《金属的微观结构演变》课件

金属的微观结构演变欢迎来到《金属的微观结构演变》课程，这将是一段探索金属材料奇妙世界的旅程我们将深入了解金属的微观结构，揭示其构成和演变，并探究它们如何影响材料的性能和应用课程目标了解金属材料的原子结构、掌握金属的热处理技术，了学习常见的金属材料分析检掌握金属材料选择、应用、

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4.晶体结构、晶体缺陷及其对材解其对微观结构的影响及其在测方法，了解如何分析材料的成形、加工和表面处理的相关料性能的影响金属加工中的应用成分、结构、性能等知识金属材料简介定义金属是指具有金属光泽分类金属材料可以根据其化

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2.、良好导电性和导热性、可延展学成分、结构、性能等进行分类性、可塑性和可熔性等特性的元，例如铁、铜、铝、钛、镁等素或合金应用金属材料广泛应用于各个领域，包括建筑、交通、航空航天、电

3.子、机械等原子结构与键合原子结构键合类型键合强度

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33.原子由原子核和核外电子组成，原金属原子之间主要通过金属键进行金属键的强度与金属的性质有关，子核包含质子和中子，核外电子围结合，金属键是由自由电子形成的例如熔点、硬度、强度等绕原子核运动，使金属具有良好的导电性和导热性金属晶体结构晶格类型晶格参数晶体方向

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3.金属晶体结构主要有三种体心立方（晶格参数是指晶胞的边长和角度，它影响晶体方向是指晶体中原子排列的方向，它）、面心立方（）和密排六方（着金属的密度、强度、塑性等性能影响着金属的力学性能，例如拉伸强度、BCC FCC）屈服强度等HCP金属晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷点缺陷是指晶体中单个线缺陷是指晶体中原子面缺陷是指晶体中原子原子或离子位置上的偏排列的一维偏差，例如排列的二维偏差，例如差，例如空位、间隙原位错晶粒边界、孪晶等子等晶粒边界定义

1.1晶粒边界是晶体中不同晶粒之间的界面，是原子排列发生变化的区域影响

2.2晶粒边界对金属的强度、塑性、韧性、耐腐蚀性等性能有重要影响类型

3.3晶粒边界可以是低角度晶界、高角度晶界、孪晶界等多晶金属组织定义

1.多晶金属是指由多个晶粒组成的金属，每个晶粒的晶体方向和结构不同特征

2.多晶金属具有各向异性，即在不同方向上具有不同的性能控制

3.可以通过控制晶粒大小、形状和方向来控制多晶金属的性能金属的热处理方法

3.目的

2.常用的热处理方法包括退火、正火、淬火定义

1.提高金属的强度、硬度、韧性、耐腐蚀性、回火等金属的热处理是指通过控制加热和冷却条等性能件来改变金属的微观结构和性能的工艺金属的再结晶机制

2.2再结晶过程通过晶界迁移来实现，新的晶粒从旧的晶粒中长出来定义

1.1再结晶是指冷变形金属在加热到一定温度时，晶粒重新长大，恢复原来的晶体结构的现象应用

3.再结晶是金属加工中常用的热处理工艺3，可以提高金属的塑性和韧性金属的相变定义

1.1相变是指金属在特定条件下，其晶体结构或化学成分发生变化的过程类型

2.2相变可以是固态相变、液态相变、固态液态相变等-影响

3.3相变对金属的性能有重大影响，例如熔点、硬度、强度等合金状态图Fe-C合金状态图是研究钢铁组织和性能的重要工具，它描述了不同碳含量和温度下合金的相组成和相变过程Fe-C Fe-C钢铁合金的组织碳钢

1.1碳钢是铁和碳组成的合金，碳含量一般低于，根据碳含量可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢

2.11%合金钢

2.2合金钢是在碳钢的基础上加入其他合金元素，如锰、硅、铬、镍等，以提高其强度、硬度、韧性、耐腐蚀性等性能特殊钢

3.3特殊钢是指具有特殊性能的钢，例如工具钢、不锈钢、耐热钢等钢铁组织的影响因素12碳含量冷却速度碳含量是影响钢铁组织和性能的重要因冷却速度对钢铁组织有显著影响，快速素，碳含量越高，钢的强度和硬度越高冷却可以形成马氏体，而缓慢冷却可以，但塑性和韧性越低形成珠光体3合金元素合金元素可以改变钢铁的相变温度、相变速度和相变产物，从而影响其组织和性能钢铁热处理工艺退火正火淬火回火退火是指将钢加热到一定温度正火是指将钢加热到奥氏体区淬火是指将钢加热到奥氏体区回火是指将淬火后的钢加热到，保温一段时间，然后缓慢冷，保温一段时间，然后在空气，保温一段时间，然后在水中低于淬火温度的温度，保温一却，目的是降低钢的硬度和强中冷却，目的是细化晶粒，提、油中或其他介质中快速冷却段时间，然后缓慢冷却，目的度，提高其塑性和韧性高钢的强度和韧性，目的是提高钢的硬度和强度是降低钢的硬度，提高其韧性铝及铝合金的组织相铝的固溶体，具有面心立方结构，是铝合金中主要的相α相以铜为主要合金元素的中间相，具有体心立方结构β相以镁为主要合金元素的中间相，具有六方密排结构γ相以硅为主要合金元素的中间相，具有单斜晶系结构θ以铜为主要合金元素的第二相，具有正方晶系结构Al2Cu铝合金的组织取决于合金元素的种类和含量，以及热处理工艺铜及铜合金的组织铜合金的组织主要包括相、相、相等，不同的相具有不同的力学性能和耐腐蚀性能αβγ镍及镍合金的组织镍合金的组织取决于合金元素的种类和含量，以及热处理工艺常见的镍合金组织包括固溶体、中间相、第二相等镁及镁合金的组织相相

