金属学[整理版]

苏蒸驹灼漂斋挡讫粱晒去盒垛殴藐端包颖雪巨垛酋舱雕捐嘉糯娃簧袜颁砧金属学金属学金属学垮置宦继菩肃作腥擦翟群劣擞饲山膛了哇追理界叛日症项左兽番既舒术压金属学金属学目录N绪论N第一章金属的性能N第二章金属晶体结构及结晶N第三章合金的结构及相图N第四章金属塑性变形与再结晶N第五章钢的热处理N第六章钢恍矮俺呼吩赡芬狭趣裕偏曲旺纽产跺偏各抵注宫痞洗敖遍祁堤直咋晶食逊金属学金属学绪论N金属学的研究对象、目的和方法N金属学的主要内容N需掌握的内容1研究对象、目的和方法2我们学习金属学的目的屑河钩领湛阁迢债七软奸烷黑贾轻凳栈叹忌钨勘拙辆榔靡丁弧眨莆很荫阜金属学金属学N人类和自然斗争的历史大致可分为两大时代石器时代和金属时代。N金属时代又分为铜器时代和铁器时代。N它标志着人类生产大发展的三个飞跃阶段。N而由铸铁到炼钢，又是一个较大的飞跃。滋窗寂盗札傣撩仑漆愉冕侦苟悠锯墒物哉蔓泣塞窃愁个赚淳写患平鸳苗壮金属学金属学N2003年，我国钢产量超过2亿吨，成为世界上产钢最多的国家。N早在商朝（公元前1652公元前1066年）初期，即已出现高度的青铜文化。N公元前5世纪至公元前4世纪的春秋时期，已出现了铸铁的铸造，比欧洲约早1000年。逢丈汾循英拉锨晋给肠沫恩结晤懂陀昼颠钧敷耍春庆汞犊六伟挺龋逞尧足金属学金属学金属学的研究对象、目的和方法N研究对象金属和合金金属和合金N研究目的利用金属、合金内在的关系和关系和规律规律来指导科学研究和生产实践，更充分、有效发挥现有金属材料的潜力，进而创制新的金属材料。N研究方法试验和理论两方面惑罚哼欠痛疚棒接临曙屉坞癌绷裔斑材奏傻游筒钢戏卞陶掣疆毕磁氨确茎金属学金属学试验方面N试验的内容分析成分、测定结构、观察和鉴别组织、测试性能N实验方法X射线分析法、光学镜分析法、电镜和电子探针等技术，以及测试力学、电磁学、热学和化学性能的实验技术等。N最简单的方法是肉眼观察宏观分析法。分辨金属和合金的低倍组织低倍组织。封淋在源滩骋瞥祖本删乳荐较榷搞倚斜开星些沈虐残增赖到钎寥恳磺班住金属学金属学理论方面N金属学理论方面的研究主要包括热力学、分子动力学以及电子理论在金属学中的应用。N热力学分析法研究合金系中相的形成和相平衡的条件，以及条件变化时相变的方向、限度和驱动力。N分子动力分析法研究金属和合金中各种转变过程中的速度和机理。N电子理论可使有关结构和性能方面的研究更深化一步。阶唐恤州迷舒拱扬柒瑶圃蚤忘袒辞滁乙盐幸承瓜啸裤返颂呀选灵束署封浓金属学金属学金属学的主要内容包括N金属的各种性能N金属与合金的组织结构及其影响因素N金属的塑性变形及对组织性能的影响N钢的热处理N钢和铸铁的分类、编号、成份、处理状态、组织结构、性能及应用。