第2章钢铁材料及其在汽车上的应用.ppt

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第第2章章钢铁材料及其在汽车上的应用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；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；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；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。

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教学目的和要求教学目的和要求教学目的和要求教学目的和要求晶格、晶胞，常见金属的晶格类型，晶体缺陷；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；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，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，相图中的点线的含义，合金组织，成分和温度的变化规律，铁碳相图的应用；成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；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；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；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。

铸铁的分类，铸铁的石墨化，各种铸铁的性能、牌号和用途。

教学内容摘要教学内容摘要教学内容摘要教学内容摘要金金属属晶晶格格结结构构、组组织织和和特特点点，常常用用金金属属材材料料的的性性能能及及其用途。

其用途。

教学重点、难点教学重点、难点教学重点、难点教学重点、难点教学方法和使用教具教学方法和使用教具教学方法和使用教具教学方法和使用教具讲授、现场教学、课件。

讲授、现场教学、课件。

4学时。

学时。

教学时间教学时间教学时间教学时间金属材料的基本知识金属材料的基本知识金属材料的基本知识金属材料的基本知识钢铁材料钢铁材料钢钢（含碳量小于（含碳量小于2.11%的铁碳合金）的铁碳合金）铸铁铸铁（含碳量大于（含碳量大于2.11%的铁碳合金）的铁碳合金）根据含碳量的不同分为根据含碳量的不同分为钢铁材料的生产方式钢铁材料的生产方式炼钢炼钢炼铁炼铁钢材生产钢材生产钢材种类钢材种类型材型材：

圆钢、方钢、扁钢、六角钢、角钢、槽钢、螺纹钢等圆钢、方钢、扁钢、六角钢、角钢、槽钢、螺纹钢等板材板材：

中厚钢板、薄钢板、钢带和硅钢片中厚钢板、薄钢板、钢带和硅钢片管材管材：

无缝钢管和焊接钢管（又称有缝钢管）无缝钢管和焊接钢管（又称有缝钢管）线材线材：

直径为直径为69mm的圆钢和直径在的圆钢和直径在10mm以下的螺纹钢以下的螺纹钢金金属属材材料料在在不不同同的的使使用用场场合合下下，所所要要求求的的力力学学性性能能、物物理理性性能能、化化学学性性能能以以及及工工艺艺性性能能各各不不相相同同。

虽虽然然都都是是金金属属材材料料，不不同同成成分分和和不不同同状状态态下下的的性性能能差差异异也也非非常常大大。

造造成成金金属属材材料料性性能能差差异异的主要原因是由于金属材料内部结构的不同。

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金属的晶体结构与结晶非晶体非晶体中的质点，是杂乱无章地堆积在一起，无规则可循。

中的质点，是杂乱无章地堆积在一起，无规则可循。

2.1.12.1.1晶体及其特点晶体及其特点晶体及其特点晶体及其特点根据内部原子堆积的情况根据内部原子堆积的情况固态物质固态物质分类分类晶体晶体：

如纯铝、纯铁、纯铜等：

如纯铝、纯铁、纯铜等非晶体：

非晶体：

玻璃、沥青、松香、石蜡等玻璃、沥青、松香、石蜡等晶体晶体中的原子或分子，在三维空间中是按照一定的几何规中的原子或分子，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。

则作周期性地重复排列。

晶体和非晶体的晶体和非晶体的根本区别根本区别晶体具有规则的外形。

晶体具有规则的外形。

晶体具有固定的熔点。

晶体具有固定的熔点。

晶体具有各向异性。

晶体具有各向异性。

晶体的特点晶体的特点2.1.22.1.2金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六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2.1.32.1.3金属实际的晶体结构金属实际的晶体结构金属实际的晶体结构金属实际的晶体结构单晶体单晶体单晶体单晶体单晶体多晶体多晶体多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。

