1、金属材料金属材料导入导入 1.1.金属材料是现代汽车制造业应用最为广泛的材料。金属材料是现代汽车制造业应用最为广泛的材料。金属材料分为黑色金属（钢铁材料）和有色金属。金属材料分为黑色金属（钢铁材料）和有色金属。汽车上各种结构零件，钢铁材料约占汽车上各种结构零件，钢铁材料约占80%80%。2.2.汽车工程材料不断向轻量化发展，各种新的汽汽车工程材料不断向轻量化发展，各种新的汽车工程材料相继被推出并应用于汽车工业之中。车工程材料相继被推出并应用于汽车工业之中。3.3.本章重点介绍金属材料特别是钢铁材料的性能、本章重点介绍金属材料特别是钢铁材料的性能、结构、牌号及在汽车上的应用。结构、牌号及在汽车上
2、的应用。材料科学简介材料科学简介 材料按照原子（离子或分子）在三维空间排列材料按照原子（离子或分子）在三维空间排列方式的不同，可分为方式的不同，可分为晶体晶体与与非晶体非晶体两大类。两大类。金属材料的组织结构与结晶金属材料的组织结构与结晶 晶体晶体 材料中的原子（离子、分子）在三维空材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。间呈规则，周期性排列。非晶体非晶体 原子无规则堆积，也称为原子无规则堆积，也称为 “过冷液体过冷液体”。非晶体非晶体 ：蜂蜡、玻璃蜂蜡、玻璃 等。等。晶体晶体:固态金属固态金属金刚石、金刚石、NaClNaCl、冰、冰 等。等。液体液体常用常用固态金属固态金属基
3、本上都属于基本上都属于晶体晶体，大部分非金，大部分非金属如属如氯化钠、天然金刚石、水晶氯化钠、天然金刚石、水晶等属等属晶体晶体；而常用；而常用的的石蜡、松香、塑料、玻璃、橡胶石蜡、松香、塑料、玻璃、橡胶等属等属非晶体非晶体。纯金属是指仅由一种金属元素组成的金属。汽车纯金属是指仅由一种金属元素组成的金属。汽车中的各种导电体、传热器等大多由纯铜、纯铝等纯中的各种导电体、传热器等大多由纯铜、纯铝等纯金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。一、纯金属的晶体结构与结晶一、纯金属的晶体结构与结晶（一）纯金属的晶体结构（一）纯金属的晶体结构 晶体中原子（离子或分子）的空间
4、排列方式称为晶体中原子（离子或分子）的空间排列方式称为晶体结构晶体结构。为了便于描述晶体结构，通常将每一个原。为了便于描述晶体结构，通常将每一个原子抽象为一个点，再把这些点用假想的直线连接起来，子抽象为一个点，再把这些点用假想的直线连接起来，构成空间格架，称为构成空间格架，称为晶格晶格 。原子（离子）的刚球模型原子（离子）的刚球模型原子中心位置原子中心位置 晶体结构晶体结构晶格晶格：表示晶体中原子排列形式的空间格子。：表示晶体中原子排列形式的空间格子。晶胞晶胞：组成晶格的最小的几何单元称为晶胞。：组成晶格的最小的几何单元称为晶胞。晶格与晶胞晶格与晶胞 晶胞中原子排列的规律能完全代表整个晶格中晶
5、胞中原子排列的规律能完全代表整个晶格中原子排列的规律，人们研究金属的晶格结构，一般原子排列的规律，人们研究金属的晶格结构，一般都是取出晶胞来研究的。都是取出晶胞来研究的。晶格参数晶格参数：晶胞的棱边长度晶胞的棱边长度a a、b b、c c和棱边夹角和棱边夹角、（轴间夹角）。（轴间夹角）。晶格常数晶格常数：晶胞中各棱边的长度，以埃晶胞中各棱边的长度，以埃(A)(A)为单位，为单位，1A=101A=10-8 8cmcm。通常数值在。通常数值在2.52.55.0A5.0A之间。简单立方晶格之间。简单立方晶格 a=b=c,=a=b=c,=各种金属元素的主要差别就在于晶格类型和晶各种金属元素的主要差别就
