《金属与金属材料》课件

《金属与金属材料》课程简介本课程介绍金属和合金的性质、结构、加工和应用涵盖了金属材料的基础知识，以及材料科学和工程的基本原理金属的定义和特性定义特性12金属是具有光泽、延展性、导电性和导热性的一类物质金属金属的特性包括良好的导电性和导热性、延展性、韧性、强原子以金属键结合形成金属晶体，具有独特的物理和化学性度、硬度、熔点等，这些特性使得金属成为广泛应用于各种工质业和生活领域的材料分类应用34根据金属的化学成分和物理性质，可将金属分为黑色金属和有金属广泛应用于建筑、机械、航空航天、电子等领域，是现代色金属两大类，如铁、铜、铝等社会不可或缺的重要材料金属的基本结构原子结构晶体结构晶格结构金属材料主要由金属原子组成原子内部金属原子以规则的排列方式形成晶体结晶体结构可以被简化为晶格结构，晶格结包含原子核和围绕原子核运动的电子构，常见的晶体结构包括体心立方、面心构是由许多相同的晶胞组成的晶胞是晶立方和密排六方格中最小的重复单元金属的晶体结构金属原子以规则的方式排列，形成晶格结构常见的金属晶格类型包括面心立方FCC、体心立方BCC和密排六方HCP不同的晶格结构决定了金属的物理和机械性能，例如强度、硬度、延展性等金属的塑性变形定义1金属的塑性变形是指在外力作用下，金属材料发生永久性形状改变而不发生断裂的现象机制2金属的塑性变形主要由晶体内部的位错运动引起的，位错是指晶体结构中的一种缺陷，在应力作用下，位错会沿着滑移面移动影响因素3金属的塑性变形程度受多种因素影响，例如金属的种类、温度、应变速率、晶粒尺寸等金属的强化方法细化晶粒固溶强化减小晶粒尺寸，增加晶界数量，提高强度和硬添加合金元素，形成固溶体，提高强度和硬度度形变强化弥散强化通过塑性变形，增加位错密度，提高强度和硬在金属基体中形成弥散的第二相，阻碍位错运度动，提高强度和硬度金属的热处理金属热处理是通过控制加热和冷却速度来改变金属的微观结构，从而改善其性能的技术退火1降低硬度和强度，提高塑性正火2改善金属的性能和组织淬火3提高金属的硬度和强度回火4降低淬火金属的硬度和脆性常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和回火每种热处理方法都会导致金属组织结构发生变化，进而改变其物理和机械性能金属的相变固态相变影响因素相变类型金属在固态下发生的一种结构变化，温度、压力和合金元素的含量都会影常见的相变类型包括同素异形转通常伴随着性质的变化，例如硬度和响金属的相变变、共析转变、共晶转变强度铁碳合金系统铁碳合金是铁和碳组成的合金，是金属材料中应用最广泛的一种铁碳合金中碳的含量决定其性能和用途铁碳合金包括钢和铸铁钢是含碳量低于

