《金属材料基础知识系列讲》课件

《金属材料基础知识》系列课程课程目标11.了解金属材料的种类及特点深入理解金属材料的特性，包括物理性能、化学性能和力学性能。22.掌握金属材料的结构和组织理解金属材料的晶体结构、晶粒组织以及相变过程。33.学习金属材料的加工工艺熟悉常见的金属加工方法，例如锻造、挤压、滚轧等。44.认识金属材料的腐蚀现象了解金属材料腐蚀的种类、原理和防腐蚀措施。55.掌握金属材料的选择和应用根据实际需求选择合适的金属材料并了解其在不同领域的应用。什么是金属材料金属材料是指由金属元素或金属元素为主组成的具有金属特性的材料。它们通常具有良好的导电性、导热性、延展性和强度等特性。金属材料的特点导电性金属材料的自由电子使其具有优异的导电性。这也是金属材料作为电线、电器元件和电极材料的重要原因。导热性自由电子可以快速传递热能，使金属材料拥有良好的导热性，这使得金属广泛应用于各种热交换器和热传递设备。延展性金属材料可以承受较大形变而不会断裂，因此可以被塑造成各种形状和尺寸。强度金属材料可以抵抗外力的作用，具有较高的强度。因此，金属材料被广泛用于承重结构和机械零件。金属的原子结构金属原子具有独特的原子结构，它们的外层电子结合力弱，很容易脱离原子核形成自由电子，形成金属键。金属键是金属材料特性的重要来源。金属晶体结构金属材料通常以晶体形式存在，即原子排列成规则的几何结构。常见的金属晶体结构包括面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和密排六方（HCP）。金属的晶体取向晶体取向是指晶体中原子排列方向，不同的取向会导致金属材料的性能差异。例如，同一材料在不同方向上的强度、延展性等性能可能会有所不同。金属的晶粒金属材料是由许多微小的晶体组成，这些晶体被称为晶粒。晶粒的大小和形状对金属材料的性能有重要影响。金属晶粒生长过程1核化阶段：在熔融金属冷却过程中，晶核开始形成。2晶粒长大阶段：晶核逐渐长大，最终形成晶粒。3晶粒长大停止阶段：晶粒之间相互接触，生长停止。金属材料相变相变是指金属材料在温度、压力等外界条件变化时，其内部结构和性质发生变化的现象。相变是金属材料性能变化的重要因素。什么是相变相变是指金属材料的物理状态或化学成分发生变化，导致材料的晶体结构、化学性质和物理性质发生变化的过程。例如，水结冰、铁磁转变等都是相变。金属相变基本类型同素异形转变金属材料在不同温度下，可以存在不同的晶体结构，例如铁在912℃以下为BCC结构，在912℃以上为FCC结构。熔化和凝固金属材料在熔点以上为液态，低于熔点以下为固态。熔化和凝固是固态与液态之间的相变。升华和凝华一些金属材料可以在固态直接转变为气态，或反之。例如，汞在常温下即可升华为气态。均匀相变和非均匀相变均匀相变在整个材料内部，相变以相同的速率进行。例如，纯金属的熔化和凝固。非均匀相变相变在材料的特定区域进行，例如合金的析出相变。铁碳合金的相变铁碳合金是金属材料中的重要组成部分，其相变过程复杂。铁碳合金的相变图可以用来预测不同温度下铁碳合金的组织结构。钢的显微组织钢的显微组织是指钢中不同相的分布状态。不同显微组织会赋予钢不同的力学性能，例如，珠光体组织的钢具有较高的强度和韧性。钢中碳含量与组织关系钢中碳含量的多少会影响其显微组织。例如，低碳钢通常以铁素体组织为主，而高碳钢通常以珠光体组织为主。钢铁的热处理热处理是指将金属材料加热到一定温度并保温一段时间，然后以一定速度冷却，以改变材料内部的显微组织，从而改善材料的性能。退火、正火和淬火退火将金属材料加热到一定温度并保温一段时间，然后缓慢冷却。目的是降低硬度，提高韧性和塑性，改善加工性能。正火将金属材料加热到一定温度并保温一段时间，然后在空气中冷却。