6、在于晶格类型和晶格参数的不同。格参数的不同。1.1.常见晶格类型常见晶格类型 1)1)体心立方晶格体心立方晶格原子分布在立方体的各结点和中心处，其特点原子分布在立方体的各结点和中心处，其特点是金属原子占据着立方体的八个顶角和中心，如下是金属原子占据着立方体的八个顶角和中心，如下图所示图所示,属于这一类的金属有铬属于这一类的金属有铬(Cr)(Cr)、钼、钼(Mo)(Mo)、钨、钨(W)(W)、钒、钒(V)(V)和和-Fe(-Fe(温度小于温度小于912912纯铁纯铁)。这类金。这类金属有相当大的强度和较好的塑性。属有相当大的强度和较好的塑性。2)2)面心立方晶格面心立方晶格原子分布在立方体的各结
7、点和各面的中心处。原子分布在立方体的各结点和各面的中心处。金属原子除占据立方体的八个顶角外，立方体的六金属原子除占据立方体的八个顶角外，立方体的六个面的中心也各有一个金属原子。如下图所示个面的中心也各有一个金属原子。如下图所示 。属。属于这种晶格的金属有铝于这种晶格的金属有铝(Al)(Al)、铜、铜(Cu)(Cu)、镍、镍(Ni)(Ni)、铅、铅(Pb)(Pb)和和-Fe-Fe等（温度在等（温度在13941394912912纯铁纯铁)。3)3)密排六方晶格密排六方晶格 原子分布在六方柱体的各个结点和上下底面中原子分布在六方柱体的各个结点和上下底面中心处各有一个原子，还有上下两个六方面的中间有心
8、处各有一个原子，还有上下两个六方面的中间有三个原子。属于这种晶格的金属有铍三个原子。属于这种晶格的金属有铍(Be)(Be)、镁、镁(Mg)(Mg)、锌锌(Zn)(Zn)、镉、镉(Cd)(Cd)等。等。2.2.实际的金属晶体结构实际的金属晶体结构 在理想状态下，金属的晶体结构是原子排列在理想状态下，金属的晶体结构是原子排列的位向或方式完全一致的晶格，这种晶体称为单的位向或方式完全一致的晶格，这种晶体称为单晶体。单晶体必须专门人工制作，如生产半导体晶体。单晶体必须专门人工制作，如生产半导体元件的单晶硅、单晶锗等。元件的单晶硅、单晶锗等。单晶体在不同方向上单晶体在不同方向上具有不同性能的现象称为具有
9、不同性能的现象称为各向异性各向异性单晶体单晶体：内部晶格位向完全一致内部晶格位向完全一致的晶体（理想晶的晶体（理想晶体）。如单晶体）。如单晶SiSi半导体。半导体。多晶体多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。由许多位向不同的晶粒构成的晶体。晶粒（单晶体）晶粒（单晶体）晶界晶界晶界晶界：晶粒之间的接触面。由于晶界上原子的排：晶粒之间的接触面。由于晶界上原子的排列是不同位向的晶粒的过渡状态，因而晶界上原列是不同位向的晶粒的过渡状态，因而晶界上原子排列较不规则。实验证明，每一个晶粒内的晶子排列较不规则。实验证明，每一个晶粒内的晶格位向也并非完全一致，但这些位向相差很小，格位向也并非完全一致，但这些
10、位向相差很小，形成亚晶界。形成亚晶界。在实际晶体中，由于某种原因，原子的规律排在实际晶体中，由于某种原因，原子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体中的某些原子偏离正常列受到干扰和破坏，使晶体中的某些原子偏离正常位置，造成原子排列的不完全性称为位置，造成原子排列的不完全性称为晶体缺陷晶体缺陷。（1 1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子（2 2）线缺陷：位错）线缺陷：位错（3 3）面缺陷：晶界与亚晶界）面缺陷：晶界与亚晶界晶体缺陷类型晶体缺陷类型晶体缺陷晶体缺陷(1)(1)点缺陷点缺陷 晶体中的原子总是在某一位置上作热振动。温晶体中的原子总是在某一位置上作热振动。温度
11、升高时，动能特别高的原子就要脱离周围原子的度升高时，动能特别高的原子就要脱离周围原子的束缚，可能进入别的晶格间隙处成为束缚，可能进入别的晶格间隙处成为“间隙原子间隙原子”或跑到金属表面上去。而原来的位置成为没有原子或跑到金属表面上去。而原来的位置成为没有原子的的“空位空位”。空位和间隙原子的出现，使它们失去平衡而造空位和间隙原子的出现，使它们失去平衡而造成晶格畸变成晶格畸变(歪扭歪扭)。点缺陷将会使金属材料产生物点缺陷将会使金属材料产生物理、化学和力学性能上的变化，如使材料的密度发理、化学和力学性能上的变化，如使材料的密度发生变化，电阻率增大，强度、硬度提高等。生变化，电阻率增大，强度、硬度提
