第一章金属材料基本知识

1、教学目的教学目的：通过本章的教学和实验，要求学生 1、能够应用铁碳合金相图解决解决简单的实际生产的具体问题； 2、了解金属与合金的结构和结晶，金属的腐蚀与防护的基本知识； 教学重点教学重点：铁碳合金相图。 教学难点：教学难点：铁碳合金相图 教学时数：教学时数：4学时教学形式与方法教学形式与方法：以课堂理论讲授为主 ( (Metal material basic knowledge)Metal material basic knowledge)第一章第一章 金属材料基本知识金属材料基本知识第一节第一节 金属材料的主要性能金属材料的主要性能食品工程系食品工程系葛葛 飞飞基本概念：1、使用性能：良好

2、的机械性能；较好的化学稳定型；一定的物理性能2、工艺性能： 可铸性；可锻性；可焊性；可切削性；热处理性一、金属材料的力学性能：一、金属材料的力学性能：力学性能定义： 金属材料在外力（载荷）作用下所表现出的抵抗变形 和破坏的能力。力学性能分类： 强度、塑性、硬度、冲击韧性等。（一）强度1、定义： 金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力2、拉伸实验简介： 1)标准拉伸试样： 2)拉伸实验： 3、低碳钢的拉伸曲线（FL曲线）： 分6个阶段：（1）弹性变形阶段oe （2）塑性变形阶段es；（3）屈服阶段sa； （4）伸长阶段ab；（5）颈缩阶段bk； （6）断裂阶段k。（一）强度4、内力F、应力

3、的概念：=F/S5、强度分类：（1）抗拉强度b（2）屈服强度s（二）塑性1、定义： 断裂前材料发生不可逆永久变形的能力 2、性能指标：（1）断面收缩率： 试样被拉断时，缩颈处横截面的最大缩减量S与原始横截面面积的百分比， 即： =（S/S0 ） 100 。（2）断后伸长率： 试样被拉断时，标距长度的伸长量l与原始标距l0的百分比， 即：=（l/ l0 ） 100 。3、意义：（三）硬度1、测定方法： 压入法2、分类： A、布式硬度HB（1）方法简介： 压痕面积 了解测定方法；了解公式；了解压头；（2）特点：（3）应用原则：HB450 HBS; 450HB650 HBW（4）适用范围：B、洛氏硬

4、度HR： HRA HRB HRCC、维氏硬度HV：D、里氏硬度HL（四）冲击韧性 引语：冲击载荷的意义 1、定义： 2、定义式： 3、冲击试验：摆锤式一次冲击试验；多次冲击试验 4、影响因素：温度T；内部组织结构； （五）疲劳强度引语：疲劳强度的意义1、疲劳的定义：2、疲劳强度的定义：二、金属材料的工艺性能（自做表格）二、金属材料的工艺性能（自做表格） 可铸性；可锻性； 可焊性；可切削性； 可热处理性三、其它性能三、其它性能1、物理性能：比重；熔点；热膨胀性能； 导热性；带电性2、化学性能：耐酸性；耐碱性； 耐蚀性；热稳定性等第二节第二节 金属的结晶与合金的结构金属的结晶与合金的结构 The

5、Structure of Metal and Alloy食品工程系食品工程系葛葛 飞飞一、金属的晶体结构一、金属的晶体结构1、金属材料的性能 例；T8（Wc=0、8%） 2、组织定义： 可直接或借助仪器观察到的材料内部组成形貌，如各组成部分的大小、形态、分布状况和相对数量等 （一）晶体的概念 按照原子排列的特征不同，可以分为：1、非晶体：无规则排列， 如：松香、玻璃、沥青等， 不具有固定熔点，具有各向同性2、晶体：规则排列， 如：食盐、石墨、金刚石、固态金属等 具有固定熔点（铁为1538），具有各向异性HRCHRC6020淬火：退火：（二）金属晶体结构的基本知识1、晶格2、晶胞（三）、常见金属

