第一章金属材料基本知识

教学目的：通过本章的教学和实验，要求学生

1、能够应用铁碳合金相图解决解决简单的实际生产的具体问题；

2、了解金属与合金的结构和结晶，金属的腐蚀与防护的基本知识；教学重点：铁碳合金相图。教学难点：铁碳合金相图教学时数：4学时教学形式与方法：以课堂理论讲授为主(Metalmaterialbasicknowledge)第一章金属材料基本知识第一节

金属材料的主要性能食品工程系葛飞基本概念：1、使用性能：良好的机械性能；较好的化学稳定型；一定的物理性能2、工艺性能：可铸性；可锻性；可焊性；可切削性；热处理性一、金属材料的力学性能：·力学性能定义：金属材料在外力（载荷）作用下所表现出的抵抗变形和破坏的能力。·力学性能分类：强度、塑性、硬度、冲击韧性等。（一）强度1、定义：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力2、拉伸实验简介：1)标准拉伸试样：2)拉伸实验：

3、低碳钢的拉伸曲线（F—L曲线）：分6个阶段：（1）弹性变形阶段oe（2）塑性变形阶段es；（3）屈服阶段sa；（4）伸长阶段ab；（5）颈缩阶段bk；（6）断裂阶段k。（一）强度4、内力F、应力σ的概念：σ=F/S5、强度分类：（1）抗拉强度σb（2）屈服强度σs（二）塑性1、定义：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力2、性能指标：（1）断面收缩率：试样被拉断时，缩颈处横截面的最大缩减量ΔS与原始横截面面积的百分比，即：Ψ=（ΔS/S0

）×100％。（2）断后伸长率：试样被拉断时，标距长度的伸长量Δl与原始标距l0的百分比，即：δ=（Δl/l0

）×100％。3、意义：（三）硬度1、测定方法：压入法2、分类：

A、布式硬度HB（1）方法简介：压痕面积了解测定方法；了解公式；了解压头；（2）特点：（3）应用原则：HB<450HBS;450<HB<650HBW（4）适用范围：B、洛氏硬度HR：HRAHRBHRCC、维氏硬度HV：D、里氏硬度HL（四）冲击韧性·引语：冲击载荷的意义1、定义：2、定义式：3、冲击试验：摆锤式一次冲击试验；多次冲击试验4、影响因素：温度T；内部组织结构；

（五）疲劳强度·引语：疲劳强度的意义1、疲劳的定义：2、疲劳强度的定义：二、金属材料的工艺性能（自做表格）可铸性；可锻性；可焊性；可切削性；可热处理性三、其它性能1、物理性能：比重；熔点；热膨胀性能；导热性；带电性2、化学性能：耐酸性；耐碱性；耐蚀性；热稳定性等第二节

金属的结晶与合金的结构

TheStructureofMetalandAlloy食品工程系葛飞一、金属的晶体结构1、金属材料的性能例；T8（Wc=0、8%）2、组织定义：可直接或借助仪器观察到的材料内部组成形貌，如各组成部分的大小、形态、分布状况和相对数量等

（一）晶体的概念按照原子排列的特征不同，可以分为：1、非晶体：无规则排列，如：松香、玻璃、沥青等，不具有固定熔点，具有各向同性2、晶体：规则排列，如：食盐、石墨、金刚石、固态金属等具有固定熔点（铁为1538℃），具有各向异性（二）金属晶体结构的基本知识1、晶格2、晶胞（三）、常见金属的晶格类型：1、VCC：F1.6例：2、FCC：F1.7例：3、DCC：F1.8例：（四）金属的实际晶体结构：1、单晶体与多晶体：2、晶体的缺陷（三）合金的晶体结构金属：1、基本概念：合金、组元、相、组织2、相结构固溶体:置换固溶体\间隙固溶体固溶强化定义金属化合物:3、多相复合组织：二、金属结晶过程和同素异构转变（一）金属的结晶：（1）结晶的概念：热分析法：理论结晶温度、冷却曲线、过冷度：(2)、结晶的过程：晶胚→晶核

(3)、晶粒大小及其控制：晶粒↓，αk、σb、δ↑→“细晶强化”a、一般冷却速度越快，过冷度越大，细晶强化但冷却速度过快，过冷度太大，形核率N减小，适得其反b、变质处理定义：（固态变质剂）在液态金属浇注前专门加入可成为非自发晶核的固态变质剂，增加晶核数，提高形核率，达到细化晶粒的目的。。c、振动：d、其他方法：压力加工，热处理3、铸锭组织：（二）合金的结晶·介绍结晶的复杂性！多相组织·合金相图定义：·合金相图意义：1、二元合金相图：（1）简介：热分析法；液相线L；固相线D；两相区（2）匀晶合金→匀晶相图例：Cu-Ni，Ag-Au，Fe-Cr但有限互溶2、性能与相图关系：（1）力学性能：（2）工艺性能：第三节

铁碳合金

BinaryPhaseDiagrams食品工程系葛飞教学目的：热分析法制作二元相图；五种基本组织；两个等温反应；四个特性点；四条特性线；六种典型铁碳合金的冷却过程分析。