2.11%的铁碳合金，具有高强度、韧性好等优点铸铁是含碳量高于

2.11%的铁碳合金，具有高硬度、耐磨性好等特点铁碳合金系统研究铁和碳在不同温度和压力下形成的相和组织，并探讨其对材料性能的影响铁的相图和组织铁碳合金相图铁的组织结构铁的显微组织铁碳合金相图展示了不同温度下铁和碳的铁的组织结构是指铁碳合金中各相的排列显微组织是指用显微镜观察到的铁碳合金相变关系，揭示了不同组织的形成规律方式，影响着材料的性能的组织结构，能更直观地了解材料的内部结构钢的分类与性能碳素钢合金钢含碳量是关键指标含碳量高，强度和硬度高，但延展性和韧性添加合金元素，例如铬、镍、锰等，以提高钢的强度、耐腐蚀性低和耐高温性分为低碳钢、中碳钢和高碳钢包括不锈钢、工具钢、耐热钢等铸铁的性能及应用铸铁的性能铸铁的应用铸铁具有高强度、高硬度、高耐•机械部件机床床身、发动磨性和良好的减震性能机缸体、齿轮、轴承等铸铁的缺点是塑性差、脆性大、•建筑材料管道、排水沟、井盖、路面等易断裂，无法承受冲击载荷•日常生活用品锅、壶、水龙头、暖气片等铸铁的类型•灰铸铁•球墨铸铁•可锻铸铁有色金属及合金概述铜铝铜拥有优异的导电性和导热性，广泛应铝轻盈且耐腐蚀，是航空航天、汽车和用于电子、电气和建筑领域包装行业的理想材料钛贵金属钛具有高强度、耐腐蚀和生物相容性，金、银和铂等贵金属因其耐腐蚀性和高在航空航天、医疗和体育器材等领域发价值，被广泛应用于珠宝、电子和金融挥重要作用领域铜及铜合金优异导电性良好的耐腐蚀性优良的加工性能广泛应用于电子电器、电力设备等领域在潮湿环境中不易锈蚀，延长使用寿命易于塑形、加工，广泛应用于装饰、建筑等领域铝及铝合金铝的性质铝合金铝是银白色轻金属，具有良好的导电、导热、延展性和耐腐蚀铝合金是铝与其他金属元素形成的合金，具有更强的强度、硬度性和耐磨性铝的密度低，约为铁的三分之一，广泛应用于航空航天等领域常见的铝合金包括铝铜合金、铝镁合金和铝硅合金，应用于汽车、建筑和机械制造等行业镁及镁合金轻质材料高比强度12镁是世界上最轻的结构金属，密度仅为铝的2/3，所以镁合金与同体积的铝合金相比，镁合金的强度更高，可用于制造承受具有优异的比强度和比刚度，可用于制造轻量化零件高负载的零件，例如汽车和飞机的结构件优异的加工性能优良的耐腐蚀性34镁合金易于加工，可以采用多种加工方法制造各种形状的零镁合金在空气中表面会形成一层氧化膜，能够有效地防止腐件，例如铸造、挤压、锻造和切削蚀，延长其使用寿命钛及钛合金轻质且坚固耐腐蚀钛密度低，强度高，与钢铁相比，钛钛对大多数酸、碱和盐的耐腐蚀性合金具有更高的强度重量比强，在多种环境中保持稳定生物相容性应用广泛钛具有良好的生物相容性，在医疗领钛合金应用于航空航天、医疗、化工域广泛应用，例如人工关节、骨骼固等领域定器等金属的腐蚀与防护腐蚀类型腐蚀影响因素金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学金属的腐蚀速度受多种因素影腐蚀，化学腐蚀是指金属与周围响，包括金属本身的性质、环境环境中的气体或液体直接发生化介质的性质、温度、应力等学反应而引起的腐蚀，而电化学腐蚀则是由于金属表面存在电位差而引起的腐蚀防护方法腐蚀测试常见的金属腐蚀防护方法包括表为了评估金属材料的耐腐蚀性面处理、涂层防护、电化学保护能，需要进行各种腐蚀测试，例等如盐雾试验、浸泡试验等金属表面热处理淬火回火表面淬火淬火是将金属加热到一定温度，保温一定回火是将淬火后的金属加热到低于淬火温表面淬火是只对金属表面进行加热和淬火时间，然后快速冷却的热处理工艺，目的度的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，目的是提高金属表面的硬是提高金属的硬度和强度的热处理工艺，目的是降低金属的硬度和度和耐磨性，而保持其内部的韧性和塑脆性，改善其韧性和塑性性金属表面镀层镀层分类镀层作用镀层类型多种多样，包括电镀、化学镀、热镀、真空镀等金属表面镀层能显著提高金属的耐腐蚀性、耐磨性、硬度、美观度等每种方法都拥有不同的特点和应用场景，例如电镀适用于大规模生产，化学镀适用于复杂形状的零件镀层还可以改变金属的表面颜色、纹理，赋予金属更多的功能和装饰性金属表面涂层涂层类型涂层功能•有机涂层•防腐蚀•无机涂层•耐磨•复合涂层•耐高温涂层工艺应用领域喷涂、浸涂、电镀等航空航天、汽车、建筑等金属的成形加工工艺铸造1将金属熔化后，灌入模具，冷却凝固成型锻造2利用锤击或压力使金属材料变形焊接3用熔焊或压焊的方法将金属工件连接切削加工4用刀具切削金属材料，达到尺寸和形状要求金属成形加工工艺是将金属材料通过各种工艺方法，使其转变为具有特定形状和尺寸的金属制品铸造工艺熔炼将金属材料加热至熔化状态熔炼过程需要控制温度和时间，以确保金属材料完全熔化并达到最佳状态浇注将熔化的金属材料注入模具中，形成所需形状的铸件浇注过程中需要控制浇注温度、速度和压力，以确保铸件的质量凝固熔化的金属材料在模具中冷却凝固，形成固态的铸件凝固过程需要控制冷却速度和冷却方式，以确保铸件的组织结构和性能清理将铸件从模具中取出，并进行清理工作清理过程包括去除浇口、毛刺、砂芯等，以确保铸件的尺寸和表面质量检验对铸件进行检验，以确保其符合设计要求和质量标准检验过程包括尺寸检验、外观检验、性能检验等锻造工艺预备1将金属坯料加热到适当温度成形2在压力机或锤子作用下变形冷却3缓慢冷却至室温锻造是一种古老的金属加工方法，通过对金属坯料施加压力使其塑性变形来改变其形状和尺寸锻造工艺通常需要高温加热，以提高金属的塑性，使它更容易变形锻造工艺可以制造出高强度、高韧性、高耐磨性的金属制品，广泛应用于航空航天、机械制造、汽车制造等领域焊接工艺熔化焊接利用高温将金属加热至熔化状态，并使之熔合在一起，形成一个整体压力焊接利用外力将金属材料压紧，使之在固态下发生结合的一种焊接方法钎焊利用熔点低于母材的金属（钎料）将母材连接在一起的一种焊接方法切削加工工艺车削1去除材料以形成圆柱形或锥形形状铣削2使用旋转刀具来创建平坦的表面钻孔3创建圆形孔磨削4使用砂轮去除材料以获得高精度表面切削加工是通过去除材料来改变金属材料形状和尺寸的工艺通常使用旋转刀具，对金属表面进行切削切削加工精度高，应用广泛，是金属加工中的重要工艺金属材料的性能测试金属材料的性能测试是评估材料的性能指标，例如强度、硬度、韧性、塑性、疲劳强度、耐腐蚀性等这些指标对材料的应用和设计具有重要的指导意义，通过测试可以了解材料的优缺点，从而选择合适的材料进行加工和使用金属材料的检验与检测

