汽車工程材料 第二章 材料的組織結構與凝固ppt課件

1、資料的性能運用性能工藝性能力學性能化學性能物理性能鑄造性能鍛造性能焊接性能切削加工性能熱處置性能資料的運用性能:決議了資料的運用范圍、平安可靠性和運用壽命；是材及其驗收的根據(jù)資料的工藝性能:直接影響著零部件的質量；第一章 資料的性能第二章 資料的組織構造與凝固資料的性能與什么有關呢?資料的原子離子或分子在三維空間陳列方式為組織構造對于固體物質，根據(jù)其原子離子或分子陳列方式的不同分為晶體與非晶體兩大類。原子離子或分子在三維空間呈無規(guī)那么陳列的資料那么為非晶體資料。如石蠟、松香及汽車工程中運用的塑料、玻璃、橡膠等。原子離子或分子在三維空間呈有規(guī)那么陳列的資料那么為非晶體資料。在汽車所采用的固態(tài)金屬

2、資料屮，由于構成固態(tài)金屬的金屬離子在空間呈有規(guī)那么的陳列，因此固態(tài)金屬均為晶體資料。資料的原子陳列不同，就會具有不同的物理、化學和力學性能晶體：具有固定的熔點和各向異性的特征； 常見的金屬普通都是晶體。 非晶體：沒有固定的熔點，且各向同性。 如：塑料、橡膠、玻璃等。凝固：物質由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程結晶：晶體資料的凝固過程第一節(jié) 純金屬學的晶體構造與結晶一、純金屬的晶體構造1、晶體構造：晶體中原子離子或分子在空間的陳列方式 2、晶體構造的根本知識 1晶格：籠統(tǒng)的、用于描畫原子在晶體中陳列方式的幾何格架稱為晶格。 2晶胞：通常從晶格中取出一個可以反映晶格特征的最小幾何單元稱為晶胞。 3晶格常數(shù)：a

3、、b、c(棱邊長度)、(棱邊夾角) 晶胞棱邊的長度稱為晶格常數(shù)3、常見金屬的晶格類型 1體心立方晶格：屬于這類晶格的金屬有鐵 -Fe 、鉻、 鎢、鉬、釩等。 特點：這類金屬塑性較好。 2面心立方晶格：屬于這類晶格的金屬有鐵 -Fe 、鋁、 銅、鎳等。 特點：這類金屬塑性優(yōu)于具有體心立方晶格的金屬。 3密排六方晶格：屬于這類晶格的金屬有鎂、鋅、鈹?shù)取?特點：這類金屬通常較脆。bacxyz晶 胞xyz晶 格簡單立方晶體表示圖體心立方晶格金屬有鐵 -Fe 、鉻、鎢、鉬、釩等面心立方晶格金屬有鐵 -Fe 、鋁、銅、鎳等密排六方晶格金屬有鎂、鋅、鈹?shù)瘸鲜鋈N最常見的晶格以外，在黑色金屬中還存在有正方晶

4、格淬火馬氏體、斜方晶格滲碳體等一些較復雜的晶格。當金屬的晶格類型改動時，其晶體構培育不同，金屬的各種性能也會發(fā)生相應的變化。3. 實踐的金屬晶體構造單晶體的原子陳列的位向或方式都是一致的。工程上所用的金屬資料絕大多數(shù)由許多微小的單晶體構成的多晶體4. 晶體的特性晶體：具有固定的熔點和各向異性的特征； 常見的金屬普通都是晶體。 非晶體：沒有固定的熔點，且各向同性。 如：塑料、橡膠、玻璃等。5. 晶體缺陷(1) 點缺陷(2) 線缺陷(3) 面缺陷在實踐晶體中，由于原子的熱振動、雜質原子的摻人以及其他外界要素的影響，原子陳列并非完好無缺，而是存在著各種各樣的晶體缺陷。晶體缺陷對金屬的性能會產(chǎn)生很大的

5、影響。使資料的密度發(fā)生變化，電阻率增大，強度硬度提高塑性降低，強度、硬度提高容易產(chǎn)生部分熔化，塑性降低，耐蝕性降低點缺陷間隙原子空位晶格中出現(xiàn)晶格空位和存在間隙原子，使晶格不能堅持芷常陳列形狀的缺陷線缺陷刃型位錯螺型位錯晶格中的某處有一列或假設干列的原子發(fā)生了某些有規(guī)律的錯排引起位錯面缺陷晶界原子陳列雜亂亞晶界的系列位錯晶界、亞晶界在三維空間中一個方向上尺寸很小，另二個方向上尺寸較大的缺陷二、純金屬的結晶與同素異構轉變純金屬冷卻曲線 結晶：是指金屬由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程。、1.純金屬的冷卻曲線與結晶原理 純金屬的結晶是在一定的溫度下進展的。 過冷景象： Tn2.11%的鐵碳合金，緩冷至此線，均

6、發(fā)生共晶轉變，生成 LdWc0.0218%的鐵碳合金，緩冷至此線，均發(fā)生共析轉變，生成 P碳在A中的溶解度曲線。當 Wc 0.77%的鐵碳合金，由高溫緩冷時，從A中析出Fe3C的開場線，此時生成Fe3C 。它還是緩慢加熱時，二次滲碳體溶入A的終了溫度線。簡化的鐵碳合金相圖液相線ACD線固相線AECF線共晶線 ECF線共析線A1線PSK線 Acm線ES線A3線GS線共析鋼結晶動畫鐵碳合金相圖的特點五個1、兩個單相之間是雙相；2、單相區(qū)的成份即相的成份；3、程度線為三相區(qū)；4、共晶點C的熔點低，流動性好，適宜鑄造；5、單相區(qū)A的塑性好，適宜鍛造。工業(yè)純鐵亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵亞共