12、高等。(2)(2)线缺陷线缺陷 线缺陷是晶体中呈线状分布的缺陷，其具体形线缺陷是晶体中呈线状分布的缺陷，其具体形式是各种类型的位错，晶体中有一列或若干列原子式是各种类型的位错，晶体中有一列或若干列原子发生有规则的错排现象，这就是位错。刃型位错是发生有规则的错排现象，这就是位错。刃型位错是最常见的一种。位错造成的晶格的线状畸变，极大最常见的一种。位错造成的晶格的线状畸变，极大地影响着金属材料的力学性能，对于金属材料的塑地影响着金属材料的力学性能，对于金属材料的塑性变形、强度、疲劳、腐蚀等性能均有重要的影响。性变形、强度、疲劳、腐蚀等性能均有重要的影响。3 3、面缺陷、面缺陷面缺陷是指晶体中有一维
13、空间方向上尺寸很小，面缺陷是指晶体中有一维空间方向上尺寸很小，另外两维方向上尺寸较大的缺陷。这类缺陷主另外两维方向上尺寸较大的缺陷。这类缺陷主要是指晶界和亚晶界。要是指晶界和亚晶界。晶界和亚晶界处区域内的原子排列不整齐，偏晶界和亚晶界处区域内的原子排列不整齐，偏离其平衡位置，产生晶格畸变。离其平衡位置，产生晶格畸变。面缺陷对金属的塑性变形起着阻碍的作用，强面缺陷对金属的塑性变形起着阻碍的作用，强度、硬度较晶粒高。因此金属内部的晶粒越细小，度、硬度较晶粒高。因此金属内部的晶粒越细小，晶界就越多，强度和硬度就越高。晶界就越多，强度和硬度就越高。1 1纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程 纯金属的结晶过
14、程基本是在恒定的温度下进行纯金属的结晶过程基本是在恒定的温度下进行的，其结晶过程的冷却曲线如图所示。的，其结晶过程的冷却曲线如图所示。(二二)金属的结晶过程金属的结晶过程 T T0 0为纯金属的凝（熔）点，又称为理论结晶温为纯金属的凝（熔）点，又称为理论结晶温度。当液态金属缓慢冷却到度。当液态金属缓慢冷却到T T0 0时，纯金属开始发生时，纯金属开始发生结晶。在实际生产中，液态金属的冷却速度速度相结晶。在实际生产中，液态金属的冷却速度速度相对较快，其实际开始结晶的温度对较快，其实际开始结晶的温度T Tn n略低于略低于T T0 0。液态。液态金属在冷却到理论结晶温度金属在冷却到理论结晶温度T
15、T0 0以下还未结晶的现象，以下还未结晶的现象，称为称为过冷现象过冷现象。理论结晶温度。理论结晶温度 T T0 0与开始结晶温度与开始结晶温度T Tn n之差叫做之差叫做过冷度过冷度，用，用T T表示，即表示，即T=TT=Tn n T T0 0，过，过冷度冷度T T与冷却速度是密切相关的，冷却速度越大，与冷却速度是密切相关的，冷却速度越大，T T越大，冷却速度越小，越大，冷却速度越小，T T越小。越小。液态金属的结晶过程分为两个阶段，即晶核形成液态金属的结晶过程分为两个阶段，即晶核形成与核长大的过程。当液态金属结晶时，首先在液体中与核长大的过程。当液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶
16、体（称为晶核），然后再以它们形成一些极微小的晶体（称为晶核），然后再以它们为核心不断以树枝状方式长大。在这些晶核长大的同为核心不断以树枝状方式长大。在这些晶核长大的同时，又出现新的晶核并逐渐长大，直至液体金属消失，时，又出现新的晶核并逐渐长大，直至液体金属消失，全部凝固为固态金属。全部凝固为固态金属。金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬度愈金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好。铸造生产中为了得到细晶高，塑性、韧性也愈好。铸造生产中为了得到细晶粒的铸件，常采取粒的铸件，常采取加快冷却速度、变质处理、振动加快冷却速度、变质处理、振动等几种方法。等几种方法。2 2金属铸锭的结