晶格空位晶格空位置换原子置换原子间隙原子间隙原子点缺陷点缺陷点缺陷点缺陷点缺陷是指长、宽、高尺寸都很小的缺陷。

点缺陷是指长、宽、高尺寸都很小的缺陷。

常见的点缺陷常见的点缺陷刃型位错（刃型位错（a）螺形位错螺形位错（b）线缺陷线缺陷线缺陷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，即发生了所形成的线形缺陷区，即发生了“位错位错”。

常见的线缺陷常见的线缺陷面缺陷面缺陷面缺陷面缺陷面缺陷是在两个方向的尺寸很大，第三个方向的尺寸面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。

很小而呈面状的缺陷，主要指晶界和亚晶界。

2.1.42.1.4合金的晶体结构合金的晶体结构合金的晶体结构合金的晶体结构基本概念基本概念基本概念基本概念合金合金合金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。

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。

组元组元组元组元简称元，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。

二元合金、三元合金或多元合金等。

合金系合金系合金系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。

成分的合金。

相相相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。

部分。

组织组织组织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。

定材料最终性能的关键。

固态合金的相结构固态合金的相结构固态合金的相结构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。

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。

固溶体固溶体金属化合物金属化合物置换固溶体间隙固溶体指由合金中各组元指由合金中各组元的原子按一定比例相互的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。

具有金属特性的物质。

2.1.52.1.5金属的结晶金属的结晶金属的结晶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，则这种凝固又称态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体，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）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。

过渡到按照一定的几何形状作有秩序排列（固态）的过程。

结晶的定义结晶的定义结晶的定义结晶的定义Tn实际结晶温度TO理论结晶温度过冷度Tm熔点金属冷却曲线金属冷却曲线金属冷却曲线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的，其中总有一些固态杂质存在，在结晶时，晶核大多依附在不是很纯的，其中总有一些固态杂质存在，在结晶时，晶核大多依附在这些固态杂质表面上形成。

这些固态杂质表面上形成。

金属的结晶过程金属的结晶过程金属的结晶过程金属的结晶过程2.2铁铁碳碳合合金金铁碳合金是以铁和碳为基本组元的合金，它是现代机械工业中应铁碳合金是以铁和碳为基本组元的合金，它是现代机械工业中应用最广泛的金属材料。

要合理地选择铁碳合金，就必须熟悉铁碳合金用最广泛的金属材料。

要合理地选择铁碳合金，就必须熟悉铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系。

的成分、组织和性能之间的关系。

铁碳合金中含有质量分数为铁碳合金中含有质量分数为0.10%0.20%的杂质，称之为的杂质，称之为工业纯铁。

工业纯铁虽然塑性、导磁性良好，但强度较低，不适工业纯铁。

工业纯铁虽然塑性、导磁性良好，但强度较低，不适宜制作机械零件。

为了提高纯铁的强度、硬度，常在纯铁中加入宜制作机械零件。

为了提高纯铁的强度、硬度，常在纯铁中加入少量碳元素，可形成等五种基本组织。

少量碳元素，可形成等五种基本组织。

2.2.12.2.1铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体2.2.22.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图表2-1FeFe3C相图中的特性点符号温度（）含碳量（%）说明A15380纯铁的熔点C11484.30共晶点D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在-Fe中的最大溶解度F11486.69渗碳体的成分点G9120-Fe与-Fe同素异构转变点K7276.69Fe3C的成分点P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点Q600（室温）0.0057（0.0008）600（或室温）时碳在-Fe中的溶解度通常根据铁碳合金含碳量和室温组织的特点，由FeFe3C相图中的P点和E点将铁碳合金分为工业纯铁、钢及白口铸铁三类。

工业纯铁工业纯铁是指P点以左的铁碳合金（含碳量小于0.0218%），室温组织为铁素体+少量三次渗碳体。

工业纯铁的性能特点是塑性韧性好，硬度和强度较低。

钢钢是指高温固态组织为单相固溶体的一类铁碳合金，相图中P点成分与E点成分之间的铁碳合金（含碳量0.0218%2.11%），具有良好的塑性，适于锻造、轧制等压力加工，