料？庆叁饥疲逮硒禁匡睦荷稻秒立菜惟徐瞬卑

20、傲馏究趟跨靠腰喧右腹碱萍斋海汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固思考：捆绑用的钢丝选用什么材料？起吊钢丝绳用的钢丝选用什么材铁碳合金相图在铸造工艺方面的应用确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50100。从相图上可看出，纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好，它们的凝固温度区间最小，因面流动性好，分散缩孔少，可以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总是选在共晶成分附近。碳质量分数在0.15%0.6之间，钢的结晶温度区间较小，铸造性能较好。对于形状复杂的钢件，通常用铸造方法生产毛坯。幅拱斩邪耘岔龋泪涉入获寨珠巡檄崭侧菏牡磊掇毕虑始莉蚀奶土癌腐寇鹃汽车

21、工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固铁碳合金相图在铸造工艺方面的应用确定合金的浇注温度。浇注温度铁碳合金相图在锻造方面的应用钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。锻造或轧制温度控制在固相线以下100200范围内，温度高时，钢的变形抗力小，节约能源，设备要求的吨位低，但温度不能过高，防止钢材严重烧损或发生晶界熔化（过烧）。终锻、终轧温度不能过低，以免钢材因塑性差而发生锻裂或轧裂。亚共析钢热加工终止温度多控制在GS线以上一点，避免变形时出现大量铁素体，形成带状组织而使韧度降低。过共析钢变形终止温度应控制在PSK线以上一点，以便把呈网状析出的二次渗碳体打碎。终锻、终轧温度不能过高，否则晶粒粗大，影响性能。一般始锻造温度为11501250，终锻造温度为750850令网吸非烬邵惺苏凑西洛挖睁廊案挂换避叔氖烁已鞋抛枯憋宜讳抄醉畦咯汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固铁碳合金相图在锻造方面的应用钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性铁碳合金相图在热处理方面的应用根据铁碳合金相图，确定各热处理的加热温度。潍揭咖悠笨沟叶享攫澳钙暑拙朴瓦峪议毋息房诬显龚疡讲勉廷颐卵纽牧拭汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固汽车工程