6、的晶格类型：1、VCC： F1.6 例：2、FCC： F1.7 例：3、DCC： F1.8 例：（四）金属的实际晶体结构：1、单晶体与多晶体：2、晶体的缺陷（三）合金的晶体结构 金属：1、基本概念： 合金、组元、相、组织2、相结构 固溶体:置换固溶体间隙固溶体 固溶强化定义 金属化合物:3、多相复合组织：二、金属结晶过程和同素异构转变二、金属结晶过程和同素异构转变（一）金属的结晶：（1）结晶的概念： 热分析法： 理论结晶温度、冷却曲线、过冷度： (2)、结晶的过程： 晶胚晶核 (3)、晶粒大小及其控制： 晶粒，k、b、“细晶强化”a、一般冷却速度越快，过冷度越大，细晶强化 但冷却速度过快，过冷

7、度太大，形核率N减小，适得其反b、变质处理定义：（固态变质剂） 在液态金属浇注前专门加入可成为非自发晶核的固态变质剂，增加晶核数，提高形核率，达到细化晶粒的目的。 c、振动：d、其他方法：压力加工，热处理3、铸锭组织：（二）合金的结晶介绍结晶的复杂性！多相组织合金相图定义：合金相图意义：1、二元合金相图：（1）简介：热分析法；液相线L；固相线D；两相区（2）匀晶合金 匀晶相图例：Cu-Ni ，Ag-Au ，Fe-Cr但有限互溶2、性能与相图关系：（1）力学性能：（2）工艺性能：第三节第三节 铁铁 碳碳 合合 金金 Binary Phase Diagrams食品工程系食品工程系葛葛 飞飞教学目的

8、：热分析法制作二元相图；五种基本组织；热分析法制作二元相图；五种基本组织； 两个等温反应；四个特性点；四条特性线；两个等温反应；四个特性点；四条特性线； 六种典型铁碳合金的冷却过程分析。六种典型铁碳合金的冷却过程分析。 教学重点：典型铁碳合金的冷却过程分析典型铁碳合金的冷却过程分析教学内容：一、二元相图：一、二元相图1、合金的冷却凝固2、热分析法制作二元相图3、二元相图的应用4、共晶转变及其凝固 二、铁碳合金的五种基本组织二、铁碳合金的五种基本组织 三、铁碳相图分析三、铁碳相图分析1、铁碳相图简介2、两个等温反应3、四个特性点、四条特性线4、六种典型铁碳合金的冷却过程分析 课堂练习课堂练习 课

9、件自学课件自学 课后自测课后自测铁碳合金：碳钢；铸铁相图的意义：碳：固溶体；Fe3C-Wc6、69%、Fe2C、FeC纯铁的纯铁的“同素异晶转变同素异晶转变”多数金属，晶格类型不变，如：Al、Cu但Fe、Co、Mn、Ti、Sn等会发生转变1、定义：2、简介纯铁的“冷却曲线”3、“重结晶”的定义： 一、二元相图高温下液态高温下液态室温下固态室温下固态凝固过程凝固过程开始凝固开始凝固1 1、合金的冷却凝固、合金的冷却凝固2 2、热分析法制作二元相图、热分析法制作二元相图3 3、二元相图的应用、二元相图的应用4、共晶转变及其凝固 合金的共晶组织照片二、铁碳合金的五种基本组织 1、铁素体F 2、奥氏体

10、A 3、渗碳体Fe3C 4、珠光体P P=F+ Fe3C 5、莱氏体Ld Ld=A+ Fe3C三、铁碳合金的分类（1）纯铁：Wc0.0218% F（2）钢：a、亚共析钢：0.0128%Wc0.77% 室温组织为P+Fb、共 析 钢：Wc=0.77% 室温组织为Pc、过共析钢：0.77%Wc2.11% 室温组织为P+Fe3C（3）铸铁：a、亚共晶铸铁：2.11%Wc4.33% 室温组织为b、共晶铸铁：Wc=4.33% 室温组织为c、过共晶铸铁：4.33%Wc6.69% 室温组织为2、典型铁碳合金的冷却过程分析（1）共析钢冷却过程分析：（2）亚共析钢冷却过程分析：（3）过共析钢冷却过程分析：（4）

11、共晶铸铁冷却过程分析：（5）亚共晶铸铁冷却过程分析：（6）过共晶铸铁冷却:1、铁碳相图简介 三、铁碳相图分析2、两个等温反应A P (F+ Fe3C)共析反应（727）L Ld (A+ Fe3C)共晶反应（11481148）共共析析点点共共晶晶点点共析线共析线PSK共晶线共晶线ECF3、四个特性点、四条特性线纯纯铁铁熔熔点点渗渗碳碳体体熔熔点点共共晶晶点点共共析析点点液相线液相线ACD固相线固相线AECF共析线共析线PSK共晶线共晶线ECF4、六种典型铁碳合金的冷却过程分析1、工业纯铁、工业纯铁3、亚共析钢、亚共析钢4、过共析钢、过共析钢2、共析钢、共析钢6、亚共晶铸铁、亚共晶铸铁5、共晶铸铁

