电子课件-《模具材料与热处理（第二版）》-B01-2678第一章 金属材料基础知识.pptx

第一章 金属材料基础知识;;第一节 金属材料的分类; 金属是指在常温、常压下，在游离状态下呈不透明的固体状态，具有良好的导电性和导热性，有一定强度和韧性，并具有特殊光泽的物质，如金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。 金属材料是由金属元素或以金属元素为主，其他金属元素或非金属元素为辅构成的，并具有金属特性的工程材料。金属材料包括纯金属、合金、金属化合物和特种金属材料等。; 纯金属的强度与硬度一般都较低，塑性与韧性较好，在工业生产中有一定的用途，但由于纯金属的冶炼技术复杂，成本较高，因此，纯金属在使用上受到较大限制。 合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。如碳素钢是由铁和碳组成的合金，普通黄铜是由铜和锌两种金属元素组成的合金等。 ; 金属化合物是指合金中各种元素之间发生相互作用而形成的一种具有金属特性的物质。金属化合物具有熔点高、硬度高、脆性大的特性。当合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。 特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。 ;金属材料的分类;第二节 金属晶体结构;一、晶体与非晶体;1.晶格;2.晶胞;二、常见金属晶格的类型;2. 面心立方晶体;3.密排六方晶格;三、金属的实际晶体结构; 晶体的各向异性 晶体具有各向异性，沿着一个晶体的不同方向所测得的性能是不同的(如导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强度、光学数据和外表面的化学性质等)，表现出或大或小的差异。称为各向异性或异向性。晶体的异向性是因其原子的规律排列而造成的。 ;2.晶体的结构缺陷; 类型;第三节 纯金属的结晶; 大多数金属都是经过熔化、冶炼和浇注获得的。金属由液态转变为固态的过程称为凝固。通过凝固形成晶体的过程称为结晶，也就是金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。这一过程实际上是原子由一个高能量级向一个较低能量级转变的过程，所以在结晶过程中会放出一定的热量，称为结晶潜热。 ;一、冷却曲线与过冷度; 从冷却曲线上可以看出，液体金属随着时间的推移，温度逐渐下降，当冷却到某一温度时，在冷却曲线上出现一水平线段，这个水平线段所对应的温度就是金属的理论结晶温度T0，但金属在实际结晶过程中，液态金属冷却到理论结晶温度T0以下的某一温度T1时才开始结晶，这种现象称为过冷。理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差ΔT称为过冷度。 ; 液态金属的结晶过程是一个晶核形成及晶核长大的过程。当液态金属缓慢地冷到结晶温度以后，经过一定时间，首先形成一些极细小的微小晶体，称为晶核。 ; 晶核长大的实质是原子由液体向固体表面转移的过程。纯金属结晶时，晶核长大方式主要有平面长大方式和枝晶长大方式两种。 ;三、晶粒度的控制;2.控制晶粒度的方法;（2） 变质处理;（3）附加振动;四、同素异构转变; 如图所示，液态纯铁在1538℃进行结晶，得到具有体心立方晶格的δ—Fe继续冷却到1394℃时,发生同素异构转变，由体心立方晶格的δ—Fe转变为面心立方晶格的γ—Fe再冷却到912℃时，由面心立方晶格的γ—Fe转变为体心立方晶格的α—Fe上述转变过程可由下式表示: ; 同素异构转变是钢铁材料的一个重要特性，也是钢铁材料能够进行热处理的理论依据。同素异构转变是通过原子的重新排列来完成的，这一过程类似队列变换，具有以下特点: １. 同素异构转变是由晶核形成和晶核长大两个基本过程完成的，新晶核优先在原晶界处生成。 ２. 同素异构转变也有过冷(或过热)现象，而且转变过程中具有较大的过冷度(或过热度)。 ３. 在同素异构转变过程中有相变潜热产生，在冷却曲线上也出现了水平线段，但这种转变是在固态下进行的。 ４. 同素异构转变时常伴有金属的体积变化，并产生较大的内应力，这是钢热处理时导致工件变形和开裂的重要原因。 ; 同素异构转变与金属结晶过程的异同 相同点: １. 有一定的转变温度，转变时有过冷现象。 ２. 放出和吸收潜热。 ３. 转变过程也是一个形核和晶核长大的过程。 不同点: １. 同素异构转变时，新的晶核优先在原来晶粒的晶界处形核。 ２. 晶格的变化伴随着金属体积的变化，转变时会产生较大的内 应力。?