第2章金属材料的基础知识
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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 同成分的合金。
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 成部分。按照相的形态划分，分为液相和固相。固态合金中的相 结构，分为固溶体和金属化合物。
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。
金属材料的基本知识
金属材料在不同的使用场合下，所要求的力 学性能、物理性能、化学性能以及工艺性能各 不相同。虽然都是金属材料，不同成分和不同 状态下的性能差异也非常大。造成金属材料性 能差异的主要原因是由于金属材料内部结构的 不同。
2.1 金属材料的基础知识
按照物质原子在三维空间排列方式的不同， 材料可分为晶体材料与非晶体材料两大类。
3）面缺陷
面缺陷是指晶体中有一维空间方向上尺寸 很小，另外两维方向上尺寸较大的缺陷。这类 缺陷主要是指晶界和亚晶界。
晶界和亚晶界处区域内的原子排列不整齐， 偏离其平衡位置，产生晶格畸变。
面缺陷对金属的塑性变形起着阻碍的作用， 强度、硬度较晶内高。因此金属内部的晶粒越 细小，晶界就越多，强度和硬度就越高。
（2）金属的实际晶体结构
在理想状态下，金属的晶体结构是原子排 列的位向或方式完全一致的晶格，这种晶体称 为单晶体。
单晶体需要通过特殊的方法才能获得，例 如生产半导体元件的单晶硅、单晶锗等。
单晶体在不同方向上具有不同性能的现象 称为各向异性。
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成 的晶体。
晶粒：多晶体是由许多微小的单晶体 构成的，这单晶体称为晶粒。
液体
2.1.1 纯金属的晶体结构与结晶
纯金属是指仅由同一种金属元素组成的金属。 汽车中的各种导电体、传热器等大多由纯铜、 纯铝等纯金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。
1.纯金属的晶体结构与结晶 晶体中原子（离子或分子）的空间排列方式称
为晶体结构。为了便于描述晶体结构，通常将每一 个原子抽象为一个点，再把这些点用假想的直线连 接起来，构成有一定规律、按一定几何规则排列的 空间格架，称为晶格。
2)面心立方晶格（FCC晶格）
金属原子除占据 立方体的八个顶角外， 立方体的六个面的中 心也各有一个金属原 子。此类晶格金属有 铝(Al)、铜(Cu)、镍 (Ni)、铅(Pb)和γFe等（温度在 1394℃～912℃纯铁)。
3)密排六方晶格（HCP晶格）
密排六方晶格的 晶胞呈正六棱柱体， 柱体的12个顶角及上 下表面中心各有1个原 子，晶体内部还有按 等边三角形分布的3个 原子。此类晶格金属 有铍(Be)、镁(Mg)、 锌(Zn)、镉(Cd)等。
工程上采用的金属材料绝大多数 是多晶体。
晶界：晶粒与晶粒之间的交界区称为 晶界。
由于晶界上原子的排列是不同 位向的晶粒的过渡状态，因而晶界 上原子排列较不规则。试验证明， 每一个晶粒内的晶格位向也并非完 全一致，但这些位向相差很小，形 成亚晶界。
晶粒
晶界
在实际金属结晶过程中，由于原子的热振 动、杂质原子的掺入以及其他外界因素的影响， 原子排列不可避免的或多或少存在着偏离规则 排列的区域，这就是晶体缺陷。
而成的、其晶格类型和特性完全不同于原来任 一组元的固态物质，也称为中间相。
其晶体结构不同于组成元素的晶体结构， 而且其晶格一般都比较复杂。其性能特点是熔 点高、硬度高、脆性大。例如铁碳合金中的 Fe3C。
金属化合物是许多合金的重要组成相，可 提高其合金的强度、硬度、耐磨性，而降低塑 性和韧性。所以常用金属化合物来强化合金， 这种强化方式称为第二相强化或弥散强化，是 金属材料的重要强化方法之一。
固溶体是指组成合金的组元在固态下相互溶 解，形成均匀一致且晶体结构与组元之一相同的 固态合金。
组成固溶体的组元分为溶剂与溶质两种。通 常把形成固溶体后其晶格类型依旧保持不变的组 元称为溶剂，而溶入溶剂中、其晶格消失的组元 称为溶质。