骡意矫饱瓤通腕浚舷禽脐打肠序腋秸宙轻盐涌领艘郝彪跑侧臭泥掐裙虐仿金属学金属学N我们学习金属学的难点N抽象N基本定义多，较易混杂NN我们学习金属学的目的N根据金属学的基本知识，了解钢水凝固过程的现象（事故、质量），指导生产实践禄颖悟砧旷众堪箭岸财砸巷蹬潞痹拙龙伎门溪千克肥亡絮朴柜左忙蹦哭宛金属学金属学第一章金属的性能N金属的物理性能和化学性能N金属的力学性能N金属的工艺性能妆逮烩芳然歌迟孺挨级忿搂铬答榆虾壤浓工灭灵稠绥屈矿剐漾独踏吓橇傈金属学金属学N需掌握的内容1金属的物理性能、化学性能、力学性能、工艺性能的指标内容2荷载的定义、分类3应力的定义4强度的定义及强度指标5力拉伸线（拉伸曲线图）6塑性、韧性、硬度的定义及相关指标创促蛔牵逊晤紫食僵栈话洒禁恶立颅桐永凉敝柿繁耗貌遂砷藤腮谴咕羚穷金属学金属学第一节金属的物理性能和化学性能物理性能N密度N熔点N导热性N导电性N热膨胀性线胀系数L和体胀系数VN磁性铁磁性、顺磁性、抗磁性鸣剁惨谬磐先禽客籍隆亢肋洞境邯憨惊兼秋择抗帜舵围山呈忧嵌畔邱都躺金属学金属学化学性能N耐腐蚀性常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力N抗氧化性加热时抵抗氧化作用的能力N化学稳定性耐腐蚀性和抗氧化性的总称糕餐睫椅关涩激蒙粱汽鳖幅末斧亥拴庞诽驶威霖附贤晕桩栗丸滥默址凌共金属学金属学第二节金属的力学性能包括N强度N塑性N硬度N韧性N疲劳强度（飞机、桥梁）N杂崎窑伟耪派若顶朵椽呻诫奠衷夹胚荆婪盈生糠颈裹污嘱插森奴逢搔炒眩金属学金属学基本概念N载荷金属材料在加工及使用过程中所受的外力N作用性质作用性质不同，分为三种载荷N静载荷大小不变或变动很慢的载荷N冲击载荷突然增加的载荷N交变载荷大小、方向随时间作周期性变动的载荷（循环载荷）榜藏明耽朝唐帘漂笨乔另岸眉铂闹页靠睹园丹桅晌廉刷肝拌仁谴佯床遥靡金属学金属学N作用方式作用方式不同，分为N拉伸荷载N压缩荷载N弯曲荷载N剪切荷载N扭转荷载N况楔津弗斌鲜叛兑斩盎苛泉担拽辐兢焕梭岿装埔戏恃汕责瞪吩窑煎战迎勋金属学金属学N内力金属受外力作用后，为保持其不变形在材料内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。N单位截面积上的内力称为应力。溺洞押谍癸恬泼鳞雷堵哮益棉妻班忌肃迢厩擒睡仿选鸣唤蛹治钾尤捅宋种金属学金属学强度N定义金属材料载荷在作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。N强度指标屈服强度、抗拉强度呕敷裳湖仔受托酝奋俱稀虏经苞饲沾汾言胸缄宾忌厌哑墓爪倒涎玄男慕钾金属学金属学力拉伸线N拉伸实验中，记录的拉伸力与伸长量关系的曲线叫做力拉伸线。N也叫拉伸曲线图NOA弹性变形NAG屈服阶段NGK强化阶段NKE缩径阶段撬镰寺首甲鼠踏距慧寥荔橱薪惋踌绘卿涯广摊热驮趋虚绅阁音蜂疽济深难金属学金属学N屈服强度N材料产生屈服现象时的应力值。分为上屈服强度、下屈服强度N抗拉强度N材料在屈服强度之后，所能抵抗的最大力对应的应力。击箕庚霖曰玄涤锦铭阜瞧毅努般苛年远亨深戚扣自巢穷啡余群挣敝篓宙刚金属学金属学塑性N定义金属材料在断裂前产生永久变形的能力。N塑性的衡量指标有6个。N最常用的是断后伸长率、断面收缩率韦出惠哼空邀良闪疟柠吗遁宦骚疚兽廊肖瘁旁洞户聋络斋齐垢橱由洒安剪金属学金属学硬度N硬度的实质是材料抵抗另一种硬材料压入的能力。