17、构金属铸锭的结构 金属结晶时，由于表面和中心的结晶条件不金属结晶时，由于表面和中心的结晶条件不同，铸件的结构是不均匀的。从铸锭的剖面来看，同，铸件的结构是不均匀的。从铸锭的剖面来看，明显地分为三个各具特征的晶区：明显地分为三个各具特征的晶区：表面细晶粒区、表面细晶粒区、柱状晶粒区柱状晶粒区和和中心粗大等轴晶粒区中心粗大等轴晶粒区。合金合金：合金是以一种金属为基础，加入其它金属或：合金是以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。
18、例如，工业上广泛应用的钢铁材料就是铁和碳料。例如，工业上广泛应用的钢铁材料就是铁和碳组成的合金。组成的合金。二、合金的晶体结构及结晶二、合金的晶体结构及结晶 组元组元：组成合金最简单的、最基本的、能够独立存：组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的元素称为组元，简称元。组元一般是指元素，在的元素称为组元，简称元。组元一般是指元素，但有时稳定的化合物也可以作为组元，如但有时稳定的化合物也可以作为组元，如FeFe3 3C C、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO等。合金按组元的数目可分为二元合金、等。合金按组元的数目可分为二元合金、三元合金及多元合金。三元合金及多元合金。合金系合金系：由两个
19、或两个以上组元按不同比例配制成：由两个或两个以上组元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，这一系列合金构成一个合一系列不同成分的合金，这一系列合金构成一个合金系统，简称合金系。例如黄铜是由铜和锌组成的金系统，简称合金系。例如黄铜是由铜和锌组成的二元合金系。二元合金系。相相：合金中具有同一化学成分、同一晶格形式并以：合金中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。如均匀的液界面分开的各个均匀组成部分称为相。如均匀的液体称为单相，液相和固相同时存在则称为两相。体称为单相，液相和固相同时存在则称为两相。组织组织：由单相或多相组成的具有一定形态的聚合物，：由单相或多相组成的具
20、有一定形态的聚合物，纯金属的组织是由一个相组成的，合金的组织可以纯金属的组织是由一个相组成的，合金的组织可以是一个相或多个相组成。是一个相或多个相组成。合金之所以比纯金属性能优越主要是由于合金的合金之所以比纯金属性能优越主要是由于合金的内部结构不同于纯金属。合金的内部结构比较复杂，内部结构不同于纯金属。合金的内部结构比较复杂，但根据各元素在结晶时相互作用的不同可以把它们但根据各元素在结晶时相互作用的不同可以把它们归纳为三种。归纳为三种。（一）合金的晶体结构（一）合金的晶体结构1.1.固溶体固溶体 2.2.化合物化合物3.3.机械混合物机械混合物1.1.固溶体固溶体 固溶体就是在固态下两种或两种
21、以上的物质互固溶体就是在固态下两种或两种以上的物质互相溶解构成的单一均匀的物质。例如，铜镍合金就相溶解构成的单一均匀的物质。例如，铜镍合金就是以铜是以铜(溶剂溶剂)和镍和镍(溶质溶质)形成的固溶体，固溶体具形成的固溶体，固溶体具有与溶剂金属同样的晶体结构。有与溶剂金属同样的晶体结构。这种溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格这种溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体叫做固溶体。类型的金属晶体叫做固溶体。根据固溶体晶格中溶质原子在溶剂晶格中占据根据固溶体晶格中溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，分为的位置不同，分为置换固溶体置换固溶体和和间隙固溶体间隙固溶体两种。两种。如图所示。如图所
