《金属材料概论》课件

金属材料概论本课程将深入探讨金属材料的定义、性质、分类、结构以及加工工艺我们将着重介绍不同类型金属材料的特性及其在各个领域的应用，并探讨金属材料的腐蚀和防护措施课程介绍目标内容了解金属材料的基本知识，掌握金属材料的性能和应用，为后续专业学从习金和属实材际料工的作定打义下和基特础性入手，涵盖结构、性能、加工工艺、腐蚀与防护、应用等方面，并结合实例进行讲解金属材料的定义和特性定义金属材料是由金属元素或以金属元素为主组成的材料，具有金属键合结构，呈现出良好的导电性、导热性、延展性和光泽特性金属材料具有良好的导电性、导热性、延展性、强度、韧性、耐腐蚀性等特性，这些特性使其在各个领域发挥着重要作用金属材料的分类黑色金属有色金属以铁为主要元素的金属材料，如除黑色金属外的金属材料，包括钢铁、铸铁等具有强度高、价铜、铝、锌、锡、铅等，具有良格低廉等优点，广泛应用于建好的导电性、导热性、耐腐蚀性筑、机械、交通等领域等特点，广泛应用于电子、化工、航空航天等领域特种金属材料具有特殊性能的金属材料，包括金属陶瓷、金属基复合材料、金属间化合物等，在航空航天、电子信息等领域具有重要应用价值金属的结构金属材料的结构主要包括晶体结构和非晶体结构，其中晶体1结构是金属材料最常见的结构形式晶体结构是指原子在空间中规则排列形成的周期性结构2常见的金属晶体结构有体心立方结构（BCC）、面心立方结构（FCC）、密排六方结构（HCP）等不同的晶体结构决定了金属材料不同的性能，例如强度、延展性、硬度等除了晶体结构，金属材料也可能存在非晶体结构，即原子在3空间中无序排列非晶体结构的金属材料通常具有较高的强度、韧性、耐磨性等特性，但其加工难度较大晶体结构体心立方结构面心立方结构密排六方结构原子在立方体的顶点和原子在立方体的顶点和原子在六角形的顶点和中心位置排列，例如面心位置排列，例如面心位置排列，例如铁、铬、钨等铝、铜、银、金等镁、锌、钛等晶粒和晶界晶粒晶界金属材料中具有相同晶体结构和取向的原子集合，晶粒大小不和同形晶状粒对之材间料相性邻能区有域重，要是影原响子排列不规则的区域，晶界是金属材料的重要结构特征，影响材料的强度和韧性12点阵缺陷空位晶格中缺少一个原子，影响材料的强度和塑性间隙原子一个原子位于晶格间隙位置，影响材料的强度和硬度位错晶格中原子排列的局部错位，影响材料的塑性和强度金属的力学性能强度金属材料抵抗外力破坏的能力，衡量标准包括抗拉强度、抗压强度等硬度金属材料抵抗外力压入的能力，衡量标准包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等塑性金属材料在外力作用下发生塑性变形的能力，衡量标准包括伸长率、断面收缩率等韧性金属材料抵抗外力冲击和断裂的能力，衡量标准包括冲击韧性、弯曲韧性等拉伸性能1屈服强度材料开始发生塑性变形时的应力2抗拉强度材料断裂时的最大应力3伸长率材料断裂后长度的增加量与原长度的比值4断面收缩率材料断裂后断面面积的减少量与原断面面积的比值硬度布氏硬度洛氏硬度维氏硬度用一定大小和形状的压头在材料表面压入，测量用压一痕定面大积小大和小形来状确的定压硬头度在材料表面压入，测量用压一痕定深大度小来和确形定状硬的度金刚石压头在材料表面压入，测量压痕对角线长度来确定硬度塑性和韧性塑性1金属材料在外力作用下发生永久变形的能力，也称为可塑性韧性2金属材料抵抗冲击和断裂的能力，也称为冲击韧性或弯曲韧性金属的热处理退火1将金属加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，可以使金属软化、消除内应力，改善加工性能淬火2将金属加热到一定温度，保温一段时间，然后快速冷却的热处理工艺，可以使金属硬化、提高强度，但也会增加脆性回火3将淬火后的金属再加热到一定温度，保温一段时间，然后冷却的热处理工艺，可以降低金属的硬度和脆性，提高其韧性退火目的过程降低硬度、提高塑性、消除内应力，改善金属材料的加工性能将金属加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，使晶粒长大，降低内部应力淬火目的过程提高硬度和强度，提高金属材料的耐磨性和抗疲劳性将金属