11.外观检验

22.化学成分分析肉眼观察材料表面，检查是否有裂纹、使用光谱仪等设备，测定材料的化学成气孔等缺陷分，确保符合要求

33.机械性能测试

44.微观结构分析通过拉伸试验、硬度试验等方法，评估使用显微镜观察材料的内部组织结构，材料的强度、韧性、硬度等性能指标判断材料的质量和性能金属材料的应用领域建筑汽车航空航天电子钢铁、铝合金等金属材料是现汽车制造广泛使用钢铁、铝合航空航天领域对金属材料的强铜、铝、金等金属材料在电子代建筑的重要组成部分，为高金、镁合金等金属材料，它们度、耐高温、耐腐蚀性等性能元器件、电路板、芯片等方面楼大厦、桥梁等提供结构支在车身、发动机、底盘等方面要求极高，钛合金、铝合金等应用广泛，它们是现代电子产撑发挥关键作用材料在飞机、火箭等制造中不品的核心材料可或缺金属材料发展趋势轻量化高性能化智能化金属材料的轻量化趋势日益随着科技的进步，对金属材智能化是金属材料发展的重显著，例如高强度铝合金、料的性能要求也越来越高，要方向，例如通过添加传感镁合金和钛合金等新型材料例如耐高温、耐腐蚀、高强器、智能材料等，实现材料的应用，可有效降低产品重度、高韧性等性能要求，促的自诊断、自修复和自适应量，提高燃油效率和节能环进了高温合金、耐腐蚀合金功能，提高材料的安全性、保效益和高性能金属复合材料等的可靠性和使用寿命发展总结与展望金属材料在现代工业和社会生活中发挥着至关重要的作用随着科技的不断发展，新材料的不断涌现，金属材料的应用领域也在不断拓展未来，金属材料的研究将继续朝着高性能、高效率、高环保的方向发展。