22、示。ZXY间隙原子间隙原子间隙固溶体间隙固溶体置换固溶体置换固溶体置换原子置换原子YXZ晶格畸变晶格畸变小原子置换引起的小原子置换引起的晶格畸变晶格畸变间隙原子引起的间隙原子引起的晶格畸变晶格畸变 固溶体晶格的畸变使合金强度和硬度升高，固溶体晶格的畸变使合金强度和硬度升高，而塑性下降，这种现象称为而塑性下降，这种现象称为固溶强化固溶强化。固溶强化。固溶强化是提高合金机械性能的重要途径之一。是提高合金机械性能的重要途径之一。固溶强化固溶强化形成固溶体使金属强度和硬度提高形成固溶体使金属强度和硬度提高,而塑性下降而塑性下降的现象的现象.正常晶格正常晶格晶格畸变晶格畸变2.2.金属化合物金属化合物
23、是指合金各组元的原子按一定的整数比化合而是指合金各组元的原子按一定的整数比化合而成的一种新的金属化合物。它的晶体结构不同于组成的一种新的金属化合物。它的晶体结构不同于组成元素的晶体结构，而且其晶格一般都比较复杂。成元素的晶体结构，而且其晶格一般都比较复杂。其性能特点是熔点高、硬度高、脆性大。例如铁碳其性能特点是熔点高、硬度高、脆性大。例如铁碳合金中的合金中的FeFe3 3C C。当合金中出现金属化合物时，能提。当合金中出现金属化合物时，能提高其强度、硬度和耐磨性，但会降低其塑性和韧性。高其强度、硬度和耐磨性，但会降低其塑性和韧性。3.3.机械混合物机械混合物 当组成合金的各组元在固态下既互不溶
24、解，又当组成合金的各组元在固态下既互不溶解，又不形成化合物，而是按一定的重量比例以混合方式不形成化合物，而是按一定的重量比例以混合方式存在着，形成各组元晶体的机械混合物。组成机械存在着，形成各组元晶体的机械混合物。组成机械混合物的物质可能是纯组元、固溶体或者是化合物混合物的物质可能是纯组元、固溶体或者是化合物各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。绝大多数工业用合金都是混合物，它们的性能绝大多数工业用合金都是混合物，它们的性能决定于组成混合物各部分的性能，以及它们的形态、决定于组成混合物各部分的性能，以及它们的形态、大小和分布。大小和分布。表示平衡条件下
25、给定合金系中的合金的成份、温表示平衡条件下给定合金系中的合金的成份、温度与其相和组织状态之间关系的坐标图形，称为合度与其相和组织状态之间关系的坐标图形，称为合金相图。金相图。相图（状态图）是以温度为纵坐标，以成份为相图（状态图）是以温度为纵坐标，以成份为横坐标，表明不同成份合金的结晶过程的简明图形。横坐标，表明不同成份合金的结晶过程的简明图形。（二）合金的结晶（二）合金的结晶1 1匀晶相图匀晶相图2 2共晶相图共晶相图3 3共析相图共析相图1 1均晶相图均晶相图:两组元液态下相互溶解，固态下形成无限固溶两组元液态下相互溶解，固态下形成无限固溶体的合金状态图，称作匀晶状态图。具有这类状态体的合金
26、状态图，称作匀晶状态图。具有这类状态图的合金系有图的合金系有Cu-NiCu-Ni、Fe-NiFe-Ni、Cr-MoCr-Mo、Au-AgAu-Ag等。等。2 2共晶相图共晶相图:在一定温度下，从液相中同时结晶出两种不同在一定温度下，从液相中同时结晶出两种不同固相的转变，称作共晶转变。具有共晶转变的二元合固相的转变，称作共晶转变。具有共晶转变的二元合金有金有PbPbSnSn，PbPbSbSb，AlAlSiSi等。二元合金系中，两等。二元合金系中，两组元在液态下完全互溶，在固态下只能形成有限固溶组元在液态下完全互溶，在固态下只能形成有限固溶体和化合物，有共晶转变的状态图，称为共晶状态图。体和化合物