固溶体
根据固溶体晶格中溶质原子在溶剂晶格中 占据的位置不同，分为置换固溶体和间隙固溶 体两种。如下图所示。
钢铁材料
铸铁（含碳量大于2.11%的铁碳合金）
根据含碳量的不同分为 钢（含碳量小于等于2.11%的铁碳合金）
钢铁材料的生产方式
炼铁 炼钢 钢材生产
钢材种类
型材：圆钢、方钢、扁钢、六角钢、角钢、槽钢、螺纹钢等 板材：中厚钢板、薄钢板、钢带和硅钢片 管材：无缝钢管和焊接钢管（又称有缝钢管） 线材：直径为6～9mm的圆钢和直径在10mm以下的螺纹钢
（2）金属铸锭的结构
金属结晶时，由于表面和中心的结晶条件不同，铸 件的结构是不均匀的。从铸锭的剖面来看，明显地分 为三个各具特征的晶区：表面细晶粒区、中间的柱状 晶粒区和中心粗大等轴晶粒区。
汽车材料 第一章
（3）结晶晶粒大小及控制
金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬 度愈高，塑性、韧性也愈好。铸造生产中为了 得到细晶粒的铸件，常采取控制过冷度、变质 处理、振动处理等几种方法。
● 晶体结构
原子（离子）的刚球模型
原子中心位置
晶胞：由晶格中取出的，能完整反映出晶格排列 特征的最小几何单元称为晶胞。
晶胞的基本特征可以反映出晶体结构的特点。 人们研究金属的晶格结构，一般都是取出晶胞来研 究的。
晶格常数： 晶胞的大小和形状可用晶胞的棱边长
度a、b、c和三条棱边之间的夹角α、β、 γ等六个参数来表示和度量。
（3）机械混合物及组织
当组成合金的各组元在固态下既互不溶解， 又不形成化合物，而是按一定的重量比例以混 合方式存在着，就形成各组元晶体的机械混合 物。组成机械混合物的物质可能是纯组元、固 溶体或者是化合物各自的混合物，也可以是它 们之间的混合物。
由两种以上组元、固溶体或金属化合物机 械混合在一起形成的多相组织称机械混合物。
1. 合金的晶体结构
合金之所以比纯金属性能优越主要是由于合 金的内部结构不同于纯金属。合金的内部结构 比较复杂，但根据各元素在结晶时相互作用的 不同可以把它们归纳为三种：
（1）固溶体 （2）金属化合物 （3）机械混合物
（1）固溶体
固溶体就是在固态下两种或两种以上的物质 互相溶解构成的单一均匀的物质。例如，铜镍合 金就是以铜(溶剂)和镍(溶质)形成的固溶体，固 溶体具有与溶剂金属同样的晶体结构。
绝大多数工业用合金都是混合物，它们的 性能决定于组成混合物各部分的性能，以及它 们的形态、大小和分布。
2.合金的结晶
表示平衡条件下给定合金系中的合金的成份、 温度与其相和组织状态之间关系的坐标图形， 称为合金相图。
相图（状态图）是以温度为纵坐标，以成 份为横坐标，表明不同成份合金的结晶过程的 简明图形。
• 纯铁
纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料。
由于有高的磁导率，可作为电工材料用于各种铁芯。 同素异构转变：金属在温度（压力）改变时发生晶 体结构变化的现象。
\℃
1538 温 1394 度
δ-Fe
γ-Fe
912
α-Fe
室温
时间/s
液相
体心立方
面心立方 体心立方
铁与碳形成具有 复杂晶格的稳定 间隙化合物Fe3C
晶体缺陷类型： 1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子 2）线缺陷：位错 3）面缺陷：晶界与亚晶界
1)点缺陷
晶体中的原子总是在某一位置上作热振动。 温度升高时，动能特别高的原子就要脱离周围 原子的束缚，可能进入别的晶格间隙处成为 “间隙原子”或跑到金属表面上去。而原来的 位置成为没有原子的“空位”。
硬度很高 脆性大，塑性和韧性极低
碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体----铁素体
强度、硬度低 塑性、韧性好
碳溶解在γ-Fe中形成的间 隙固溶体----奥氏体
有一定的强度和硬度，塑性也很好
铁素体和渗碳体组成 的机械混合物----珠光体
综合力学性能较好
以渗碳体为基体上分布着 奥氏体----莱氏体
