钢铁材料及其在汽车上的应用

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1、第2章钢铁材料及其在汽车上的应用汽车材料与金属加工掌握金属的结晶过程，了解金属的晶体结构；熟悉铁碳合金的基本相和组织，理解铁碳合金相图的含义；熟悉常用碳素钢的性能、牌号和用途；掌握热处理工艺的原理，以及各种热处理的工艺过程和用途；了解合金元素在钢中的主要作用，熟悉合金钢的性能、牌号和用途；了解粉末冶金工艺、特点及其应用。教学目的和要求晶格、晶胞，常见金属的晶格类型，晶体缺陷；金属的结晶过程，金属的同素异构转变，合金的晶体结构和结晶；铁碳合金的基本相和组织，Fe-Fe3C相图中的点线的含义，合金组织，成

2、分和温度的变化规律，铁碳相图的应用；碳素钢、碳及常存杂质对碳素钢的性能影响，碳素钢的分类，常用碳素钢的性能、牌号、用途；钢在加热与冷却时的组织转变过程，常用的热处理工艺方法；合金钢的定义、分类、牌号，常用合金钢的性能和用途；铸铁的分类，铸铁的石墨化，各种铸铁的性能、牌号和用途。教学内容摘要金属晶格结构、组织和特点，常用金属材料的性能及其用途。教学重点、难点教学方法和使用教具讲授、现场教学、课件。4学时。教学时间金属材料的基本知识钢铁材料钢（含碳量小于2.11%的铁碳合金）铸铁（含碳量大于2.11%的铁

3、碳合金）根据含碳量的不同分为钢铁材料的生产方式炼钢炼铁钢材生产钢材种类型材：圆钢、方钢、扁钢、六角钢、角钢、槽钢、螺纹钢等板材：中厚钢板、薄钢板、钢带和硅钢片管材：无缝钢管和焊接钢管（又称有缝钢管）线材：直径为6～9mm的圆钢和直径在10mm以下的螺纹钢金属材料在不同的使用场合下，所要求的力学性能、物理性能、化学性能以及工艺性能各不相同。虽然都是金属材料，不同成分和不同状态下的性能差异也非常大。造成金属材料性能差异的主要原因是由于金属材料内部结构的不同。2.1金属的晶体结构与结晶非晶体中的质点，是杂乱

4、无章地堆积在一起，无规则可循。2.1.1晶体及其特点根据内部原子堆积的情况固态物质分类晶体：如纯铝、纯铁、纯铜等非晶体：玻璃、沥青、松香、石蜡等晶体中的原子或分子，在三维空间中是按照一定的几何规则作周期性地重复排列。晶体和非晶体的根本区别晶体具有规则的外形。晶体具有固定的熔点。晶体具有各向异性。晶体的特点2.1.2金属的晶体结构体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格2.1.3金属实际的晶体结构单晶体单晶体多晶体多晶体在理想情况下，晶体内部的晶格位向是完全一致的，即晶体

5、的原子是按一定几何规律做周期性排列而成，这种晶体称为单晶体。外形不规则，呈颗粒状的小晶体称为晶粒，每个晶粒相当于一个单晶体，其原子排列位向是一致的，而各个晶粒的晶格位向各不相同。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界，晶界上的原子处于过渡的不规则状态，这些由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。晶格空位置换原子间隙原子点缺陷点缺陷是指长、宽、高尺寸都很小的缺陷。常见的点缺陷刃型位错（a）螺形位错（b）线缺陷线缺陷是指晶体内沿某一条线，附近原子的排列偏离了完整晶格所形成的线形缺陷区，即发生了“位错”。常见的线缺陷面缺陷面

6、缺陷是在两个方向的尺寸很大，第三个方向的尺寸很小而呈面状的缺陷，主要指晶界和亚晶界。2.1.4合金的晶体结构基本概念合金由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法结合成具有金属特性的物质。如黄铜是由铜和锌组成。组元简称元，是指组成合金的最基本独立物质。组元通常是纯元素或者稳定的化合物。根据组成合金组元数目的多少，合金可分为二元合金、三元合金或多元合金等。合金系是指由两个或两个以上组元按照不同比例配制成一系列不同成分的合金。相是指合金中具有同一的聚集状态、同一的结构和性质的均匀组成部分

7、。组织是指用肉眼或借助显微镜观察到材料具有独特微观形貌特征的部分。组织反映材料的相组成、相形态、大小和分布状况，它是决定材料最终性能的关键。固态合金的相结构合金在熔点以上时各组元都能互相溶解，形成均匀液溶体。固态时由于各组分之间相互作用不同，可能出现两种基本相：固溶体和金属化合物。固溶体金属化合物置换固溶体间隙固溶体指由合金中各组元的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。2.1.5金属的结晶物质由液态冷却转变为固态的过程称为凝固。如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体

8、，则这种凝固又称为结晶。从内部结构来看，结晶就是原子从不规则的排列（液态）过渡到按照一定的几何形状作有秩序排列（固态）的过程。结晶的定义Tn—实际结晶温度TO—理论结晶温度—过冷度Tm—熔点金属冷却曲线在金属液体中，总是存在着一些类似晶体中原子有规则排列的小集团。在熔点或熔点以上，这些小集团是不稳定的，时聚时散，此起彼伏。当低于熔点时，这些小集团中的一部分长大至一定尺寸后，就能成为比较稳定的小晶体。这些小晶体作为结晶中心，称为晶核。实际金属液体并不是很纯