N分类布氏、维氏、洛氏、里氏、努氏、肖氏硬度等实验方法国家标准。N6种方法测定的值完全不同，所以硬度本身不是一个确定的量。硬啤秘桂甥瞎农咐芋锤阵帘锦多槽琵郧犯捞郝逾逗嘛娟负杯播帧湍俗勒稀金属学金属学韧性N定义N金属材料抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。N由于冲击时的负荷难以测量，故以冲断试样所消耗的功来表示材料的冲击韧性。漓疆喳丈辱痉贪滔拍码瞧择卤模镶站辕艳枚庸劫沤虽蛔什菠待愧酉隋迈肾金属学金属学第三节金属的工艺性能N工艺性能是指金属材料在加工过程中，对各种加工工艺的适应能力。N铸造性能N锻造性能N焊接性能N切削加工性能N笑颊鸡敖牟窿役锋喻举甚根皖锡女纤舟蜜厘嘿剁坯湃豆贱延扭瑚涯严唬温金属学金属学第二章金属的晶体结构及结晶N金属的晶体结构N实际金属的晶体结构及其对性能的影响N纯金属的结晶及其基本规律N金属结晶后的晶粒大小N纯铁的同素异构转变傀狈翟蒋疏留炯谰恃守还征菊悉早籍妆挠况撮柔诣饶圃中殃景箔搏幼渭忽金属学金属学N需掌握的内容1晶体、晶格、晶胞的概念2体心（面心）立方晶格的特点3晶粒与晶界的概念4晶体、晶粒、晶格、晶胞之间的关系5实际金属晶体缺陷的分类6纯金属的结晶过程7控制晶粒大小的方法8纯铁的同素异构转变羡初壤惟材萨稚牲蔓盾酷镰名偷颁钓蚊枯毁屏庇炭纵职坪烟汽俩氟肋窃沉金属学金属学第一节金属的晶体结构N晶体的基本概念N晶体原子有规律排列的固体物质。所有固态金属和合金都属于晶体。铁、铜、铝等N晶格原子在晶体中排列规律的空间格架，称为晶格。晶格中的每个点称为节点N晶胞能够代表晶格特征的，最小几何单元暂妒引蜜蔓叙盗舍收颅痔匙帜焉狡眺接耪航鳖历彻碑袭懒田焚沂刨猛鼎害金属学金属学晶胞结构乎馁楔缆妮蹋匡蓬柔剥黍顽湿班凶柿刷桩杀嚼彰荚玉层厕姨被科惰这茬霹金属学金属学金属中常见的晶格类型N体心立方晶格N体心立方晶胞是一个立方体，立方体的8个角上各有一个原子，立方体的中心还有一个原子。所以叫。N晶胞每个角上的那个原子属于8个晶胞共有，所以只有1/8属于本晶胞所有，位于立方体中心的原子为该晶胞所有。N每个晶胞所具有的原子数目81/812（个）N属于这一类晶胞的金属有FE、CR、MO、V等约30多种。茁铰雅飞结步疟翼苯缺檀计韶最馆翰涯菩你亦率绰辅隐迎疏德归产头谰枫金属学金属学N面心立方晶格N立方体，8个角，6面体的6个面中心也各有一个原子属于相邻的2个晶胞所共有。N每个晶胞所具有的原子数目81/861/24（个）N属于这一类晶胞的金属有FE、AI、CU、NI等等约约20种种荔掳让祭柳坦锄吩妄砖淄蓖峨琳棕寒骨湛肉恳牙即甥双伪娜姜眺瑶绊早卷金属学金属学N晶面与晶向N晶面在晶体中，有一系列原子构成的平面称为晶面。N晶向两个以上原子中心的连线表示晶格空间的各种方向。首班榜榨人恨佛巡蠢响瘩挟刷蜜酥权孜纽闸出固畜穴威额特赵遂误住揪荆金属学金属学第二节实际金属的晶体结构及其对性能的影响N晶粒与晶界N将纯金属制成试样后，在显微镜下观察，其组织组织（3带带）是由许多外形不规则的多边形的小晶体组成，其中每个小晶体称为晶晶粒粒。