11.α

22.β镁的固溶体，具有六方密排结以铝为主要合金元素的中间相构，是镁合金中主要的相，具有体心立方结构相

33.γ以锌为主要合金元素的中间相，具有六方密排结构钛及钛合金的组织相α1钛的固溶体，具有六方密排结构，是钛合金中主要的相相β2以钒、钼、铌等为主要合金元素的中间相，具有体心立方结构相α+β3相和相共存的组织，具有良好的强度和韧性αβ金属材料的耐高温性熔点

1.金属的熔点是衡量其耐高温性能的重要指标，熔点越高，耐高温性能越好抗氧化性

2.金属在高温下容易被氧化，抗氧化性强的金属可以抵抗高温氧化，延长其使用寿命蠕变性能

3.蠕变是指金属在高温下长期承受外力而发生的缓慢变形，蠕变性能好的金属可以在高温下保持良好的强度金属材料的耐腐蚀性电化学腐蚀化学腐蚀

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2.电化学腐蚀是指金属与电解质溶化学腐蚀是指金属与非电解质溶液发生化学反应而引起的腐蚀，液发生化学反应而引起的腐蚀，例如铁在潮湿空气中生锈例如金属在酸性环境中被腐蚀腐蚀防护

3.常用的腐蚀防护方法包括涂层、电镀、合金化等材料显微组织观察光学显微镜电子显微镜扫描探针显微镜

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3.光学显微镜是观察材料电子显微镜可以获得更扫描探针显微镜可以获显微组织最常用的工具高的放大倍数，可以观得材料表面的纳米级图，它可以观察到材料的察到更微小的结构，例像，可以观察到材料的晶粒、相、缺陷等特征如晶体缺陷、第二相等表面形貌、原子排列等金属材料分析检测方法123化学成分分析结构分析性能测试化学成分分析是确定金属材料中各元素含结构分析是确定金属材料的晶体结构、晶性能测试是评估金属材料的力学性能、热量的过程，常用的方法包括光谱分析、射粒大小、相组成等信息的過程，常用的方学性能、电学性能等指标，常用的方法包X线荧光分析等法包括射线衍射分析、电子显微镜分析等括拉伸试验、硬度试验、冲击试验等X显微分析SEM原理

1.扫描电子显微镜（）是一种利用电子束扫描样品表面，并通过检测二SEM次电子、背散射电子等信号来获得样品表面形貌和成分信息的技术应用

2.可以用于观察材料的表面形貌、晶粒、相、缺陷等，还可以用于SEM元素分析优势

3.具有高分辨率、大景深、样品制备简单等优点SEM显微分析TEM应用

2.可以用于观察材料的晶粒、相、缺陷2TEM、纳米材料等，还可以用于晶体结构分原理

1.析1透射电子显微镜（）是一种利用电TEM子束穿透样品，并通过透射电子来获得样品内部结构信息的技术优势

3.具有超高分辨率、可以观察样品内部TEM3结构等优点金相显微镜分析原理

1.金相显微镜是一种利用可见光照射样品，并通过透射光或反射光来获得样品显微组织1信息的技术应用

2.2金相显微镜可以用于观察材料的晶粒、相、缺陷、组织等，还可以用于材料的定量分析优势

3.3金相显微镜具有操作简单、成本低廉等优点射线衍射分析X射线衍射分析是利用射线照射样品，通过分析衍射图案来确定材料的晶体结构、晶粒大小、相组成等信息的技术X X材料力学性能测试拉伸试验硬度试验冲击试验

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3.拉伸试验是测量材料在拉伸负荷下的力学硬度试验是测量材料抵抗压痕的能力，可冲击试验是测量材料抵抗冲击负荷的能力性能，可以得到材料的强度、塑性、韧性以得到材料的硬度值，反映材料的抗变形，可以得到材料的韧性值，反映材料的抗等指标能力脆性能力材料热分析测试差热分析

1.1差热分析（）是测量材料在受热或冷却过程中，与参比物质之间DTA的温差变化，可以用于分析材料的相变、熔点、分解温度等热重分析

2.2热重分析（）是测量材料在受热或冷却过程中，质量变化随温度TGA变化的关系，可以用于分析材料的分解、氧化、挥发等过程热机械分析

3.3热机械分析（）是测量材料在受热或冷却过程中，尺寸变化随温TMA度变化的关系，可以用于分析材料的热膨胀系数、玻璃化转变温度等材料化学成分分析光谱分析射线荧光分析质谱分析