27、，有共晶转变的状态图，称为共晶状态图。3 3共析转变共析转变 单相固溶体冷却到某一温度发生析出两个成单相固溶体冷却到某一温度发生析出两个成分、结构与母相都不同的新的固相的转变，这种转分、结构与母相都不同的新的固相的转变，这种转变称为共析转变。变称为共析转变。共析转变的特点共析转变的特点：共析转变是固态转变，原子扩散比液态困难得多，共析转变是固态转变，原子扩散比液态困难得多，需要较大的过冷度，转变温度较低。需要较大的过冷度，转变温度较低。由于共析转变过冷度大，形核率高，共析组织比由于共析转变过冷度大，形核率高，共析组织比共晶体更为细密。共晶体更为细密。共析转变前后晶体结构不同，转变时引起容积变共
28、析转变前后晶体结构不同，转变时引起容积变化，产生较大的内应力。化，产生较大的内应力。碳钢和铸铁是现代汽车工业极为重要的金属材料，碳钢和铸铁是现代汽车工业极为重要的金属材料，实际上，它们都属于以铁和碳两个组元组成的合金，实际上，它们都属于以铁和碳两个组元组成的合金，称为铁碳合金。反映平衡条件下铁碳合金的组织随称为铁碳合金。反映平衡条件下铁碳合金的组织随含碳量和温度变化的一般规律的相图称为铁碳相图含碳量和温度变化的一般规律的相图称为铁碳相图（或铁碳状态图、（或铁碳状态图、Fe-Fe3CFe-Fe3C相图）。相图）。三、三、铁碳相图及铁碳合金平衡组织铁碳相图及铁碳合金平衡组织1 1铁碳相图铁碳相图
29、(Fe-Fe3 C(Fe-Fe3 C相图相图)(1)Fe-Fe(1)Fe-Fe3 3 C C相图的组元相图的组元 Fe Fe FeFe、-Fe(bcc)-Fe(bcc)和和-Fe(fcc)-Fe(fcc)强度、硬度低，韧性、塑性好。强度、硬度低，韧性、塑性好。Fe Fe3 3 C C 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。(2)Fe-Fe(2)Fe-Fe3 3 C C相图的相相图的相 Fe Fe3 3 C C（CemCem，CmCm，渗碳体），渗碳体）复杂晶体结构复杂晶体结构 液相液相 L L 相相 （高温铁素体（高温铁素体 ）FeFe（C C）固溶体）固溶体
30、 相（相（A A，奥氏体），奥氏体）-Fe-Fe（C C）固溶体）固溶体 相相 （F F，铁素体），铁素体）-Fe-Fe（C C）固溶体）固溶体(3)(3)相图中重要的点和线相图中重要的点和线液相线液相线ABCD固相线AHJECF包晶线包晶线HJB，包晶点，包晶点J 共晶线共晶线ECF，共晶点，共晶点CL L4.34.3(A A2.112.11+FeFe3 3C)C)高温莱氏体高温莱氏体,Le,Le或或LdLd共析线共析线PSK，共析点共析点SA A0.770.77(F F0.020.02+FeFe3 3C)C)珠光体珠光体,P,PESES线：线：C C在在A A中的固溶线中的固溶线PQPQ线
31、：线：C C在在F F中的固溶线中的固溶线 Fe-C Fe-C 合金分类合金分类工业纯铁工业纯铁 C%0.0218%C%0.0218%钢钢 0.0218%0.0218%C%2.11%C%2.11%亚共析钢亚共析钢 0.77%0.77%共析钢共析钢 0.77%0.77%过共析钢过共析钢 0.77%0.77%白口铸铁白口铸铁 2.11%2.11%C%C%6.69%6.69%亚共晶白口铁亚共晶白口铁 4.3%4.3%共晶白口铁共晶白口铁 4.3%4.3%过共晶白口铁过共晶白口铁 4.3%4.3%3 3铁碳合金的平衡结晶过程铁碳合金的平衡结晶过程类型类型亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢钢号