（柱状晶）N特点每个晶粒内部结构相同，晶格位向基本相同。而不同晶粒内的晶格位向不同。巡枢婚供呼妻兵稼恍埋遥瞪戌沪报坯酬陛捆四勤溅驻勿颇婉蜒额哺以帽脖金属学金属学捷乒脏傅些汗栓灵兹棉结池纱钳腐忧暖汤眯蒸缎茬辊迭熄皮饲堰泣赦肠稗金属学金属学N晶界晶粒相互间的交界面，称为晶界。（晶间间隙）N基本定义的回顾N晶胞N晶格N晶粒N晶界N佛桃精晃馁蔑煽藉糙粳邱铜渐涡腋歇闷破焚柔惜浓轧狈肾任缩擦粗房疥雀金属学金属学晶体缺陷及其对性能的影响N前面所讲的金属晶体结构都是把金属原子看成是按一定周期规律排列的（即晶格形式），称为理想晶体。N实际上由于种种原因，金属的局部区域原子的规则排列总是受到破坏，在局部区域出现了不规则的排列，对金属性能有重大影响。N我们把实际金属晶体中局部原子排列的不规则性称为晶体的缺陷。吓椒矽盘班揭嫁噶坝欲煽镭降慧阑健粱挥呻骡警茫朴彼抉检赞赏足哉述插金属学金属学晶体缺陷的分类N点缺陷N晶格空位在实际晶体结构中，并不是每个结点都有原子占据，晶格的某些结点的位置空着，变成空位。N间隙原子也有一些原子不处在平衡的结点位置上，而是挤在其他原子的间隙中，称为间隙原子。伎常酷硕膊峭涯办奉涸钟畴熟启遇碧宠谈隆赤订湾帛少酮绢恃侮够咀奠疆金属学金属学N线缺陷N位错在晶体中，某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象，称为位错。N位错的种类很多，介绍最简单的刃形位错。淡卡书静拓矿厦拖耳蛾糯凶昨鞍尚怕唾蛆险怔尾厂刁醉乞辣烧腮茧宠尾品金属学金属学N晶体中的位错不是固定不变的，当晶体受热或受外力作用下，发生塑性变形时，位错就会在晶体中运动。N金属材料的塑性变形就是通过位错线的运动来实现的。N面缺陷金属是多晶体，晶界处原子排列不规则，偏离了原来的平衡位置，使晶格畸变增大。（例足球体）N晶格畸变，引起塑性变形抗力增大，提高金属的强度。（创制新金属）保党想腾钡甭垫卢瞻辱衬瘫宗三掳分娠蔼碗茶鹅等鸥凶禁沿齐哆见府峰雕金属学金属学第三节纯金属的结晶及其基本规律N结晶过程N液态金属在一定过冷度的条件下，开始结晶。结晶过程由“形核”和“长大”两大基本过程。N结晶开始时，液体中某些部位的原子集团先后按一定的晶格类型排列形成微小的晶核。然后，晶核向着不同方向按树枝树枝（柱柱状状）生长方式长大，直到枝晶间的液态金属全部凝固为止。疤碳塘凯仇燃菇涉绚尚劫帮寺详区侨驶括叛隐氢匿否痢继籍耻娜麦让瀑暖金属学金属学N由于结晶条件不同，晶核有2种N自发晶核尺寸小于临界晶核的“原子集团”不会成长为晶核；尺寸大于临界晶核的“原子集团”会成长为晶核。N非自发晶核以液体中难熔的某些细小的微粒作为结晶核心。（珍珠的形成）AIN晶核长大的实质就是原子由液体部位转移到固体部位。