金属材料学基础理论

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1、京能集团运行人员培训教程BEIHPlantCourse金属材料学基础理论103/103目录1金属的基础知识22钢铁的基础知识33金属材料的性能43.1工艺性能43.2力学性能83.3高温性能114金属材料的微观理论知识134.1金属键及其性质134.2晶体结构144.3晶面、晶向与晶格致密度144.4单晶体与多晶体154.5晶体的缺陷154.6纯金属的结晶164.7固态金属的同素异晶转变184.8金属的塑性变形与再结晶184.9冷加工与热加工的区别205相图205.1合金相图205.2铁碳合金相图215.3相变过程及概念225.4典型铁碳合金结晶过程分析235.4.1铁碳合金分类23

2、5.4.2典型铁碳合金结晶过程分析235.5铁碳合金相图的应用255.5.1含碳量对铁碳合金组织和力学性能的影响规律255.5.2铁碳相图的应用266钢的热处理287元素对钢的性能影响368金属材料牌号的表示方法及电站常见钢号409电站锅炉钢材选用原则469.1耐热钢的分类与设计469.2常用耐热钢选用原则469.3电站锅炉常见钢种4710无损检测5011金属焊接5512金属喷涂技术74103/1031金属的基础知识化学周期表中现有108种元素，按照元素的原子结构和性质，大体可分为金属、非金属和准金属三大类。金属的种类繁多，已经发现的金属有86种。按照冶金工业方法分为黑色金属和有色金

3、属两大类，黑色金属包括铁、锰、铬三种金属及它们的合金，其他金属统称为有色金属。按照密度大小分为轻金属和重金属，密度小于4500千克/立方米的为轻金属，如铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡等，密度大于4500千克/立方米，如铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、铋、镉、汞等。按照价格成本可分为一般金属和贵金属。按照地壳丰度大小可分为常见金属和稀有金属。金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。在自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、铂、银、铋以游离态存在。金属之最：地壳中含量最高的金属元素——铝；目前世界年产量最高的金属——铁；人体中含量最高的金属元

4、素——钙；导电、导热性最好的金属——银；硬度最大的金属——铬；硬度最小(最软)的金属——铯；熔点最高的金属——钨；熔点最低的金属——汞；密度最大的金属——锇；密度最小的金属——锂；延展性最好的金属——金、铂；海水中储量最大的放射性元素——铀。2钢铁的基础知识2.1钢铁的优点进入青铜时代以来，人类与金属材料及其制品的关系日益密切，可以说没有金属材料就没有人类的物质文明。在人类使用的所有金属材料中，铁是使用量最大、使用范围最广泛的基础材料。其主要原因是：1．铁是一种化学元素，它是地球中较多的元素之一，约占35%，且大多以巨大的铁矿床存在于自然界中；2．铁矿石的冶炼和加工与其他金属的生产相

5、比，具有生产规模大、效率高、质量好、成本低等显著的优势；3．钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能；103/1034．将镍、铬、钒、锰等金属作为合金元素加入铁中，可获得具有各种性能的金属材料；5．钢铁通过热处理能调整其机械性能，可以满足国民经济各方面的需要；6．钢铁具有良好的可回收性。2.1钢铁的基本概念合金：由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。钢铁产品：以铁元素（Fe）为基础组成成分的金属产品的统称，日常形态包括铁、粗钢、钢材、铁合金等。生铁：一般指含碳量在大于2%的铁碳合金，按用途分为炼钢生铁和铸造生铁，按化学成分分为普通生铁和特种生铁。含碳量在2.

6、5%-3.5%之间的称为铸铁，按断口颜色分为灰口铸铁、白口铸铁和麻口铸铁。熟铁：一般指含碳量小于0.2%的铁碳合金，含碳量小于0.04%的铁碳合金叫工业纯铁。熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低。钢：以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的合金材料。（在铬钢中含碳量可能大于2%，但含碳量2%通常是钢和铸铁的分界线。）2.2钢铁的分类2.3.1按冶炼方法分为：手炉钢、电炉钢和转炉钢。电炉钢又分为电弧炉、感应炉、真空感应炉、电渣炉。2.3.2按脱氧程度分为：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。2.3.3按用途分为：结构钢、工具钢、特殊性能钢和专业用钢。2.3.4按金

7、相组织分为：（1）按平衡状态和退火组织区分，亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢。（2）按正火组织区分，珠光体刚、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢。（3）按加热时有无相变和室温时的金相组织区分，铁素体钢、奥氏体钢、马氏体钢、双相钢。2.3.5按化学成分分为：（1）碳素钢。简称碳钢，除铁、碳外主要含有少量Si、Mn、S、P杂质，总含量不超过2%，含碳量小于0.25%为低碳钢，含碳量在0.25%-0.6%为中碳钢，含碳量大于0.6%为高碳钢。包括普通碳素钢、优质碳