晶体 —— 内部质点（原子、离子或分子）在 三维空间呈有规则的、周期性的、重复排列的材料 。如纯铝、纯铁、纯铜等。
非晶体 —— 内部质点（原子、离子或分子）在 三维空间呈无规则排列的材料，也称为“过冷液体” ，如玻璃、沥青、松香、石蜡等。
晶体:固态金属
金刚石、NaCl、冰 等。
非晶体：蜂蜡、玻璃等。
置换固溶体
间隙固溶体
置 换 固 溶 体
Z
Z 置换原子
间 隙 固 溶 体
间隙原子
Y Y
X X
晶格畸变
小原子置换引起的 晶格畸变
间隙原子引起的 晶格畸变
固溶强化
这种通过加入溶质元素形成固溶体，使合金强度和硬度升高 的现象称为固溶强化。固溶强化是提高合金机械性能的重要途 径之一。
正常晶格
晶格畸变
（2）金属化合物 金属化合物是指由合金组元之间相互化合
1．匀晶相图
2．共晶相图
3．共析相图
2.1.3 铁碳合金相图
碳钢和铸铁是现代汽车工业极为重要的金属 材料，实际上，它们都属于以铁和碳两个组元 组成的合金，称为铁碳合金。反映平衡条件下 铁碳合金的组织随含碳量和温度变化的一般规 律的相图称为铁碳相图（或铁碳状态图、FeFe3C相图）。
1．铁碳合金的组成相
度 T0与开始结晶温度Tn之差叫做过冷度，用 △T表示，即△T= Tn– T0，过冷度△T与冷却速 度是密切相关的，冷却速度越大，△T越大，冷
却速度越小，△T越小。
液态金属的结晶过程分为两个阶段，即晶核形成与 核长大的过程。当液态金属结晶时，首先在液体中形 成一些极微小的晶体（称为晶核），然后再以它们为 核心不断以树枝状方式长大。在这些晶核长大的同时， 又出现新的晶核并逐渐长大，直至液体金属消失，全 部凝固为固态金属。
第2章 钢铁材料
本章导入
1.金属材料是现代汽车制造业应用最为广泛的材料。 金属材料分为黑色金属（钢铁材料）和有色金属。 汽车上各种结构零件，钢铁材料约占80%。 2. 汽车工程材料不断向轻量化发展，各种新的汽 车工程材料相继被推出并应用于汽车工业之中。
3.本章重点介绍钢铁材料的性能、结构、牌号。
金属材料的基本知识
（3）晶体的特征
1）晶体具有固定的熔点和凝点
2）晶体具有各向异性
由于实际金属是由多个位向各异的晶粒所组 成的多晶体，尽管每个晶粒本身具有各向异性特 性，但是由于各个晶粒的位向都是散乱无序分布 的，对于整个多晶体来说，晶粒间的性能在各个 方向上相互影响，再加上晶界的作用，则各向异 性表现不明显，这种现象称为多晶体的伪各向同 性。
2.纯金属的结晶
（1）纯金属的结晶过程
纯金属的 结晶过程基本 是在恒定的温 度下进行的， 其结晶过程的 冷却曲线如图 所示。
T0为纯金属的凝（熔）点，又称为理论结 晶温度。当液态金属缓慢冷却到T0时，纯金属 开始发生结晶。在实际生产中，液态金属的冷
却速度相对较快，其实际开始结晶的温度Tn略 低于T0。液态金属在冷却到理论结晶温度T0以下 还未结晶的现象，称为过冷现象。理论结晶温
工程上，晶粒的大小通常用晶粒度来表示。 结晶时每个晶粒都是由一个晶核长大而成，其 晶粒度取决于形核率N和长大速度G的相对大小 。
2.1.2 合金的晶体结构及结晶
基本概念
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 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 为二元合金、三元合金或多元合金等。
各种金属元素的主要差别就在于晶格 类型和晶格常数的不同。
（1）常见金属材料的晶格类型
1)体心立方晶格（BCC 晶格）
特点是金属原子占 据着立方体的八个顶角 和中心。此类晶格金属 有铬(Cr)、钼(Mo)、 钨(W)、钒(V)和αFe(温度小于912℃纯 铁)。这类金属有相当 大的强度和较好的塑性。
空位和间隙原子的出现，使它们失去平衡 而造成晶格畸变(歪扭)。 点缺陷将会使金属材 料产生物理、化学和力学性能上的变化，如使 材料的密度发生变化，电阻率增大，强度、硬 度提高等。
2)线缺陷
线缺陷主要指由晶体中原子平面间的相互 错动（位错）而引起的晶体缺陷，其具体形式 是各种类型的位错。晶体中有一列或若干列原 子发生有规则的错排现象，这就是位错。刃型 位错是最常见的一种。位错造成的晶格的线状 畸变，极大地影响着金属材料的力学性能，对 于金属材料的塑性变形、强度、疲劳、腐蚀等 性能均有重要的影响。