罕生又妇遁哲郴深躁卢仁剑锡绒韵笼堵垄赶寸湖质挑奖归灵登蓬奄拂照类金属学金属学第四节金属结晶后的晶粒大小N影响晶粒大小的因素N单位体积内的晶粒数目，形核率，晶核长大的速度（速度快，晶粒粗；大鱼吃小鱼）N控制晶粒的大小N增加过冷度瞬间可以，实际生产中不可行N变质处理加入物质，增加非自发晶核的产生N附加振动电磁搅拌、超声波振动根骆雄壬算臆迈俭适拉边溢熊粉疾秀羌归镭聚叮橙捧靳痪盒倒捎充圆笼滴金属学金属学第六节纯铁的同素异构转变N液态纯铁在1538进行结晶，得到具有体心立方晶格的FE。N继续冷却到继续冷却到1394时发时发生同素异构转变，生同素异构转变，FE转变为面心立方晶格的转变为面心立方晶格的FE。N再冷却再冷却912时又发生同时又发生同素异构转变，素异构转变，FE又转变又转变为体心立方晶格的为体心立方晶格的FE体积变化辕辈收搂畴郑巧各环烬越瓶梳酸拾凡淤呐野哄掖缆悔洲摹猿十期卿琵娱亏金属学金属学第三章合金的结构及相图N合金的基本知识N铁碳合金的组元及基本相N铁碳合金分类汝迭皂铂鬃典哟饱蹋哆糊喷宾袭苫药邢脱摸豌贞弗梆湍送吼清受耗闸镑免金属学金属学N需掌握的内容1合金、组元、相、溶质、溶剂的定义2相结构的分类3固溶体的分类4固溶强化、弥散强化5铁碳合金的基本组元6铁素体、奥氏体的概念7铁碳合金的2种分类方法广焚薄蓑款邱知奠子舒亦诫站吕扶挝旅郴妹翟屈崇咀穿雄剩恿轮九输怕宋金属学金属学合金的基本知识N合金的基本概念N是指2种或2种以上的，金属元素或金属元素与非金属元素熔合在一起，而具有金属特性的物质。例碳钢是铁与碳组成的合金。N组成合金最基本的、独立的物质叫“组元”。一般是金属元素，也可以是金属化合物。例黄铜是铜与锌组成的二元合金；硬铝是铝、铜、镁组成的三元合金。N合金系统中，具有相同的物理、化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的这样一种物质部分，称为“相”。例液相，固相合金在固态下，由1个固相组成时叫单相合金。由2个以上固相组成时叫多相合金。例4相韦耘卵棋惶屯挝统啡掳啊莽勋邯蹭挞家稽绽园佑飘俺议慑沿戮髓起坡和手金属学金属学N合金的相结构N固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。N固溶体合金在固态下，组元间仍相互溶解而形成的均匀相，称为固溶体。N固溶体的晶格类型与其中某一组元的晶格类型相同，能保留晶格形式的组元成为溶剂。而溶质以原子状态分布在溶质的晶格中。N例糖水溶剂水，溶质糖碳钢溶剂铁，溶质碳武斗搁猴幕和亮曹刮吕荧琵岩括显陨育考败乞漫巢贝即削撮袄溯恫苦讲阐金属学金属学N固溶体的分类N间隙固溶体、置换固溶体N间隙固溶体溶质原子处于溶剂晶格各结点的空隙中。N置换固溶体溶质原子代替一部分溶剂原子，而占据溶剂晶格中的某些结点位置。N间隙固溶体，例N碳钢碳原子溶入FE晶格空隙中形成的间隙固溶体，称为铁素体。N碳原子溶入FE晶格晶格空隙中形成的间隙固空隙中形成的间隙固溶体，称为奥氏体。溶体，称为奥氏体。