12、、共晶铸铁7过过共共晶晶铸铸铁铁1、平衡组织和成分的关系含碳量增加，铁素体减少,Fe3C增加2、成分、组织对力学性能的影响Wc0.9%, Fe3C增加,强度、硬度降低，塑性、冲击韧性升高Wc1.31.4% 很少应用四、铁碳相图应用（二）选材方面的应用1、低碳钢：Wc0.25% 型材、建筑结构2、中碳钢：Wc=0.250.55% 一般冲击（三）金属加工工艺方面的应用1、铸造工艺应用：温度-L+50100；共晶铸铁2、锻压工艺应用：始锻温度、终锻温度3、热处理工艺应用：合金相图的局限性1、冷却速度2、成分的复杂性课堂练习课堂练习 利用利用Authorware6.5Authorware6.5制作的制

13、作的“二元相图二元相图”自测软件，主自测软件，主要实现客观题目的考核，若学生进入系统需要键入密码，要实现客观题目的考核，若学生进入系统需要键入密码，即我的电话即我的电话57130485713048，然后输入姓名、班级、考号、考号必，然后输入姓名、班级、考号、考号必须为须为6 6位阿拉伯数字，系统设定位阿拉伯数字，系统设定2020分钟，系统共有填空题分钟，系统共有填空题5 5个、选择题个、选择题5 5个、判断题个、判断题5 5个。统计出学生的考试成绩个。统计出学生的考试成绩 下载地址下载地址：二元相图课堂练习软件二元相图课堂练习软件V V.0.0 课件自学课件自学 利用利用Visual Basi

14、c6.0Visual Basic6.0制作的制作的“二元相图二元相图”CAICAI课件，主课件，主要实现了要实现了金属工艺学金属工艺学教材中的重点与难点的教材中的重点与难点的“二元相图二元相图”的教学。课件大小为的教学。课件大小为24.5M24.5M，压缩后仅有，压缩后仅有3.68M.3.68M.下拉菜单，下拉菜单，备有选择题、填空题及判断题供学生练习，有专业术语的解备有选择题、填空题及判断题供学生练习，有专业术语的解释，利于学生对教材重点内容释，利于学生对教材重点内容“二元合金相图二元合金相图”的学习。下的学习。下载地址：载地址：二元相图二元相图V3.0V3.0测试版测试版 课后自测课后自测

15、 利用利用Authorware6.5Authorware6.5制作的考核系统，主要实现客观题制作的考核系统，主要实现客观题目的考核，若学生进入系统需要键入目的考核，若学生进入系统需要键入“密码密码”，即我的电，即我的电话话57130485713048，然后输入姓名，然后输入姓名、班级、考号，考号必须为班级、考号，考号必须为6 6位位阿拉伯数字，系统设定阿拉伯数字，系统设定6060分钟，系统有填空题分钟，系统有填空题2020个、选择个、选择题题2020个、判断题个、判断题1010个。统计出学生的考试成绩。个。统计出学生的考试成绩。下载地址下载地址：金属工艺学金属工艺学考试系统考试系统V2.0V2

16、.0 第四节第四节 金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护 问题：问题： 1 1、什么是金属腐蚀，它的实质？、什么是金属腐蚀，它的实质？ 2 2、在潮湿的空气里，钢铁制品的表面为什么、在潮湿的空气里，钢铁制品的表面为什么会形成无数微小的原电池？会形成无数微小的原电池？ 3 3、电化腐蚀和化学腐蚀的区别和联系？（从、电化腐蚀和化学腐蚀的区别和联系？（从条件、现象、本质、联系考虑）条件、现象、本质、联系考虑） 4 4、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀发生的条件，、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀发生的条件，正负极反应怎样？正负极反应怎样？ 5 5、金属的防护有什么方法？、金属的防护有什么方法？ 金属腐蚀：是指金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。 金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化而形成金属离子的过程。 化学腐蚀和电化腐蚀 比较化学腐蚀电化腐蚀条件现象本质相互关系