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 成部分。按照相的形态划分，分为液相和固相。固态合金中的相 结构，分为固溶体和金属化合物。
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。
金属材料的基本知识
金属材料在不同的使用场合下，所要求的力 学性能、物理性能、化学性能以及工艺性能各 不相同。虽然都是金属材料，不同成分和不同 状态下的性能差异也非常大。造成金属材料性 能差异的主要原因是由于金属材料内部结构的 不同。
2.1 金属材料的基础知识
按照物质原子在三维空间排列方式的不同， 材料可分为晶体材料与非晶体材料两大类。
3）面缺陷
面缺陷是指晶体中有一维空间方向上尺寸 很小，另外两维方向上尺寸较大的缺陷。这类 缺陷主要是指晶界和亚晶界。
晶界和亚晶界处区域内的原子排列不整齐， 偏离其平衡位置，产生晶格畸变。
面缺陷对金属的塑性变形起着阻碍的作用， 强度、硬度较晶内高。因此金属内部的晶粒越 细小，晶界就越多，强度和硬度就越高。
（2）金属的实际晶体结构
在理想状态下，金属的晶体结构是原子排 列的位向或方式完全一致的晶格，这种晶体称 为单晶体。
单晶体需要通过特殊的方法才能获得，例 如生产半导体元件的单晶硅、单晶锗等。
单晶体在不同方向上具有不同性能的现象 称为各向异性。
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成 的晶体。
晶粒：多晶体是由许多微小的单晶体 构成的，这单晶体称为晶粒。
液体
2.1.1 纯金属的晶体结构与结晶
纯金属是指仅由同一种金属元素组成的金属。 汽车中的各种导电体、传热器等大多由纯铜、 纯铝等纯金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。
1.纯金属的晶体结构与结晶 晶体中原子（离子或分子）的空间排列方式称
为晶体结构。为了便于描述晶体结构，通常将每一 个原子抽象为一个点，再把这些点用假想的直线连 接起来，构成有一定规律、按一定几何规则排列的 空间格架，称为晶格。
2)面心立方晶格（FCC晶格）
金属原子除占据 立方体的八个顶角外， 立方体的六个面的中 心也各有一个金属原 子。此类晶格金属有 铝(Al)、铜(Cu)、镍 (Ni)、铅(Pb)和γFe等（温度在 1394℃～912℃纯铁)。
3)密排六方晶格（HCP晶格）
密排六方晶格的 晶胞呈正六棱柱体， 柱体的12个顶角及上 下表面中心各有1个原 子，晶体内部还有按 等边三角形分布的3个 原子。此类晶格金属 有铍(Be)、镁(Mg)、 锌(Zn)、镉(Cd)等。
工程上采用的金属材料绝大多数 是多晶体。
晶界：晶粒与晶粒之间的交界区称为 晶界。
由于晶界上原子的排列是不同 位向的晶粒的过渡状态，因而晶界 上原子排列较不规则。试验证明， 每一个晶粒内的晶格位向也并非完 全一致，但这些位向相差很小，形 成亚晶界。
晶粒
晶界
在实际金属结晶过程中，由于原子的热振 动、杂质原子的掺入以及其他外界因素的影响， 原子排列不可避免的或多或少存在着偏离规则 排列的区域，这就是晶体缺陷。
而成的、其晶格类型和特性完全不同于原来任 一组元的固态物质，也称为中间相。
其晶体结构不同于组成元素的晶体结构， 而且其晶格一般都比较复杂。其性能特点是熔 点高、硬度高、脆性大。例如铁碳合金中的 Fe3C。
金属化合物是许多合金的重要组成相，可 提高其合金的强度、硬度、耐磨性，而降低塑 性和韧性。所以常用金属化合物来强化合金， 这种强化方式称为第二相强化或弥散强化，是 金属材料的重要强化方法之一。
固溶体是指组成合金的组元在固态下相互溶 解，形成均匀一致且晶体结构与组元之一相同的 固态合金。
组成固溶体的组元分为溶剂与溶质两种。通 常把形成固溶体后其晶格类型依旧保持不变的组 元称为溶剂，而溶入溶剂中、其晶格消失的组元 称为溶质。
固溶体
根据固溶体晶格中溶质原子在溶剂晶格中 占据的位置不同，分为置换固溶体和间隙固溶 体两种。如下图所示。