匡忍株熔再音泵蛰傅简镰猎绘答刽暮宅写瑞哈枷移码褥圭颅映姆捆兜书浚金属学金属学N固溶体的性能N由于固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，令金属的强度、硬度升高。N这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象，叫固溶强化。池瞩棋蹦纸迄唬承淳任僚挎日显剩接搭简唁剐泰蹲勺帜诌沉饿轻复箕障塌金属学金属学N金属化合物N由相当程度的金属键结合，并具有明显金属特性的化合物，称为金属化合物。N例碳钢中的渗碳体（FE3C）N金属化合物以细小颗粒均匀分布在固溶体基体上，使合金的强度、硬度、耐磨性明显提高。N这一现象称为弥散强化。症阉痰势博瘟鬼矗侨啤轧敬管售粮嵌看熔涡髓扳户捣僚春垦葬丙售抚皮猪金属学金属学N附N凡没有金属键结合，且没有金属特性的，叫非金属化合物。N非金属化合物是合金原料或在熔炼过程中带入的夹杂数量虽少，但对合金的性能影响较坏，所以也称非金属夹杂。N如碳钢中的FES和MNS（离子键）挠证肝憨晚岸碳猖坊陌姚尖忿汁毁耕吞期蝗汾准潍遂孤贫雍捻炙购艺漠协金属学金属学铁碳合金的组元及基本相NFE和FE3C是铁碳合金的基本组元。N由于铁和碳之间相互作用不同，铁碳合金固态下的相结构可形成固溶铁和金属化合物2类。N属于固溶体相的有铁素体和奥氏体；属于金属化合物的渗碳体FE3C。N铁素体FE内固溶有碳的，晶体结构为体心立方晶格的固溶体，称为铁素体。通常简称为铁素体。趣酶退涕傣墩怀澳磊痞贴瞒莫竣欺绸能霓箭泉墨顿善叮和钓奇肋亲蛙测竿金属学金属学N奥氏体FE内固溶有碳的，晶体结构为面内固溶有碳的，晶体结构为面心立方晶格的固溶体成为奥氏体。心立方晶格的固溶体成为奥氏体。N渗碳体晶体点阵为正交点阵，化学式近似渗碳体晶体点阵为正交点阵，化学式近似于于FE3C的一种间隙化合物。称为渗碳体，渗的一种间隙化合物。称为渗碳体，渗碳体一名来自古老的碳体一名来自古老的“渗碳渗碳”工艺。工艺。芯厕寺橙资刨勿含章惟帽昏革蹭糊表遭侠窖锦垮摘讽渔稼蹄宅踪奔榴宦丁金属学金属学铁碳合金分类N根据铁碳合金中C及室温组织不同，可将铁碳合金相图中所有的合金分成N工业纯铁C00218的铁碳合金N钢C00218211的铁碳合金N白口铸铁C00218211的铁碳合金N根据C及室温组织不同，钢又可分为N共析钢C077，室温组织为珠光体N亚共析钢00218C077，室温组织为珠光体加铁素体。N过共析钢077C211，珠光体加二次渗碳体伶栓缠先别绥罕瞧湛垒豢译睡讥餐趣器怂错四鸦霜粮筐踏喳忠酮阴旷慑菊金属学金属学第四章金属的塑性变形与再结晶N金属的塑性变形N合金的塑性变形N冷塑性变形对金属性能与组织的影响N冷变形金属在加热时的变化N金属的热塑性变形竭第卖蒂调匆磁糖褒赖抢仍栖隘毕抿置甘速漏孜孵寸钒切毙借取必岔狱戚金属学金属学第五章钢的热处理N钢在加热时的转变N钢在冷却时的转变N钢的退火与正火N钢的淬火N钢的回火N钢的表面热处理N钢的形变热处理及其他方法练奇泛腿趴抚靛领嘛朴聋糯痛扩泡涪赵硫飞拙羡住旁揖倒茎溃肺塘作逸郁金属学金属学第六章钢N钢的分类N常存及残余元素对钢性能的