金属材料与热处理-2v

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1、主讲：朱明高级技师、经济师、工程师高级技能专业技术教师汽车维修高级考评员--2模块二金属材料的结构先复习一下几个金属材料的概念：1.合金—由两种或两种以上的金属元素组成的具有金属特性的新物质，如：汽车缸体的铝镁合金，发动机轴瓦的铅锡合金等。2.组元—组成合金的最基本的独立的物质，如上例铝镁合金的铝和镁，铅锡合金的铅和锡。3.相—在纯金属或合金中，具有相同成分、相同结构，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分，如：液相（液体）、固相（固体）、气相（气体）等。4.显微组织—用金相分析方法，在金属及内部看到的有关晶体或晶粒的大小、方向、形状、排

2、列情况等组成关系的构造情况，如铁的液状奥氏体，铁回火处理得到的索氏体，铁淬火处理得到的马氏体等组织。再复习一下常见的金属晶体结构：1.体心立方晶格—晶胞是一个正立方体，其金属有ɑ–Fe、钒、铬、钼、钨等。一般来讲，这类金属材料的强度较大而塑性相对较差一些。下面是体心立方的原子排列模型、晶格和晶胞。2.面心立方晶格—晶胞也是一个正立方体，其金属有γ–Fe、铝、镍、铜、铅等。一般来讲，这类金属材料的强度较低而塑性很好。下面是面心立方的原子模型、晶格和晶胞。3.密排六方晶格—晶胞是一个六方柱体，其金属有铍、镁、钛、锌等。一般来讲，这类金属材料

3、的强度和塑性均较差。下面是密排六方的原子模型、晶格和晶胞。其实，正立方体、六方柱体等都是所谓“布拉维十四种空间粒子”的两种。任务一熟悉金属的实际晶体结构（课本P21）金属的实际结构并非如上述都是单晶体（除非专门制作），呈现的是多晶体结构，这是其一；其二，金属的冶炼过程不可能是理想状态，绝大多数的情况下，都会产生晶体缺陷，要不，就不会一根老鼠须般细小的金属，其抗拉强度竟超过理论值的几百倍了。单晶体与多晶体对于单晶体，由于各个方向上原子排列不同，导致各个方向上的性能不同，即“各向异性”的特点；而多晶体对每个小晶粒具有“各向异性”的特点，而就

4、多晶体的整体，由于各小晶粒的位向不同，表现的是各小晶粒的平均性能，不具备“各向异性”的特点。单晶体多晶体一、晶体缺陷在金属中存在着各种各样的晶格缺陷，按其几何形式的特点，分为如下三类：1.点缺陷晶体中的空位（格）、间隙原子、置换原子都是点缺陷。当晶格中某些原子由于某种原因，（如热振动等）脱离其晶格结点而转移到晶格间隙这样就形成了点缺陷，点缺陷的存在会引起周围的晶格发生畸变，从而使材料的性能发生变化，如屈服强度提高和电阻增加等。见下图。2.线缺陷原子排列的不规则区在空间的某一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小，如：位错。位错

5、可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成；滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。由于晶体中局部滑移的方式不同，可形成不同类型的位错。最简单的位错是“刃型位错”。因为相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余的另半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。线缺陷示意图：呈线状分布的缺陷位错(正刃型位错、负刃型位错与螺型位错)位错的运动解释：位错的运动是原子的微小移动导致晶体产生一个原子间距的位移，多个位错的运动导致晶体的宏观变形。可以用地毯的挪动、蛇的爬行等来比喻，见下图。实际晶体中存在的位错,一般用

6、位错密度来表示位错的多少。位错密度：单位体积中位错线的总长度,或单位面积上位错线的根数,单位cm2。由于位错线附近的原子偏离了平衡位置,使晶格发生了畸变,对晶体的性能有显著的影响。实验和理论研究表明:晶体的强度和位错密度有着如下图的对应关系：当晶体中位错密度很低时,晶体强度很高；相反在晶体中位错密度很高时,其强度很又呈很高（U形)。但目前“超无位错”的晶体培养技术,仅能制造出直径为几微米的晶须,不能满足实用上的要求。而根据右图，使用加工硬化却又可使材料的位错密度虽然提高,但强度反而提高，这就为我们提供了新的加工途径。3.面缺陷原子排列的

7、不规则区在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。晶界和亚晶界是晶体中典型的面缺陷。晶界：晶粒之间的位向为30o～40o；亚晶界：晶粒内的小位向为1o～2o。显然在晶界处原子排列很不规则，亚晶界处原子排列不规则程度虽较晶界处小，但也是不规则的，可以看作是由无数刃型位错组成的位错墙。这样晶界及亚晶界愈多，晶格畸变越大，且位错密度愈大，晶体的强度愈高。面缺陷放大倍数较大的显微结构可见如下图。面缺陷有多种类型：大角度晶界、小角度晶界、孪晶界、相界、表面：任务二明确合金的相结构（课本P25）一、固溶体概念：合金中其晶体结构与组成元素之

8、一的晶体结构相同的固相称为固溶体，习惯上用希腊字母、、……来表示。溶剂与溶质：一般把与合金晶体结构相同的元素称为溶剂，其他元素称为溶质。固溶体的分类：间隙固溶体和置换固溶体两种。（一）间隙固溶体溶质原