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第5章 汽车常用材料 汽车材料是生产汽车以及汽车在运行过程中所用到的材料，按用途可分为： 汽车工程材料： 金属材料 非金属材料 汽车运行材料： 燃料 润滑油 工作液 5.1 金属材料 工业上，通常将金属材料分为黑色金属和有色金属两大类： 黑色金属是指钢铁材料； 有色金属是指除钢铁材料以外的其他所有金属材料，如铜、铝、镁、钛、锡及其合金。 5.1.1 黑色金属 1.金属及合金的构造与结晶 （1）金属的晶体结构 固态物质按其内部微粒（原子、离子或分子）排列的特征，可分为晶体和非晶体两类。晶体内部的原子是按一定的几何规律做周期性排列的，如盐、冰、所有固态金属及其合金都属于晶体物质；非晶体内部的原子是杂乱无序、无规律的堆积在一起，如普通玻璃、松香、沥青、塑料等。晶体有一定的熔点，其性能随组织结构的改变而改变；非晶体没有一定的熔点，其性能在各个方向上是相同的。 5.1.1 黑色金属 1.金属及合金的构造与结晶 （1）金属的晶体结构 固态金属都属于晶体物质，其原子是按一定规律在空间紧密堆积在一起。金属晶体中原子或离子按一定规则排列而成的空间几何图形，称为晶格。 5.1.1 黑色金属 绝大多数金属的晶体结构类型都属于以下三种晶格类型： ①体心立方晶格 ②面心立方晶格 ③密排六方晶格 5.1.1 黑色金属 大多数金属在结晶后晶格类型是不变的，但有少数金属（如铁、锡、钛、锰等）结晶后，在不同的温度时，具有不同的晶格结构。这种金属在固态下，晶格结构随温度发生变化的现象，称为金属的同素异晶转变。 5.1.1 黑色金属 如图所示为纯铁的冷却曲线（冷却时，温度随时间变化的关系曲线），液态纯铁缓冷到1538℃时，结晶为体心立方的铁，称为δ-Fe；继续冷却到1394℃时，发生同素异晶转变，转变为面心立方的铁，称为γ-Fe；继续冷却到912℃时，又发生同素异晶转变，转变为体心立方的铁，称为α-Fe。 5.1.1 黑色金属 实际应用的金属材料，其晶粒内原子的排列也只是大体上一致，其中不一致的原子排列称为晶体缺陷。按几何特征，晶体缺陷可分为以下三种 ： ①点缺陷 ②线缺陷 ③面缺陷 5.1.1 黑色金属 （2）金属的结晶 金属制品一般都要经过熔化、浇铸的工序。金属由液态转变为固态（晶体）的过程，称为结晶。 金属结晶后晶粒的大小对金属的力学性能和化学性能都有很大的影响。晶粒越细小，不但其强度、硬度高，而且塑性、韧性也越好。因此，生产中，为改善金属的机械性能，都希望得到细晶粒组织。 在生产中，常用细化晶粒的方法有以下4种： ①增加冷却速度。 ②变质处理。 ③附加振动。 ④降低浇注速度。 5.1.1 黑色金属 （3）合金的基本相结构 1）基本概念： 合金：是指将两种或两种以上金属或金属与非金属熔合在一起，获得具有金属特性的一类物质。 组元：是组成合金最基本的、能独立存在的物质。 合金系：是指组元一定而成分比例不同的一系列合金。 相：是指合金中成分相同、结构相同，并与其他部分有明显界面分开的均匀组成部分。 5.1.1 黑色金属 （3）合金的基本相结构 2）合金的相结构： ①固溶体 ②金属化合物 ③机械混合物 5.1.1 黑色金属 （4）合金的结晶 合金的结晶过程遵循纯金属结晶的基本规律，但由于合金成分中包含有两个以上组元，其结晶过程和组织与纯金属相比较有以下区别： 1）合金结晶不在恒温下进行，而是在一定温度范围内进行。 2）合金在结晶过程中，在不同温度范围内存在着不同数量的相，且各相成分也会发生变化。 3）同一合金系，因成分不同，其组织也不同。即使是同一成分的合金，其组织也会随温度不同而发生变化。 5.1.1 黑色金属 2. 铁碳合金基本组织： 在铁碳合金中，碳既能与铁形成金属化合物，又能溶入铁中形成固溶体。铁碳合金基本相为固溶体和金属化合物。 （1）铁素体（F）。它是碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，用F表示。由于体心立方晶格的间隙小，因此，溶碳能力很小，在727℃时，其溶碳量最大可达0.0218％，在室温时降至0.008％。铁素体的性能与纯铁相似，具有良好的塑性、韧性，但强度、硬度较低。一般铁素体硬度约为80HBS，伸长率为30％～50％。 5.1.1 黑色金属 2. 铁碳合金基本组织： （2）奥氏体（A）。它是碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，用A表示。由于面心立方的间隙比体心立