金属工艺学教学ppt课件

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1、第1章工程材料基础1.1金属材料的结构1.2工程材料的性能1.3铁碳合金1.4常用工程材料返回1.5钢的热处理浙江科技学院材料是人类用来制作各种产品的物质。机械工程中使用的材料常按化学组成分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料三大类。目前在机械工业中应用最广的仍是金属材料，因为金属材料来源丰富，而且具有优良的力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能。金属材料的特性有：强度较高、塑性较好、导电性高、导热性好、有金属光泽等。高分子和陶瓷材料的某些力学性能不如金属，但具有金属材料不具备的某些特性，如耐腐蚀、电绝缘、隔音、减震、耐高温、质轻、来源丰富、价廉、成形加工容易等优点，近年发展

2、较快。材料性能的决定因素：化学成分、内部组织和状态。其中“化学成分”是改变性能的基础，“处理”是改变性能的手段，“组织”是性能变化的根据。第1节金属材料的结构1）晶体。其内部原子在空间作有规则的排列，如食盐、金刚石等；纯金属及合金均属于晶体。2）非晶体。其内部原子杂乱无章地不规则的堆积，如玻璃、沥青等。1.1.1金属的晶体结构3）晶体结构。指晶体中原子排列的方式，如图1-1a所示。4）晶格。把晶体内的每一个原子看成一个小球，把这些小球用线条连接起来，形成一个空间格架，这种空间格架叫晶格，如图1-1b所示。5）晶胞。晶格的最小几何组成单元，如图1-1c所示。6）晶格常数。晶

3、胞中各棱边的长度，单位为7）金属中常见的晶体结构体心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八个角上和立方体的中心各有一个原子，如图1-2a。其原子个数为：，如铬、钠等。图1-2a体心立方晶格面心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八个角上和立方体的六个面的中心各有一个原子，如图1-2b。其原子个数为：，如铝，铜等。密排六方晶格：晶胞是一个正六方柱体，在六方柱体的十二个角上和上、下底面的中心各有一个原子，在上、下底面之间还均匀分布着三个原子如图1-2c。其原子个数为：，如镁、锌等。图1-2b面心立方晶格图1-2c密排六方晶格1.1.2合金的晶体结构1.固溶体合金在固态下溶

4、质原子溶入溶剂，仍保持溶剂晶格。根据固溶体晶格中溶剂与溶质原子的相互位置的不同，可分为置换固溶体（如黄铜）和间隙固溶体(如铁素体和奥氏体)，如图1-3和图1-4所示。合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素，通过熔化或其它方法结合而成的具有金属特性的物质。组元是组成合金的最基本的、独立的单元。组元可以是金属、非金属或化合物（如渗碳体）。合金的晶体结构大致可归纳为3类，即固溶体、金属化合物和机械混合物。固溶强化：当溶质原子溶解在溶剂晶体中时，溶剂的晶格将发生畸变，晶格常数发生变化，如图1-5所示。原子尺寸相差大，化学性质不同，都使畸变增大，结果合金的强度、硬

5、度和电阻增高，塑性，韧性下降。溶入的溶质原子越多，引起的晶格畸变也越大。这种由于溶质原子的溶入，使基体金属（溶剂）的强度、硬度升高的现象就叫固溶强化。2.金属化合物组成合金的元素相互化合形成一种新的晶格组成的物质。它的晶体结构与性能，和原两组元都不同，如渗碳体就是铁和碳组成的晶格复杂的碳化物，一般具有高硬度和高脆性。3.机械混合物由两种或两种以上的组元、固溶体或金属化合物按一定重量比例组成的均匀物质称为机械混合物。混合物中各组成部分仍按自己原来的晶格形式结合成晶体，如铁素体和渗碳体形成珠光体。混合物的性能取决于组成混合物的各部分的性能，及其数量、大小、分布和形态。1.1.

6、3金属的结晶1）结晶。指金属的原子由近程有序状态（液态）转变成长程有序状态（晶态）的过程。2）纯金属结晶的冷却曲线。金属液非常缓慢的冷却时，记录温度随时间而变化的曲线，如图1-6所示。出现水平线段的原因是结晶时放出大量的结晶潜热，补偿了金属向周围散失的热量。3）过冷。在实际结晶过程中，金属液只有冷却到理论结晶温度（熔点）以下的某个温度时才结晶的现象。理论结晶温度和实际结晶温度之间的温度差叫过冷度，它与冷却速度有关，冷却越快，过冷度越大，反之。图1-6冷却曲线4）结晶过程。晶体形核和成长过程。如图1-7所示，在液体金属开始结晶时，在液体中某些区域形成一些有规则排列的原子团，

7、成为结晶的核心，即晶核（形核过程）。然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大，形成晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时，新的晶核又继续产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触，液态金属完全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一，大小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界。图1-7结晶过程示意图5）单晶体。结晶后，每个晶核长成为一个晶体，称为单晶体。6）多晶体。由许多外形不规则、大小不等、排列位向不同的小颗粒晶体组成。在多晶体中，这些小颗粒晶体叫晶粒；晶粒与晶粒之间的界面叫晶界。晶粒的大小影响材料的力学、物理、化学性能，