加热到一定温度，保温一段时间，然后快速冷却，使晶体结构发生转变，形成硬度更高的马氏体组织回火目的过程降低淬火后的金属硬度和脆性，提高韧性，改善其综合性能将淬火后的金属再加热到一定温度，保温一段时间，然后冷却，使马氏体组织部分转变，降低硬度和脆性，提高韧性铁素体和铁素体钢铁素体铁的晶体结构之一，属于体心立方结构，具有较高的强度和韧性，但塑性较差铁素体钢主要由铁素体组成的钢材，具有强度高、韧性好、焊接性能良好等优点，广泛应用于建筑、机械、制造等领域铁素体的结构特点体心立方结构磁性铁原子在立方体的顶点和中心位置排列铁素体具有磁性，其磁性与铁原子的排列方式有关铁素体钢的性能强度韧性铁素体钢具有较高的强度，但铁素体钢具有良好的韧性，但其强度与含碳量有关，含碳量其韧性与含碳量有关，含碳量越高，强度越高越高，韧性越低塑性铁素体钢的塑性较差，但其塑性与含碳量有关，含碳量越高，塑性越低奥氏体和奥氏体钢奥氏体铁的晶体结构之一，属于面心立方结构，具有较高的塑性和韧性，但强度较低奥氏体钢主要由奥氏体组成的钢材，具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性等特点，广泛应用于航空航天、医疗器械、化学工业等领域奥氏体的结构特点面心立方结构无磁性铁原子在立方体的顶点和面心位置排列奥氏体通常不具有磁性，因为铁原子在空间中排列比较混乱奥氏体钢的性能塑性韧性奥氏体钢具有良好的塑性，可奥氏体钢具有良好的韧性，可以进行较大的冷变形，适用于以承受较大的冲击载荷，适用制造各种形状的零件于制造承受冲击载荷的零件耐腐蚀性奥氏体钢具有良好的耐腐蚀性，适用于制造在腐蚀环境中工作的零件马氏体和马氏体钢马氏体马氏体钢铁的晶体结构之一，属于体心四方结构，具有很高的强度和硬度，但主塑要性由和马韧氏性体较组差成的钢材，具有很高的强度和硬度，但塑性和韧性较差，常用于制造刀具、模具等需要高强度和硬度的零件马氏体的结构特点体心四方结构磁性铁原子在立方体的顶点和面心位置排列，马但氏铁体原具子有排磁列性不，规其则磁性与铁原子的排列方式有关马氏体钢的性能强度马氏体钢具有很高的强度，是所有钢材中强度最高的硬度马氏体钢具有很高的硬度，是所有钢材中硬度最高的塑性马氏体钢的塑性很差，易于断裂韧性马氏体钢的韧性很差，易于断裂铸铁定义铁碳合金，含碳量大于

2.11%，主要包括灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等特点铸铁具有较好的铸造性能，可以制造各种形状的零件，但强度和塑性较差灰铸铁结构性能碳以石墨形式存在，呈片状或团状，石墨含量越高，强度越低具有良好的减震性能，成本低廉，但强度和塑性较差，耐磨性也不好球墨铸铁结构性能碳以球状石墨形式存在，强度和塑性都比灰铸铁好强度高、塑性好、减震性能良好，广泛应用于制造各种机械零件可锻铸铁结构性能碳以片状石墨形式存在，经过可锻化处理后，石墨形态转变为团状或球强状度高、韧性好，具有良好的抗冲击性能，广泛应用于制造承受冲击载荷的零件有色金属材料定义除铁以外的金属材料，包括铜、铝、锌、锡、铅等，通常具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性等特点应用广泛应用于电子、化工、航空航天、建筑等领域，在现代科技和社会发展中发挥着重要作用铜及铜合金特点导电性、导热性、耐腐蚀性优异，具有良好的加工性能和装饰性应用广泛应用于电子、电力、建筑、机械、化工、艺术等领域，例如电线电缆、管道、装饰材料、工具等铝及铝合金特点密度低、强度高、耐腐蚀性好，可回收利用，是重要的轻金属材料应用广泛应用于航空航天、汽车、建筑、包装、电子等领域，例如飞机机身、汽车部件、建筑材料、包装材料等镁及镁合金特点密度最低的金属材料，强度高、比强度高，是重要的轻质合金材料应用主要应用于航空航天、汽车、电子等领域，例如飞机零部件、汽车零部件、电子产品外壳等特种金属材料定义具有特殊性能的金属材料，包括金属陶瓷、金属基复合材料、金属间化合物等，在航空航天、电子信息等领域具有重要应用价值应用在航空航天、电子信息、生物医药等领域发挥着重要作用，推动着高新技术的发展金属陶瓷特点应用将金属和陶瓷材料复合，兼