汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固.ppt

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汽车工程材料 第二章 材料的组织结构与凝固

第一章 材料的性能 材料的性能 第二章 材料的组织结构与凝固 材料的性能与什么有关呢? 材料的原子(离子或分子)在三维空间排列方式为组织结构 对于固体物质,根据其原子(离子或分子)排列方式的不同分为晶体与非晶体两大类。 材料的原子排列不同,就会具有不同的物理、化学和力学性能 ?晶体:具有固定的熔点和各向异性的特征; 常见的金属一般都是晶体。 ?非晶体:没有固定的熔点,且各向同性。 如:塑料、橡胶、玻璃等。 第一节 纯金属学的晶体结构与结晶 一、纯金属的晶体结构 1、晶体结构:晶体中原子(离子或分子)在空间的排列方式 2、晶体结构的基本知识 ?(1)晶格:抽象的、用于描述原子在晶体中排列方式的几何格架称为晶格。 ?(2)晶胞:通常从晶格中取出一个能够反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。 ?(3)晶格常数:a、b、c(棱边长度)、α、β、γ(棱边夹角) 晶胞棱边的长度称为晶格常数 3、常见金属的晶格类型? ?(1)体心立方晶格:属于这类晶格的金属有铁( α-Fe )、铬、 钨、钼、钒等。 特点:这类金属塑性较好。 ?(2)面心立方晶格:属于这类晶格的金属有铁( γ-Fe )、铝、 铜、镍等。 特点:这类金属塑性优于具有体心立方晶格的金属。 ?(3)密排六方晶格:属于这类晶格的金属有镁、锌、铍等。 特点:这类金属通常较脆。 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 除上述三种最常见的晶格以外,在黑色金属中还存在有正方晶格(淬火马氏体)、斜方晶格(渗碳体)等一些较复杂的晶格。当金属的晶格类型改变时,其晶体结构就不同,金属的各种性能也会发生相应的变化。 3. 实际的金属晶体结构 4. 晶体的特性 ?晶体:具有固定的熔点和各向异性的特征; 常见的金属一般都是晶体。 ?非晶体:没有固定的熔点,且各向同性。 如:塑料、橡胶、玻璃等。 5. 晶体缺陷 (1) 点缺陷 点缺陷 线缺陷 面缺陷 二、纯金属的结晶与同素异构转变 ?结晶:是指金属由液态转变为固态的过程。 ?、1.纯金属的冷却曲线与结晶原理 纯金属的结晶是在一定的温度下进行的。 ?过冷现象: TnT0 ?过冷度:ΔT= T0 –Tn 如纯铜的冷却曲线 金属结晶原理 晶体结晶时,只有达到一定的过冷度,才能获得足够的能量差,在液态金属中生成晶核,使结晶得以顺利进行。 2. 纯金属结晶过程 金属的结晶过程是一个形核及晶核长大的过程 纯金属结晶过程示意图 3. 金属晶粒大小的控制 金属结晶时,晶粒的大小直接影响着材料的金属性能。一般来讲,晶粒细小的金属具有较佳的综合力学性能(既具有较高的强度和硬度,又有良好的塑性和韧性)。 不同晶粒大小纯铁的力学性能 ?4、金属的同素异构转变 ?概念:在固态下,随温度变化,其晶格类型会发生变化,这种现象称为同素异构现象。 常见的金属有:铁、钴、锡、钛等。 ?纯铁的同素异构转变过程 ?同素异构转变也是一种结晶过程。为区别液态金属的结晶,一般称为重结晶。铁的同素异构转变是钢铁进行热处理的依据。 ?纯铁的的冷却曲线 5. 金属的铸态组织 典型的铸锭结构示意图 为了获得柱状晶结构,可采用定向结晶的方法。具有细长柱状晶的铝镍钴永磁合金即是用这种方法生产的。 等轴晶粒区的性能均匀、各向同性,没有脆弱面,正是钢铁铸件所要求的结构。 实际铸件的结构中主要存在有缩孔、疏松、气孔、区域偏析和非金属夹杂物等缺陷,会影响铸件的性能,应在生产中尽量予以避免 ?学习小结 1、理解金属学相关的基本概念,掌握常见金属晶格的类型? 2、掌握金属的相及纯铁的同素异构转变? 3、掌握金属的铸态组织和生产中如何细化晶粒? 复习 填空题 选择题 1.铸造条件下,冷却速度越大,则 . A.过冷度越大,晶粒越细; B.过冷度越大,晶粒越粗; C .过冷度越小,晶粒越细; D.过冷度越小,晶粒越粗 2 .金属在结晶时,冷却速度越快,其实际结晶温度 . A.越高 B .越低 C.越接近理论结晶温度 D.不能确定 3 .如果其他条件相同,下列各组铸造条件下,哪种铸锭晶粒细? 第一组:A.砂型铸造 B.金属模铸造 第二组:A .高温浇注 B.低温浇注 第三组:A.铸成薄片 B.铸成厚片 第四组:

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