7、析鋼共析鋼過共析鋼鐵碳合金動畫共析鋼結晶動畫三、典型鐵碳合金的結晶過程1.結晶過程 1亞共析鋼： Wc0.77% 4亞共晶白口鑄鐵： 2.11% Wc4.3% 5共晶白口鑄鐵： Wc=4.3% 6過共晶白口鑄鐵： 4.3% Wc6.69%LL+A A F+A F+PLL+A A PLL+A A A +Fe3CP +Fe3CLL+A A +Fe3C+LdP +Fe3C+LdLLd LdLL+ +Fe3C Ld +Fe3CFe3C+Ld工業(yè)純鐵亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼鐵碳合金動畫共析鋼結晶動畫2.鐵碳合金相圖各相區(qū)的組織 1工業(yè)純鐵：Wc0.0218%，其顯微

8、組織為 。 2鋼： Wc=0.0218%2.11%，碳的含量不同，可分為： 亞共析鋼： Wc0.77%，組織是 3)白口鑄鐵: Wc=2.11%6.69%，碳的含量不同，可分為： 亞共晶白口鑄鐵： 2.11% Wc4.3%，室溫組織是 共晶白口鑄鐵： Wc=4.3%，組織是 過共晶白口鑄鐵： 4.3% Wc6.69%， 組織是F+PPP+Fe3C P+Fe3C+Ld Ld Fe3C+Ld F+Fe3C工業(yè)純鐵亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼鐵碳合金動畫共析鋼結晶動畫 3、鐵碳合金的成分、組織和性能間的關系(1)碳的質量分數(shù)與平衡組織間的關系 室溫時,含碳量的添加,

9、F的相對含量減少, Fe3C的相對量增多， Fe3C的外形和分布也有所不同。 室溫時，隨含碳量添加，鐵碳合金組織變化如下：(2)含碳的量與力學性能的關系: 當WC0.9%時，網(wǎng)狀滲碳體不僅使鋼的塑性、韌性進一步降低，而且強度也明顯下降。 故工業(yè)上運用的鋼WC0.6%-高碳鋼(2)在熱處置方面的運用：鐵碳合金相圖是制定熱處置工藝的重要根據(jù)。 (3)在鑄造方面的運用：由鐵碳合金相圖可知，共晶成分附近的合金，結晶范圍小，故流動性好，分散縮孔少，偏析小，是鑄造性能良好的合金。(4)在鍛造方面的運用：鋼在室溫時是 ，塑性差，變形困難。加熱到單相奧氏體形狀，可獲得良好的塑性，易于鍛壓成形。 (5)在焊接方

10、面的運用：由鐵碳合金相圖可知，溫度不同冷卻后組織、性能就不同，需求經(jīng)過焊接后熱處置來調整和改善。F和Fe3C兩相組成鐵碳合金相圖在選材方面的運用需用塑性、沖擊韌度好的資料，選用碳質量分數(shù)較低的鋼材。各種機械零件需求強度、塑性及沖擊韌度都較好的資料，應選用碳質量分數(shù)適中的中碳鋼。各種工具要用硬度高和耐磨性好的資料，那么選碳質量分數(shù)高的鋼種。純鐵的強度低，不宜用做構造資料，但由于其導磁率高可做軟磁資料運用，例如做電磁鐵的鐵芯等.白口鑄鐵硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但其耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用于要求耐磨、不受沖擊、外形復雜的鑄件，如拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機的磨球等。思索

11、：捆綁用的鋼絲選用什么資料？起吊鋼絲繩用的鋼絲選用什么資料？鐵碳合金相圖在鑄造工藝方面的運用確定合金的澆注溫度。澆注溫度普通在液相線以上50100。從相圖上可看出，純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好，它們的凝固溫度區(qū)間最小，因面流動性好，分散縮孔少，可以獲得致密的鑄件，所以鑄鐵在消費上總是選在共晶成分附近。碳質量分數(shù)在0.15%0.6之間，鋼的結晶溫度區(qū)間較小，鑄造性能較好。對于外形復雜的鋼件，通常用鑄造方法消費毛坯。鐵碳合金相圖在鍛造方面的運用鋼處于奧氏體形狀時強度較低，塑性較好，因此鍛造或軋制選在單相奧氏體區(qū)內進展。鍛造或軋制溫度控制在固相線以下100200范圍內，溫度高時，鋼的變形抗力小，

12、節(jié)約能源，設備要求的噸位低，但溫度不能過高，防止鋼材嚴重燒損或發(fā)生晶界熔化過燒。終鍛、終軋溫度不能過低，以免鋼材因塑性差而發(fā)生鍛裂或軋裂。亞共析鋼熱加工終止溫度多控制在GS線以上一點，防止變形時出現(xiàn)大量鐵素體，構成帶狀組織而使韌度降低。過共析鋼變形終止溫度應控制在PSK線以上一點，以便把呈網(wǎng)狀析出的二次滲碳體打碎。終鍛、終軋溫度不能過高，否那么晶粒粗大，影響性能。普通始鍛造溫度為11501250，終鍛造溫度為750850鐵碳合金相圖在熱處置方面的運用根據(jù)鐵碳合金相圖，確定各熱處置的加熱溫度。想一想P49根據(jù)鐵碳合金相圖，闡明產(chǎn)生以下景象的緣由：1C=0.9%的鋼比C=0.45%的鋼的硬度高。2鋼能進展鑄造，鑄鐵不能鍛造。在運用F