教学重点：典型铁碳合金的冷却过程分析教学内容：一、二元相图1、合金的冷却凝固2、热分析法制作二元相图3、二元相图的应用4、共晶转变及其凝固

二、铁碳合金的五种基本组织

三、、铁碳相图分析1、铁碳相图简介2、两个等温反应3、四个特性点、四条特性线4、六种典型铁碳合金的冷却过程分析课堂练习课件自学课后自测·铁碳合金：碳钢；铸铁·相图的意义：·碳：固溶体；Fe3C----

Wc<6、69%、Fe2C、FeC纯铁的“同素异晶转变”·多数金属，晶格类型不变，如：Al、Cu但Fe、Co、Mn、Ti、Sn等会发生转变1、定义：2、简介纯铁的“冷却曲线”3、“重结晶”的定义：一、二元相图高温下液态室温下固态凝固过程开始凝固1、合金的冷却凝固2、热分析法制作二元相图3、二元相图的应用4、共晶转变及其凝固合金的共晶组织照片二、铁碳合金的五种基本组织1、铁素体F2、奥氏体A3、渗碳体Fe3C4、珠光体PP=F+Fe3C

5、莱氏体LdLd=A+Fe3C三、铁碳合金的分类（1）纯铁：Wc<0.0218%F（2）钢：a、亚共析钢：0.0128%<Wc<0.77%室温组织为P+Fb、共析钢：Wc=0.77%室温组织为Pc、过共析钢：0.77%<Wc<2.11%室温组织为P+Fe3C（3）铸铁：a、亚共晶铸铁：2.11%<Wc<4.33%室温组织为b、共晶铸铁：Wc=4.33%室温组织为c、过共晶铸铁：4.33%<Wc<6.69%室温组织为

2、典型铁碳合金的冷却过程分析（1）共析钢冷却过程分析：（2）亚共析钢冷却过程分析：（3）过共析钢冷却过程分析：（4）共晶铸铁冷却过程分析：（5）亚共晶铸铁冷却过程分析：（6）过共晶铸铁冷却:

1、铁碳相图简介三、铁碳相图分析2、两个等温反应AP(F+Fe3C)共析反应（727℃）LLd(A+Fe3C)共晶反应（1148℃）共析点共晶点共析线PSK共晶线ECF3、四个特性点、四条特性线纯铁熔点渗碳体熔点共晶点共析点液相线ACD固相线AECF共析线PSK共晶线ECF4、六种典型铁碳合金的冷却过程分析1、工业纯铁3、亚共析钢4、过共析钢2、共析钢6、亚共晶铸铁5、共晶铸铁7过共晶铸铁1、平衡组织和成分的关系含碳量增加，铁素体减少,Fe3C增加2、成分、组织对力学性能的影响Wc<0.9%,C%增加,强度、硬度升高，塑性、冲击韧性下降Wc>0.9%,Fe3C增加,强度、硬度降低，塑性、冲击韧性升高Wc>1.3~1.4%很少应用四、铁碳相图应用（二）选材方面的应用1、低碳钢：Wc<0.25%型材、建筑结构2、中碳钢：Wc=0.25~0.55%一般冲击（三）金属加工工艺方面的应用1、铸造工艺应用：温度---L+50～100℃；共晶铸铁2、锻压工艺应用：始锻温度、终锻温度3、热处理工艺应用：合金相图的局限性1、冷却速度2、成分的复杂性课堂练习

利用Authorware6.5制作的“二元相图”自测软件，主要实现客观题目的考核，若学生进入系统需要键入密码，即我的电话5713048，然后输入姓名、班级、考号、考号必须为6位阿拉伯数字，系统设定20分钟，系统共有填空题5个、选择题5个、判断题5个。统计出学生的考试成绩下载地址：二元相图课堂练习软件V１.0

课件自学

利用VisualBasic6.0制作的“二元相图”CAI课件，主要实现了《金属工艺学》教材中的重点与难点的“二元相图”的教学。课件大小为24.5M，压缩后仅有3.68M.下拉菜单，备有选择题、填空题及判断题供学生练习，有专业术语的解释，利于学生对教材重点内容“二元合金相图”的学习。下载地址：二元相图V3.0测试版

课后自测

利用Authorware6.5制作的考核系统，主要实现客观题目的考核，若学生进入系统需要键入“密码”，即我的电话5713048，然后输入姓名、班级、考号，考号必须为6位阿拉伯数字，系统设定60分钟，系统有填空题20个、选择题20个、判断题10个。统计出学生的考试成绩。下载地址：《金属工艺学》考试系统V2.0

第四节金属的腐蚀和防护问题：1、什么是金属腐蚀，它的实质？2、在潮湿的空气里，钢铁制品的表面为什么会形成无数微小的原电池？3、电化腐蚀和化学腐蚀的区别和联系？（从条件、现象、本质、联系考虑）4、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀发生的条件，正负极反应怎样？5、金属的防护有什么方法？金属腐蚀：是指金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化而形成金属离子的过程。化学腐蚀和电化腐蚀比较化学腐蚀电化腐蚀条件现象本质相互关系金属跟Cl2,O2等直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触无电