钢铁材料
铸铁（含碳量大于2.11%的铁碳合金）
根据含碳量的不同分为 钢（含碳量小于等于2.11%的铁碳合金）
钢铁材料的生产方式
炼铁 炼钢 钢材生产
钢材种类
型材：圆钢、方钢、扁钢、六角钢、角钢、槽钢、螺纹钢等 板材：中厚钢板、薄钢板、钢带和硅钢片 管材：无缝钢管和焊接钢管（又称有缝钢管） 线材：直径为6～9mm的圆钢和直径在10mm以下的螺纹钢
（2）金属铸锭的结构
金属结晶时，由于表面和中心的结晶条件不同，铸 件的结构是不均匀的。从铸锭的剖面来看，明显地分 为三个各具特征的晶区：表面细晶粒区、中间的柱状 晶粒区和中心粗大等轴晶粒区。
汽车材料 第一章
（3）结晶晶粒大小及控制
金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬 度愈高，塑性、韧性也愈好。铸造生产中为了 得到细晶粒的铸件，常采取控制过冷度、变质 处理、振动处理等几种方法。
● 晶体结构
原子（离子）的刚球模型
原子中心位置
晶胞：由晶格中取出的，能完整反映出晶格排列 特征的最小几何单元称为晶胞。
晶胞的基本特征可以反映出晶体结构的特点。 人们研究金属的晶格结构，一般都是取出晶胞来研 究的。
晶格常数： 晶胞的大小和形状可用晶胞的棱边长
度a、b、c和三条棱边之间的夹角α、β、 γ等六个参数来表示和度量。
（3）机械混合物及组织
当组成合金的各组元在固态下既互不溶解， 又不形成化合物，而是按一定的重量比例以混 合方式存在着，就形成各组元晶体的机械混合 物。组成机械混合物的物质可能是纯组元、固 溶体或者是化合物各自的混合物，也可以是它 们之间的混合物。
由两种以上组元、固溶体或金属化合物机 械混合在一起形成的多相组织称机械混合物。
1. 合金的晶体结构
合金之所以比纯金属性能优越主要是由于合 金的内部结构不同于纯金属。合金的内部结构 比较复杂，但根据各元素在结晶时相互作用的 不同可以把它们归纳为三种：
（1）固溶体 （2）金属化合物 （3）机械混合物
（1）固溶体
固溶体就是在固态下两种或两种以上的物质 互相溶解构成的单一均匀的物质。例如，铜镍合 金就是以铜(溶剂)和镍(溶质)形成的固溶体，固 溶体具有与溶剂金属同样的晶体结构。
绝大多数工业用合金都是混合物，它们的 性能决定于组成混合物各部分的性能，以及它 们的形态、大小和分布。
2.合金的结晶
表示平衡条件下给定合金系中的合金的成份、 温度与其相和组织状态之间关系的坐标图形， 称为合金相图。
相图（状态图）是以温度为纵坐标，以成 份为横坐标，表明不同成份合金的结晶过程的 简明图形。
• 纯铁
纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料。
由于有高的磁导率，可作为电工材料用于各种铁芯。 同素异构转变：金属在温度（压力）改变时发生晶 体结构变化的现象。
\℃
1538 温 1394 度
δ-Fe
γ-Fe
912
α-Fe
室温
时间/s
液相
体心立方
面心立方 体心立方
铁与碳形成具有 复杂晶格的稳定 间隙化合物Fe3C
晶体缺陷类型： 1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子 2）线缺陷：位错 3）面缺陷：晶界与亚晶界
1)点缺陷
晶体中的原子总是在某一位置上作热振动。 温度升高时，动能特别高的原子就要脱离周围 原子的束缚，可能进入别的晶格间隙处成为 “间隙原子”或跑到金属表面上去。而原来的 位置成为没有原子的“空位”。
硬度很高 脆性大，塑性和韧性极低
碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体----铁素体
强度、硬度低 塑性、韧性好
碳溶解在γ-Fe中形成的间 隙固溶体----奥氏体
有一定的强度和硬度，塑性也很好
铁素体和渗碳体组成 的机械混合物----珠光体
综合力学性能较好
以渗碳体为基体上分布着 奥氏体----莱氏体
晶体 —— 内部质点（原子、离子或分子）在 三维空间呈有规则的、周期性的、重复排列的材料 。如纯铝、纯铁、纯铜等。
