金属材料学全套课件

汇报人：2023-12-20金属材料学(全套课件)目录金属材料概述金属材料的晶体结构金属材料的相变与热处理金属材料的力学性能目录金属材料的物理与化学性能金属材料的加工与成型金属材料的选择与应用01金属材料概述金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。定义根据金属材料的成分和特性，可将其分为黑色金属、有色金属和特种金属材料三大类。分类金属材料的定义与分类金属材料具有良好的导电性、导热性、延展性和可塑性。物理性能化学性能力学性能金属材料在空气中或化学介质中能够抵抗腐蚀和氧化。金属材料具有较高的强度、硬度、韧性和耐磨性。030201金属材料的性能特点生物医学金属材料在生物医学领域也有应用，如医疗器械、人体植入物等。航空航天金属材料在航空航天领域应用广泛，如飞机机身、发动机零部件等。电力电子金属材料在电力电子领域应用较多，如电线电缆、电机绕组等。机械制造金属材料在机械制造领域应用广泛，如制造机床、汽车、船舶等。建筑工程金属材料在建筑领域也有重要应用，如钢结构桥梁、建筑用钢材等。金属材料的应用领域02金属材料的晶体结构体心立方晶格（BCC）01体心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其中心有一个原子，八个顶点上各有一个原子。具有此晶格的金属有铬、钨、钼、铁、铌等。面心立方晶格（FCC）02面心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其八个顶点上各有一个原子，六个面的中心各有一个原子。具有此晶格的金属有铝、铜、镍、铅、金等。密排六方晶格（HCP）03密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，在其十二个顶点上各有一个原子，上下底面的中心各有一个原子，内部还有三个原子。具有此晶格的金属有镁、锌、镉、钛等。金属的晶体结构类型点缺陷包括空位和间隙原子。空位是指晶体中某些位置没有原子占据，而间隙原子是指原子挤入晶格间隙中。点缺陷对金属材料的性能有很大影响，如降低强度、硬度等。线缺陷主要是指位错。位错是晶体中一种常见的线缺陷，它破坏了晶体的周期性排列，导致晶体变形。位错对金属材料的塑性变形和强度有很大影响。面缺陷包括晶界和亚晶界。晶界是不同取向的晶粒之间的界面，而亚晶界是同一晶粒内不同取向的亚晶粒之间的界面。面缺陷对金属材料的性能也有很大影响，如降低韧性、增加脆性等。金属晶体中的缺陷晶体结构对力学性能的影响不同的晶体结构具有不同的滑移系和孪生系，从而导致不同的力学性能。例如，面心立方晶格的金属具有较好的塑性和韧性，而体心立方晶格的金属则具有较高的强度和硬度。晶体结构对物理性能的影响金属的晶体结构还会影响其物理性能，如导电性、导热性、磁性等。例如，具有密排六方晶格的金属通常具有较好的导电性和导热性。晶体结构对化学性能的影响金属的晶体结构还会影响其化学性能，如耐腐蚀性、氧化性等。例如，具有面心立方晶格的金属通常具有较好的耐腐蚀性。金属的晶体结构与性能关系03金属材料的相变与热处理金属在固态下发生的组织结构和性能的变化。包括重结晶、共析反应、马氏体相变等。固态相变金属从液态向固态转变过程中所发生的相变。如钢的铸造、结晶等。液态相变金属在气态下发生的相变，如金属蒸发、升华等。气态相变金属材料的相变类型通过加热、保温和冷却的手段，改变金属材料的内部组织或表面状态，从而获得所需性能。包括退火、正火、淬火、回火等。每种方法都有其特定的加热温度、保温时间和冷却方式。热处理原理与方法热处理方法热处理原理

