金属材料教学课件

金属材料教学课件欢迎参加金属材料课程。本课程将深入探讨金属材料的结构、性能、制造工艺及应用。我们将从基础知识开始，逐步深入了解各种金属及其合金的特性。课程介绍课程目标掌握金属材料的基本知识和应用技能。学习内容包括金属结构、性能、制造工艺和应用等方面。学习方法理论学习与实践操作相结合。考核方式平时作业、实验报告和期末考试综合评定。金属材料的分类按化学成分分为黑色金属和有色金属。黑色金属主要是铁及其合金，有色金属包括铜、铝、镁、钛等。按晶体结构分为体心立方、面心立方和密排六方结构。不同结构赋予金属不同的性能特征。按用途分为结构材料、功能材料和特种材料。每种类型在工程应用中有其特定用途。金属原子结构1原子核由质子和中子组成，决定元素种类。2电子层围绕原子核运动，决定化学性质。3价电子最外层电子，参与化学键合。4自由电子在金属中可自由移动，导致良好导电性。晶体结构体心立方结构如铁、钨等。每个单元晶胞有9个原子，紧密度较低。面心立方结构如铜、铝等。每个单元晶胞有14个原子，紧密度高。密排六方结构如镁、钛等。每个单元晶胞有17个原子，紧密度最高。金属的性能力学性能包括强度、硬度、塑性和韧性等。物理性能如熔点、导热性、导电性等。化学性能如耐腐蚀性、耐氧化性等。工艺性能如可锻性、可焊性、可切削性等。金属的机械性能1强度金属抵抗永久变形或断裂的能力。通过拉伸试验测定。2硬度金属抵抗局部塑性变形的能力。使用硬度计测量。3塑性金属在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。4韧性金属吸收能量并在断裂前产生塑性变形的能力。塑性变形弹性变形应力去除后，金属能恢复原状。屈服点开始产生永久变形的临界点。塑性变形晶体内部发生滑移和孪生。加工硬化塑性变形导致强度增加、塑性降低。金属的热处理1退火消除内应力，软化金属。2正火提高强度和韧性。3淬火提高硬度和强度。4回火降低脆性，增加韧性。金属的腐蚀化学腐蚀金属与非电解质介质直接发生化学反应。如高温氧化。电化学腐蚀金属在电解质溶液中发生的电化学反应。如大气腐蚀。防腐措施包括表面处理、阴极保护、添加缓蚀剂等方法。铁基金属定义以铁为基体的金属材料，包括纯铁、钢和铸铁。特点强度高、价格低、易加工，是最重要的工程材料。应用广泛用于建筑、机械、交通等领域。分类根据碳含量分为钢（＜2.11%）和铸铁（2.11%~4.3%）。铁碳合金铁碳相图描述铁碳合金在不同温度和成分下的相变关系。奥氏体高温下的面心立方γ-Fe固溶体。铁素体低温下的体心立方α-Fe固溶体。珠光体铁素体和渗碳体的层状组织。铸铁灰铸铁含片状石墨，机械性能较差但铸造性能好。球墨铸铁含球状石墨，综合性能优良。白口铸铁碳以渗碳体形式存在，硬度高但脆性大。可锻铸铁白口铸铁经热处理而成，塑性和韧性好。钢的分类1按成分碳钢、合金钢。2按用途结构钢、工具钢、特殊钢。3按质量普通钢、优质钢、高级钢。4按脱氧程度镇静钢、半镇静钢、沸腾钢。5按生产方法转炉钢、电炉钢、坩埚钢。钢的热处理1退火缓慢加热到临界温度以上，保温后缓慢冷却。2正火加热到临界温度以上，保温后空冷。3淬火加热到临界温度以上，保温后快速冷却。4回火淬火后再次加热到临界温度以下，保温后冷却。有色金属定义除铁、铬、锰外的金属及其合金。常见的有铜、铝、镁、钛等。特点密度小、导电导热性好、耐蚀性强，但价格较高。应用广泛应用于电子、航空航天、化工等领域。铜及其合金纯铜导电导热性好，耐蚀性强，广泛用于电气工业。黄铜铜锌合金，强度高，易加工，用于阀门、仪表等。青铜铜锡合金，耐磨性好，用于轴承、齿轮等。白铜铜镍合金，电阻率高，用于电热元件。铝及其合金轻质密度小，强度高，广泛用于航空航天。耐腐蚀表面易形成致密氧化膜，耐大气腐蚀。导电性好用于电力传输线路。可回收易回收再利用，环保性能好。镁及其合金最轻的工程金属密度仅为铝的2/3，铁的1/4。比强度高单位重量的强度高，适用于轻量化设计。减震性能好能有效吸收振动，用于汽车、电子产品。易燃性加工时需注意防火，是其主要缺点。钛及其合金1高比强度强度高，密度低，适用于航空航天。2耐腐蚀耐酸碱盐腐蚀，适用于化工设备。3生物相容性好可用于医疗植入物。4耐高温在高温下仍保持良好性能。金属材料的制造工艺原料准备选矿、破碎、筛分。冶炼还原、精炼、合金化。铸造熔炼、浇注、凝固。成型轧制、锻造、挤压等。金属材料的成型工艺轧制金属坯料通过轧机辊轮压制成薄板、型材等。锻造利用锻压设备对金属施加压力，使其塑性变形。挤压将金属坯料置于容器中，通过冲头挤出成型。拉伸将金属线材或管材通过拉拔模具，减小截面积。金属材料的焊接熔焊包括电弧焊、气焊等。通过熔化金属实现连接。压力焊如电阻焊、摩擦焊。利用压力和热量实现连接。特种焊接如激光焊、电子束焊。适用于特殊材料或要求。金属材料的表面处理电镀利用电解原理在金属表面沉积一层其他金属。热浸镀将金属浸入熔融的镀层金属中进行镀覆。喷涂将涂料或金属粉末喷涂到金属表面并固化。表面硬化通过渗碳、渗氮等方法提高表面硬度。金属材料在工程中的应用金属材料的再利用1收集从废弃产品中收集金属材料。2分类根据金属种类进行分类。3预处理清洗、破碎等准备工作。4熔炼重新熔化金属，去除杂质。5再造将回收金属制成新的产品。金属材料的环境影响资源消耗开采金属矿石会消耗大量能源和水资源。环境污染冶炼过程可能产生废气、废水和固体废弃物。生态破坏采矿活动可能导致植被破坏和生态系统改变。回收利用金属回收可显著减少环境影响和资源消耗。金属材料发展趋势轻量化开发更轻、更强的合金，满足节能减排需求。功能化开发具有特殊功能的金属材料，如形状记忆合金。纳米化研究纳米级金属材料，提高性能。绿色化发展环境友好的金属材料和加工工艺。课程总结知识体系构建了从原子结构到工程应用的金属材料知识体系。实践能力通过实验和案例分析，提升了实践操作和分析能