汽车工程材料 教学课件 作者 王大鹏 等 3.1纯金属及合金.ppt

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1、汽车应用材料第四章金属材料本章导入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80%。2.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。3.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。材料科学简介汽车应用材料第一章材料按照原子（离子或分子）在三维空间排列方式的不同，可分为晶体与非晶体两大类。第一节金属材料的组织结构与结晶晶体——材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。非晶体——原子

2、无规则堆积。一、认识晶体汽车应用材料第一章非晶体：蜂蜡、玻璃等。晶体:固态金属金刚石、NaCl、冰等。液体汽车应用材料第一章认识晶体食盐晶体单质硫紫水晶黄水晶黄水晶硅表面原子排列碳表面原子排列高分辨电子显微镜晶体的原子呈周期性排列非晶体的原子不呈周期性排列常用固态金属基本上都属于晶体，大部分非金属如氯化钠、天然金刚石、水晶等属晶体；而常用的石蜡、松香、塑料、玻璃、橡胶等属非晶体。汽车应用材料第一章宏观晶体的形貌立方二、晶体的特性（1）具有规则的几何外形。（2）各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。（3）有固定的熔点而非晶态没有

3、。导电性差导电性强晶体与非晶体(1)晶体：内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。(2)非晶体：内部微粒的排列呈现杂乱无章的分布状态。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、纯铝等纯金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。三、纯金属的晶体结构汽车应用材料第一章（一）纯金属的晶体结构晶体中原子（离子或分子）的空间排列方式称为晶体结构。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，构成空间格架，称为晶格。汽车应用材料第一章原子（离子

4、）的刚球模型原子中心位置●晶体结构汽车应用材料第一章汽车应用材料第一章晶格：表示晶体中原子排列形式的空间格子。晶胞：组成晶格的最小的几何单元称为晶胞。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。汽车应用材料第一章晶格参数：晶胞的棱边长度a、b、c和棱边夹角α、β、γ（轴间夹角）。晶格常数：晶胞中各棱边的长度，以埃(A)为单位，1A=10-8cm。通常数值在2.5～5.0A之间。简单立方晶格a=b=c,α=β=γ各种金属元素的主要差别就在于晶格类型和晶格参数的不同

5、。汽车应用材料第一章布拉菲在1948年根据“每个阵点环境相同”的要求，用数学分析法证明晶体的空间点阵只有14种，称为布拉菲点阵，分属7个晶系。（二）金属晶体典型结构汽车应用材料第一章二、晶格常数与晶系汽车应用材料第一章汽车应用材料第一章常见晶格类型在元素周期表一共约有110种元素，其中80多种是金属，占2/3。而这80多种金属的晶体结构大多属于三种典型的晶体结构。它们分别是：1、体心立方晶格（BCC）2、面心立方晶格（FCC）3、密排六方晶格（HCP）1)体心立方晶格体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上,一个原子处于立方体的中

6、心,角上八个原子与中心原子紧靠。体心立方晶胞特征：晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90°常见金属具有体心立方晶格的金属有：钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe,<912℃)等，这类金属有相当大的强度和较好的塑性。2）面心立方晶格（FCC）金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。面心立方晶胞的特征：晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90°常见金属具有这种晶格的金属有：铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ-铁(γ-Fe,912℃～1394℃)等。十二个金属原

7、子分布在六方体的十二个角上,在上下底面的中心各分布一个原子,上下底面之间均匀分布三个原子。具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。3）密排六方晶格（HCP）常见金属具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。4）晶胞中的原子数（N）、原子半径（r）N=8X1/8+1=2r=aN=8X1/8+6X1/2=4r=aN=12X1/6+2X1/2+3=6r=a1234245）致密度（APF）BCC致密度（APF）FCCHCP几何特征晶胞中的原子数面心立方结构n=8×1/8+6×1/2=4体

8、心立方结构n=8×1/8+1=2密排六方结构n=12×1/6+2×1/2+3=6致密度是指晶胞中原子所占体积分数，即K=nv′/V。式中，n为晶胞所含原子数、v′为单个原子体积、V为晶胞体积。晶体中原子排列