具金属和陶瓷材料的优异性能，例如高强度广、泛高应硬用度于、航耐空高航温天、、耐机腐械蚀、等电子、生物医药等领域，例如发动机部件、刀具、轴承、生物材料等金属基复合材料特点应用将金属材料与其他材料复合，例如纤维、陶瓷、金属间化合物等，可以广获泛得应更用高于的航强空度航、天韧、性汽、车耐、高机温械、、耐电腐子蚀等等领性域能，例如飞机机身、汽车部件、发动机部件、电子器件等金属间化合物特点应用由两种或两种以上金属元素通过化学键合形成的化合物，具有特殊的性广能泛，应例用如于高航强空度航、天高、硬机度械、、耐电高子温、、生耐物腐医蚀药等等领域，例如发动机部件、刀具、模具、生物材料等金属材料的加工工艺铸造将液态金属浇入模具中，冷却凝固成型，适合制造形状复杂的零件1锻造利用机械力对金属材料进行塑性变形，提高其强度、韧性、致密性，适合制造高强度、高韧性的零件2焊接利用热或压力将金属材料熔接在一起，适合制造大型结构或复杂结构的零件3铸造过程将液态金属浇入模具中，冷却凝固成型，主要包括熔炼、浇注、凝固、清理等工序特点适合制造形状复杂的零件，生产效率高，成本低廉，但铸造件的强度和塑性较差锻造过程利用机械力对金属材料进行塑性变形，主要包括预热、成形、冷却等工序特点可以提高金属材料的强度、韧性、致密性，适合制造高强度、高韧性的零件，但生产效率低，成本较高焊接过程利用热或压力将金属材料熔接在一起，主要包括熔化、凝固、冷却等工序特点适合制造大型结构或复杂结构的零件，可以将不同的金属材料连接在一起，但焊接质量受多种因素影响金属材料的腐蚀与防护定义金属材料在周围环境的作用下，表面发生化学或电化学反应，导致金属材料性能下降或失效的现象危害金属材料腐蚀会导致材料强度降低、性能下降、寿命缩短，造成经济损失和安全隐患腐蚀的类型化学腐蚀电化学腐蚀金属材料与周围环境中的物质直接发生化学反应，例如金属与酸、碱金、属盐材的料反在应电解质溶液中形成微电池，发生电化学反应，例如金属在潮湿空气中的腐蚀腐蚀的机理电化学腐蚀化学腐蚀金属在电解质溶液中形成微电池，发生电化学反应，导致金属表面发金生属氧材化料，与形周成围金环属境氧中化的物物或质金直属接盐发，生造化成学金反属应材，料例腐如蚀金属与酸、碱、盐的反应，导致金属表面发生氧化，形成金属氧化物或金属盐，造成金属材料腐蚀腐蚀的防护措施表面处理改变金属成分在金属表面进行涂层、镀层、氧在金属中添加合金元素，提高金化等处理，隔绝金属与腐蚀性环属材料的耐腐蚀性能，例如添加境接触，例如涂漆、镀锌、阳极铬、镍等元素，形成不锈钢氧化等电化学保护利用电化学原理，对金属材料进行保护，例如阴极保护、阳极保护等金属材料的应用航空航天领域金属材料是航空航天器制造的重要材料，例如机身、机翼、发动机等部件1汽车工业金属材料是汽车制造的重要材料，例如车身、底盘、发动机等部件2电子电气领域金属材料是电子电气设备制造的重要材料，例如导线、电缆、芯片、电路板等3航空航天领域应用铝合金、钛合金、镁合金、高温合金等是航空航天领域中应用最为广泛的金属材料，用于制造飞机机身、机翼、发动机、火箭、卫星等特点这些金属材料具有高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等特点，能够满足航空航天器在极端环境下的使用要求汽车工业应用钢铁、铝合金、镁合金等是汽车工业中应用最为广泛的金属材料，用于制造汽车车身、底盘、发动机、轮毂等特点这些金属材料具有强度高、韧性好、重量轻、耐腐蚀等特点，能够满足汽车在各种路况下的使用要求电子电气领域应用铜、铝、金、银、铂等是电子电气领域中应用最为广泛的金属材料，用于制造导线、电缆、芯片、电路板、连接器等特点这些金属材料具有导电性好、导热性好、耐腐蚀等特点，能够满足电子电气设备在各种环境下的使用要求本课程内容总结知识点本课程涵盖了金属材料的定义、特性、分类、结构、性能、加工工艺、腐蚀与防护、应用等方面，为后续专业学习和实际工作打下基础学习目标通过本课程的学习，应掌握金属材料的基本知识，了解不同类型金属材料的特性，并能将其应用于实际问题解决课程思考和讨论本课程内容仅为金属材料概论的初步介绍，同学们可以继续深入学习相关专业知识欢迎大家提出问题，进行讨论，共同学习，共同进步。