32、钢号204560T8T10T12碳质量分数碳质量分数0.20 0.45 0.600.801.001.20几种常见碳钢几种常见碳钢(1)(1)工业纯铁工业纯铁 (C%0.0218%)(C%0.0218%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织F F +FeFe3 3C C(微量)500500(2)(2)共析钢共析钢(C%=0.77%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:层片状层片状 P P (F F +共析共析 FeFe3 3C C )500500 P中各相的相对量：Fe3C%=(0.77xF)/(6.69xF)0.77/6.69=12%F%1 12%=88%珠光体珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于F
33、e3C 和 F 之间。(3)(3)亚共析钢亚共析钢(C%=0.4%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:F F +P P，500500各组织组成物的相对量：P%=(0.4 P%=(0.4 0.02180.0218)/(0.77/(0.77 0.02180.0218 )51%51%F F%1 51%=49%51%=49%各相的相对量：FeFe3 3C%C%0.4 0.4 /6.69=6%/6.69=6%F F%1 6%=94%=94%(4)(4)过共析钢过共析钢(C%=1.2%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:P P +FeFe3C CII 400400各组织组成物的相对量：Fe3CII%=(1
34、.20.77)/(6.690.77)7%P%1 7%=93%各相的相对量：Fe3CII%1.2/6.69=18%F%1 18%=82%(5)(5)共晶白口铁共晶白口铁 (C%=4.3%)(C%=4.3%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:（低温）（低温）莱氏体莱氏体 LeLe （P P +FeFe3C CII+共晶共晶FeFe3C C）,500500莱氏体莱氏体 LeLe的性能：的性能：硬而脆硬而脆()亚共晶白口铁亚共晶白口铁 (C%=3%)(C%=3%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:LeLe+P P +FeFe3 3C CII II 200200()过共晶白口铁过共晶白口铁(C%=3%)
35、(C%=3%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:LeLe+FeFe3C CI500500标注了组织组成物的相标注了组织组成物的相图图4 4铁碳合金的铁碳合金的成分成分-组织组织-性能关系性能关系含碳量与相的相对量关系：含碳量与相的相对量关系：C C%F%F%，FeFe3 3C C%含碳量与组织关系：含碳量与组织关系：图（图（a a）和（）和（b b）含碳量与性能关系含碳量与性能关系HBHB：取决于相及相对量：取决于相及相对量强度：强度：C%=0.9%C%=0.9%时最大时最大塑性、韧性：随塑性、韧性：随C%C%而而5 5铁碳相图的应用铁碳相图的应用钢铁选材钢铁选材：相图相图性能性能用途用途局限
36、性局限性 相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。铸件选材和确定浇注温度铸件选材和确定浇注温度确定锻造温度确定锻造温度(在在 A A 区）区）制定热处理工艺制定热处理工艺小结小结:1.1.晶体结构的基本概念：晶体，晶格，晶胞，三种常见的晶体结构的基本概念：晶体，晶格，晶胞，三种常见的金属晶格。单晶体，晶粒，多晶体。金属晶格。单晶体，晶粒，多晶体。2.2.固溶体、化合物的晶体结构及性能特点。固溶强化及其实固溶体、化合物的晶体结构及性能特点。固溶强化及其实际应用际应用3.3.相和组织的概念。相和组织的概念。4.4.铁碳合金相图铁碳合金相图.本次课重点要求本次课重点要求
