汽车材料教学课件作者武丹第2章　黑色金属.ppt

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1、第2章　黑色金属2.1金属和合金的内部结构2.2铁碳合金2.3碳钢2.4合金钢2.5铸铁2.6粉末冶金返回２.１　金属和合金的内部结构２.１.１　金属和合金的晶体结构在自然界中，除了少数固体物质(如松香、沥青、玻璃等)属于非金属外，大多数固态物质一般都是晶体，其内部的原子排列具有规律性。晶体具有固定的熔点和各向异性的特征，而非金属没有固定熔点，且各向同性，如图２-１(ａ)所示。为了便于理解和描述晶体中原子排列的情况，可以把实际原子向其中心简化成为一质点，然后用一些假象的线条连接起来，构成一个空间格子，这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列方式的空间格子称为晶格，如图２-１(ｂ)所示。下一

2、页返回２.１　金属和合金的内部结构由于晶格中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中取出一个能够反映晶格特征的最小的几何单元来研究晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞，如图２-１(ｃ)所示。显然，晶格是由无数个晶胞重复堆积而成的。晶胞的棱边长度和棱边夹角称为晶格常数，金属的晶格常数一般为１０~７０ｍｍ。晶胞各边之间的夹角分别以α、β、γ表示。２.１.２　常见金属的晶格类型体心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体的中心有一个原子，八个顶角排列着一个原子，如图２-２(ａ)所示。属于这类晶格的金属有铁(α－Ｆｅ)、铬(Ｃｒ)、钨(Ｗ)、钼(Ｍｏ)、钒(Ｖ)等，这类金属的塑性较好。

3、上一页下一页返回２.１　金属和合金的内部结构面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各排列着一个原子，如图２-２(ｂ)所示。属于这类晶格的金属有铝(Ａｌ)、铜(Ｃｕ)、镍(Ｎｉ)、铁(γ－Ｆｅ)等，这类金属的塑性优于体心立方晶格的金属。密排六方晶格的晶胞是一个六棱柱体，原子位于两个底面的中心和十二个顶角上，棱柱内部还包括三个原子，如图２-２(ｃ)所示。属于这类晶格的金属有镁(Ｍｇ)、锌(Ｚｎ)、铍(Ｂ)等，这类金属较脆。金属的晶格类型不同，其性能必然存在差异。即使晶格类型相同的金属，由于各元素的原子直径和原子间距不同等原因，其性能也不相同。上一页下一页返回２.１

4、　金属和合金的内部结构２.１.３　合金的晶体结构纯金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽，在工业上具有一定的应用价值。但由于强度、硬度一般较低，远远不能满足实际生产的需要，而且冶炼困难，价格较高，其应用受到很大限制。因此，实际生产中大量使用的金属材料是合金，如钢铁、普通黄铜、硬铝等。１.合金的基本概念合金是由两种或两种以上的金属与金属或金属与非金属组成的具有金属特性的物质。例如，黄铜是由铜与锌组成的合金，钢和铸铁是由铁与碳组成的合金。组成合金的最基本的独立物质称为合金的组元。给定组元可以按不同比例配制一系列不同成分的合金，构成一个合金系。在一个合金系内，组元可以是元素，也可以是稳

5、定的化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，还有三元合金、多元合金。上一页下一页返回２.１　金属和合金的内部结构相是指合金系统中具有同一化学成分、同一晶体结构组成部分，一般来说，相与相之间有明显的分界面。用金相观察方法，在金属及合金内部看到的有关晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成构造情况称为组织。只有一相组成的组织称为单相组织，由两种或两种以上相组成的组织称为多相组织。２.合金的相结构合金的相结构可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三大类。(１)固溶体:在固态下，合金组元间相互溶解，形成在某一组元的晶格中包含其他组元的新相，称为固溶体。保留原有晶格类型的组元称为溶剂，其他组

6、元称为溶质。根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两类。上一页下一页返回２.１　金属和合金的内部结构所谓置换固溶体，是指溶剂晶格上的原子被溶质原子所取代而形成的固溶体。所谓间隙固溶体，是指溶质原子溶入溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体。间隙固溶体的溶解度是有限的。不论是置换固溶体和间隙固溶体，由于溶质原子和溶剂原子的直径差别，溶质原子溶入后，造成棱边长度发生撑开或靠拢的现象(晶格畸变)，使晶体的变形抗力增大，导致强度、硬度提高，称为固溶强化，它是改善材料性能的重要途径之一。(２)金属化合物:合金组元间按一定比例化合而形成的具有金属特性的一种新相。其晶格类

7、型和性能完全不同于合金中的任一组元，一般具有复杂的晶格，且熔点高、硬度高、脆性大。上一页下一页返回２.１　金属和合金的内部结构(３)机械混合物:组成合金的各组元，在固态下既不溶解，也不形成化合物，而以混合形式组合在一起，其各相仍保持原来的晶格结构和性能，称为机械混合物。所以，机械混合物的性能取决于各个相的性能、相对数量、形状、大小及分布情况。在常用的合金中，合金结构可以是单相固溶体，也可以是金属化合物，大多是固溶体和金属化合物的机械混合物。上一