热处理对金属材料性能的影响力学性能热处理可以改变金属材料的硬度、强度、韧性等力学性能。如淬火可以提高硬度，但降低韧性；回火可以降低硬度，提高韧性。物理性能热处理对金属材料的物理性能也有显著影响，如导热性、导电性、磁性等。化学性能热处理可以改变金属材料的化学性能，如耐腐蚀性、抗氧化性等。例如，不锈钢经过热处理后，其耐腐蚀性会得到显著提高。04金属材料的力学性能通过拉伸试验测定金属材料的强度、塑性和韧性等力学性能指标。拉伸试验描述金属材料在拉伸过程中的应力与应变关系，反映材料的弹性、屈服、强化和断裂等阶段。应力-应变曲线包括屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率等，用于评价金属材料的拉伸性能。拉伸性能指标金属的拉伸性能韧性试验通过冲击试验或弯曲试验测定金属材料的韧性，反映材料在冲击或弯曲载荷下的抗断裂能力。硬度试验通过硬度试验测定金属材料的硬度，反映材料抵抗局部变形的能力。硬度与韧性的关系硬度高的材料通常韧性较差，而韧性好的材料硬度可能较低。因此，在选择金属材料时需要根据具体应用场景权衡硬度与韧性。金属的硬度与韧性断裂韧性描述金属材料在裂纹扩展过程中的阻力，反映材料抵抗裂纹扩展的能力。疲劳与断裂的关系疲劳裂纹的扩展最终可能导致金属材料的断裂。因此，提高金属材料的疲劳性能有助于延缓断裂的发生。疲劳试验通过交变应力作用下的疲劳试验测定金属材料的疲劳性能，反映材料在循环载荷下的抗疲劳破坏能力。金属的疲劳与断裂05金属材料的物理与化学性能密度导热性导电性延展性与塑性金属的物理性能01020304金属通常具有较高的密度，这是由于金属原子间存在紧密的金属键。金属是良好的导热体，其导热性能主要依赖于自由电子的运动。金属具有优异的导电性能，自由电子在金属晶格中的运动形成了电流。金属在受到外力作用时，可以发生塑性变形而不易断裂，表现出良好的延展性和塑性。金属的化学性能金属原子间通过共享自由电子形成的化学键，决定了金属的一些基本化学性质。金属在化学反应中通常作为还原剂，容易失去电子被氧化。金属可以与非金属元素反应形成离子键或共价键的化合物。金属可以与其他金属或非金属元素形成合金，改变其物理和化学性能。金属键氧化还原反应与非金属的反应合金化金属在潮湿环境中与电解质溶液接触时，会发生电化学腐蚀现象。电化学腐蚀不同金属在相同环境中的耐蚀性不同，可以通过耐蚀性等级来评估金属的耐蚀性能。耐蚀性等级为了提高金属的耐蚀性能，可以采取表面涂层、合金化、改变环境等防护措施。防护措施不锈钢是一种具有良好耐蚀性能的金属材料，其耐蚀性主要来源于铬元素的氧化膜保护作用。不锈钢的耐蚀性金属的耐蚀性能06金属材料的加工与成型金属在铸造过程中表现出来的流动性、收缩性、偏析等特性。铸造性能包括模具设计、熔炼、浇注、冷却、落砂、清理等步骤，影响铸件的质量和性能。铸造工艺常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铝合金等，具有不同的铸造性能和机械性能。铸造合金金属的铸造性能与铸造工艺03金属的塑性金属在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，与金属的成分、组织结构和变形条件有关。01压力加工通过外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸和性能的加工方法。02成型工艺包括锻造、轧制、挤压、拉拔等，可生产各种形状和规格的金属材料和制品。金属的压力加工与成型工艺焊接性能金属在焊接过程中表现出来的焊接性、裂纹敏感性、气孔敏感性等特性。焊接工艺包括焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、激光焊等多种焊接方法，适用于不同金属材料和焊接要求。焊接接头焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成，其质量和性能直接影响焊接结构的安全性和可靠性。金属的焊接性能与焊接工艺07金属材料的选择与应用根据使用条件和要求，选择具有适当力学、物理和化学性能的金属材料。性能原则经济性原则可靠性原则环境适应性原则在满足性能要求的前提下，尽量选择价格低、来源广、加工容易的金属材料。优先选用经过长期使用考验、质量稳定可靠的金属材料和成熟的加工技术。考虑金属材料在使用过程中的环境适应性，如耐腐蚀性、耐高温性等。金属材料的选择原则与方法具有高强度、良好的塑性和韧性，广泛应用于建筑、桥梁、车辆、船舶等领域。钢铁材料密度小、比强度高、耐腐蚀性好，用于航空航天、汽车、电子等领域。铝合金导电性、导热性好，耐腐蚀性优良，用于电气、化工、建筑等领域。铜合金比强度高、耐腐蚀性好、高温性能优异，用于航空航天、医疗等领域。钛合金典型金属材料的