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2.X

3.光谱分析是利用物质对不同波长光线的吸射线荧光分析（）是利用射线照射质谱分析（）是利用带电离子在磁场中X XRFX MS收、发射或散射特性来分析物质的化学成样品，分析样品发射的特征射线来确定的运动轨迹来分析物质的化学成分X分，常用的方法包括原子发射光谱分析、其化学成分原子吸收光谱分析等材料数字化分析平台数据采集数据处理

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2.利用各种仪器设备对材料进行测对采集到的数据进行处理、分析试分析，收集材料的化学成分、和建模，建立材料数据库，为材结构、性能等数据料设计和应用提供数据支撑数据应用

3.利用材料数据库和分析模型，对材料进行预测、优化和设计，提高材料的性能和应用效率金属材料选择与应用机械制造建筑工程航空航天

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3.金属材料在机械制造中金属材料在建筑工程中航空航天领域对材料性应用广泛，例如钢材、也应用广泛，例如钢筋能要求极高，例如钛合铝合金、铜合金等，用、钢结构、铝合金门窗金、铝合金等，用于制于制造各种机器设备、等，用于建造房屋、桥造飞机、火箭、卫星等工具、零部件等梁、隧道等金属材料成形工艺挤压

3.轧制

2.挤压是指将金属坯料通过模具，在压力下锻造

1.轧制是指将金属坯料通过轧辊之间的间隙使其发生塑性变形，从而获得所需形状的锻造是指将金属坯料在锻锤或压力机的作，使其发生塑性变形，从而获得所需形状工艺用下，使其发生塑性变形，从而获得所需的工艺形状的工艺金属材料加工工艺磨削加工

2.磨削加工是指利用砂轮或磨石等磨具对2金属材料进行磨削，使其表面光滑、精

1.切削加工度提高的工艺1切削加工是指利用刀具切削金属材料，使其去除材料，获得所需形状和尺寸的工艺

3.焊接加工焊接加工是指利用加热或加压或两者结合，使金属材料熔化或塑性变形，从而3连接在一起的工艺金属材料表面处理电镀

1.电镀是指利用电化学方法在金属表面沉积一层金属或合金，以提高金属的耐腐蚀性、1装饰性、导电性等性能氧化

2.2氧化是指在金属表面形成一层氧化膜，以提高金属的耐腐蚀性、硬度、耐磨性等性能涂层

3.3涂层是指在金属表面涂覆一层涂料，以提高金属的耐腐蚀性、装饰性、绝缘性等性能金属材料的回收利用直接回收再利用二次冶炼其他金属材料的回收利用是实现可持续发展的关键，可以通过直接回收、再利用、二次冶炼等方式进行金属材料的环境影响矿山开采冶炼排放废旧金属处理

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3.矿山开采会破坏环境，例如土地占用、水冶炼过程中会排放大量废气、废水和固体废旧金属的处理不当会造成环境污染，例土流失、矿山废渣污染等废物，对环境造成污染如露天堆放、焚烧等金属材料生命周期评估提取阶段

1.1评估矿石开采、运输、加工等环节对环境的影响生产阶段

2.2评估冶炼、成形、加工等环节对环境的影响使用阶段

3.3评估产品在使用过程中的能源消耗、废物排放等对环境的影响回收阶段

4.4评估废旧产品回收、处理、再利用等环节对环境的影响金属材料可持续发展资源节约

1.减少金属材料的开采量，提高金属材料的利用效率环境保护

2.减少金属材料生产和使用过程中的环境污染回收利用

3.提高金属材料的回收利用率，减少废弃物排放金属材料发展趋势高性能合金轻质材料功能材料

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3.开发具有更高强度、耐高温性、耐腐蚀开发具有更高强度和轻质化的金属材料开发具有特殊功能的金属材料，例如智性等性能的新型合金，满足高端制造业，例如镁合金、钛合金等，降低产品重能材料、生物材料等，扩展金属材料的的需求量，提高能源效率应用领域课程总结本课程主要介绍了金属材料的通过学习本课程，学生将掌握12微观结构演变，包括原子结构金属材料的基本知识和分析方、晶体结构、晶体缺陷、热处法，并能将其应用于材料选择理、相变、性能测试等方面的、设计、加工和应用等方面内容金属材料是现代工业的重要基础材料，其发展与应用与人类社会的发展3息息相关，希望同学们能够深入学习，为金属材料的持续发展贡献力量问题讨论同学们可以根据课程内容提出问题，进行讨论，深入探讨金属材料相关的知识和应用参考资料《金属学》，郭可信等编著，清华大学出版社

1.《材料科学与工程》，著，机械工业出版社

2.William D.Callister,Jr.《金属材料学》，王润森等编著，机械工业出版社

3.《材料科学基础》，刘昌俊等编著，科学出版社

4.《金属材料分析检测方法》，刘维明等编著，冶金工业出版社

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