电子课件-金属材料与热处理（第七版）.docx

绪论 一、金属材料的发展历程及其在现代工业中的地位 新材料时代 钢铁时代 铁器时代 石器时代 硅时代 青铜器时代 水泥时代 材料发展经历的七个时代 金属材料在现代化建设中的应用 二 、学习本课程的目的 作为一名技术工人，从手中的工具到加工 的零件，我们每天都要与各种各样的金属材料 打交道，为了能够正确地认识和使用金属材料， 合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发 挥它们的作用，我们就必须比较深入地学习有 关金属材料的知识。金属材料与热处理正是这 样一门研究金属材料的成分、热处理与金属材 料的性能间的关系和变化规律的学科。 三 、本课程的特点及学习方法 外因 外因 热处理 成分 性能 用途 内因 金属材料的成分、热处理与性能的关系 第一章 金属的结构与结晶 1-1金属的晶体结构 一、晶体与非晶体 晶体与非晶体的对比 项 目 晶体 非晶体 定义 原子呈有序、规则排列的物质 原子呈无序、无规则堆积的物质 性能特点 具有规则的几何形状 有一定的熔点，性能呈各向异性(在各方向上表 现出不同的性能) 没有规则的几何形状 没有固定的熔点，性能呈各向同性(在各方向 上表现出相同的性能) 典型物质 石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶 二、 金属的晶格类型 金属的晶格类型是指金属中原子排列的规律。 晶格是由许多形状 、 大小相同的小几何单元重复堆积 而成的 。 我们把其中能够完整地反映晶体晶格特征的最小 几何单元称为晶胞。 a) b) 晶格和晶胞示意图 金属中原子的排列情况a) 晶格 b) 晶胞 金属中原子的排列情况 绝大多数(约占85%)金属属于三种简单晶格类型。 常见的三种金属晶格类型 名称 结构特点 晶胞示意图 典型金属 体心立方晶格 晶胞是一个 立方体，原子 位于立方体的 八个顶点和立 方体的中心 原子排列模型 晶胞 晶胞原子个数 钨(W)、钼(Mo)、 钒(V)、铌(Nb)、钽 (Ta)、铬(Cr)及a—铁 (a—Fe)等 面心立方晶格 晶胞是一个 立方体，原子 位于立方体的 八个顶点和六 个面的中心 原子排列模型 品胞 晶胞原子个数 金(Au)、银(Ag)、 铜(Cu)、铝(Al)、铅 (Pb)、镍(Ni)及γ一铁 (γ—Fe)等 密排六方晶格 晶胞是一个 正六校柱，原 子除排列于柱 体的每个顶点 和上、下两个 底面的中心外， 正六棱柱的中 心还有三个 原子 原子排列模型 晶胞 晶胞原子个数 镁(Mg)、铍(Be)、 镉(Cd)、锌(Zn)等 三、 单晶体与多晶体 只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体。 多晶体是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的 小晶体组成的，小晶体称为晶粒，晶粒间交界的地方称为晶 界。 界。 单晶体 多晶体 四、 晶体的缺陷 常见的晶体缺陷及影响 类型 名称 缺陷示意图 说明 对性能的影响 点缺陷 间隙 原子 间隙原子 空位 原子 置代 原子 点缺陷是指晶体在三维 方向上尺寸很小，不超过 几个原子直径的缺陷。常 见的点缺陷有间隙原子、 空位原子和置代原子 在宏观上，使材料的 强度、硬度和电阻增 加，同时使处于缺陷处 的原子易于移动 空位 原子 置代 原子 线缺陷 刃位错 刃位错 线缺陷是指晶体某一平 面中呈线状分布的缺陷， 它的具体形式为位错。最 常见的位错为刃位错 在位错周围，由于错 排晶格产生较严重的畸 变，所以内应力较大。 位错很容易在晶体中移 动，位错的存在在宏观 上表现为使金属材料的 塑性变形更加容易 续表 类型 名称 缺陷示意图 说明 对性能的影响 晶界 亚晶界 面缺陷 面缺陷是指在晶体的空 间中分布着的较大的缺陷。 常见的面缺陷有金属晶体 中的晶界和亚晶界 晶界处的原子排列极 不规则，造成晶格畸变 而处于不稳定状态，高 温下晶界处的原子极易 扩散。而在常温下，晶 界使金属的塑性变形阻 力增大 在宏观上表现为晶界 较晶粒内部具有更高的 强度和硬度。因此，晶 界越多，金属材料的力 学性能越好 注：金属的性能主要包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能等，这里主要指材料在受到外力作用时表现出 的强度、硬度等力学性能的改变。 §1-2 纯金属的结晶 结晶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。 *一、纯金属的结晶过程 结晶时的冷却曲线及过冷度示意图 金属的结晶过程由晶核的产生(形核)和生成枝晶(长大) 两个基本过程组成，并且这两个过程是同时进行的。 散热方向 长大-形核 长大- 形核 - 长大的枝晶 相互接触 金属结晶过程示意