非晶体 —— 内部质点（原子、离子或分子）在 三维空间呈无规则排列的材料，也称为“过冷液体” ，如玻璃、沥青、松香、石蜡等。
晶体:固态金属
金刚石、NaCl、冰 等。
非晶体：蜂蜡、玻璃等。
置换固溶体
间隙固溶体
置 换 固 溶 体
Z
Z 置换原子
间 隙 固 溶 体
间隙原子
Y Y
X X
晶格畸变
小原子置换引起的 晶格畸变
间隙原子引起的 晶格畸变
固溶强化
这种通过加入溶质元素形成固溶体，使合金强度和硬度升高 的现象称为固溶强化。固溶强化是提高合金机械性能的重要途 径之一。
正常晶格
晶格畸变
（2）金属化合物 金属化合物是指由合金组元之间相互化合
1．匀晶相图
2．共晶相图
3．共析相图
2.1.3 铁碳合金相图
碳钢和铸铁是现代汽车工业极为重要的金属 材料，实际上，它们都属于以铁和碳两个组元 组成的合金，称为铁碳合金。反映平衡条件下 铁碳合金的组织随含碳量和温度变化的一般规 律的相图称为铁碳相图（或铁碳状态图、FeFe3C相图）。
1．铁碳合金的组成相
度 T0与开始结晶温度Tn之差叫做过冷度，用 △T表示，即△T= Tn– T0，过冷度△T与冷却速 度是密切相关的，冷却速度越大，△T越大，冷
却速度越小，△T越小。
液态金属的结晶过程分为两个阶段，即晶核形成与 核长大的过程。当液态金属结晶时，首先在液体中形 成一些极微小的晶体（称为晶核），然后再以它们为 核心不断以树枝状方式长大。在这些晶核长大的同时， 又出现新的晶核并逐渐长大，直至液体金属消失，全 部凝固为固态金属。
第2章 钢铁材料
本章导入
1.金属材料是现代汽车制造业应用最为广泛的材料。 金属材料分为黑色金属（钢铁材料）和有色金属。 汽车上各种结构零件，钢铁材料约占80%。 2. 汽车工程材料不断向轻量化发展，各种新的汽 车工程材料相继被推出并应用于汽车工业之中。
3.本章重点介绍钢铁材料的性能、结构、牌号。
金属材料的基本知识
（3）晶体的特征
1）晶体具有固定的熔点和凝点
2）晶体具有各向异性
由于实际金属是由多个位向各异的晶粒所组 成的多晶体，尽管每个晶粒本身具有各向异性特 性，但是由于各个晶粒的位向都是散乱无序分布 的，对于整个多晶体来说，晶粒间的性能在各个 方向上相互影响，再加上晶界的作用，则各向异 性表现不明显，这种现象称为多晶体的伪各向同 性。
2.纯金属的结晶
（1）纯金属的结晶过程
纯金属的 结晶过程基本 是在恒定的温 度下进行的， 其结晶过程的 冷却曲线如图 所示。
T0为纯金属的凝（熔）点，又称为理论结 晶温度。当液态金属缓慢冷却到T0时，纯金属 开始发生结晶。在实际生产中，液态金属的冷
却速度相对较快，其实际开始结晶的温度Tn略 低于T0。液态金属在冷却到理论结晶温度T0以下 还未结晶的现象，称为过冷现象。理论结晶温
工程上，晶粒的大小通常用晶粒度来表示。 结晶时每个晶粒都是由一个晶核长大而成，其 晶粒度取决于形核率N和长大速度G的相对大小 。
2.1.2 合金的晶体结构及结晶
基本概念
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 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 为二元合金、三元合金或多元合金等。
各种金属元素的主要差别就在于晶格 类型和晶格常数的不同。
（1）常见金属材料的晶格类型
1)体心立方晶格（BCC 晶格）
特点是金属原子占 据着立方体的八个顶角 和中心。此类晶格金属 有铬(Cr)、钼(Mo)、 钨(W)、钒(V)和αFe(温度小于912℃纯 铁)。这类金属有相当 大的强度和较好的塑性。
空位和间隙原子的出现，使它们失去平衡 而造成晶格畸变(歪扭)。 点缺陷将会使金属材 料产生物理、化学和力学性能上的变化，如使 材料的密度发生变化，电阻率增大，强度、硬 度提高等。
2)线缺陷
线缺陷主要指由晶体中原子平面间的相互 错动（位错）而引起的晶体缺陷，其具体形式 是各种类型的位错。晶体中有一列或若干列原 子发生有规则的错排现象，这就是位错。刃型 位错是最常见的一种。位错造成的晶格的线状 畸变，极大地影响着金属材料的力学性能，对 于金属材料的塑性变形、强度、疲劳、腐蚀等 性能均有重要的影响。