目的是细化晶粒，提高强度和韧性。淬火将金属材料加热到一定温度并保温一段时间，然后快速冷却。目的是提高硬度，提高强度。钢的热处理工艺1加热2保温3冷却回火及其作用回火是指将淬火后的金属材料重新加热到低于淬火温度的温度，并保温一段时间后进行冷却。回火的目的是降低淬火后的脆性，提高韧性和塑性。金属材料的加工金属加工是指通过机械加工、塑性加工和表面处理等方法改变金属材料的形状、尺寸和表面性能。什么是金属加工金属加工是将金属材料加工成所需形状、尺寸和表面质量的过程，以满足各种工业应用的需求。金属常用加工方法锻造利用锤击或压力使金属材料发生塑性变形，改变材料的形状和尺寸。挤压将金属材料置于模具中，施加压力使其通过模具的孔口挤出，从而改变金属材料的形状。滚轧利用两个或多个滚轮对金属材料施加压力，使其发生塑性变形，改变材料的形状和尺寸。车削利用刀具在金属材料上旋转切割，形成圆柱形或锥形工件。锻造加工锻造是一种传统的金属加工方法，通过锤击或压力使金属材料发生塑性变形，从而改变材料的形状和尺寸。锻造可以提高金属材料的强度和韧性，并消除材料内部的缺陷。挤压加工挤压加工是将金属材料置于模具中，施加压力使其通过模具的孔口挤出，从而改变金属材料的形状。挤压加工可以生产各种形状的金属材料，例如管材、棒材、型材等。滚轧加工滚轧加工是利用两个或多个滚轮对金属材料施加压力，使其发生塑性变形，改变材料的形状和尺寸。滚轧加工可以生产各种形状的金属材料，例如板材、带材、箔材等。金属材料的腐蚀金属腐蚀是指金属材料在环境介质的作用下发生的化学或电化学反应，导致金属材料表面或内部发生破坏的现象。金属材料腐蚀概述金属腐蚀是一个普遍存在的现象，会造成巨大的经济损失。腐蚀会导致金属材料的强度降低、外观劣化，甚至导致设备失效。腐蚀的基本原理金属腐蚀的本质是金属原子失去电子，形成金属离子，并与环境介质发生反应，最终形成腐蚀产物。腐蚀的发生通常需要以下几个条件：金属材料本身的性质、环境介质的性质、温度和应力等。腐蚀的种类化学腐蚀金属材料与环境介质发生直接的化学反应，例如金属在酸、碱或盐溶液中的腐蚀。电化学腐蚀金属材料与环境介质发生电化学反应，例如金属在潮湿空气或海水中的腐蚀。腐蚀环境与因素金属腐蚀的环境因素包括温度、湿度、酸碱度、盐浓度、氧气含量和污染物等。这些因素会影响腐蚀的速率和类型。防腐蚀措施表面处理对金属材料进行表面处理，例如喷涂、镀层、氧化等，可以形成保护膜，防止金属材料与环境介质直接接触。材料选择选择具有耐腐蚀性的金属材料，例如不锈钢、铝合金等。阴极保护通过施加电流，使金属材料成为阴极，从而抑制腐蚀。环境控制控制环境条件，例如降低湿度、温度和污染物含量，可以减缓腐蚀速率。金属材料的选择金属材料的选择需要综合考虑材料的性能、成本、加工性能、腐蚀性能等因素。根据不同的应用需求，选择合适的金属材料可以提高产品质量、降低成本，并延长产品的使用寿命。金属材料的性能金属材料的性能是指金属材料在各种外力作用下的表现，包括机械性能、物理性能、化学性能和工艺性能等。性能评价指标金属材料的性能通常用一些指标来评价，例如强度、硬度、韧性、塑性、疲劳强度、耐腐蚀性等。这些指标可以反映材料的力学性能、物理性能、化学性能等。材料选择的考虑因素选择金属材料时需要考虑的因素包括：应用环境、工作温度、工作压力、载荷类型、尺寸要求、成本预算和可加工性等。金属材料的应用金属材料因其独特的特性，在各个领域都有广泛的应用，例如机械制造、汽车制造、建筑、航空航天等。金属材料在机械制造中的应用金属材料在机械制造中扮演着重要的角色，用于制造各种机械零件，例如齿轮、轴承、机床等。金属材料的强度、韧性和加工性能使其成为机械制造领域的重要材料。金属材料在汽车制造中的应用金属材料是汽车制造中不可或缺的材料，例如用于制造车身、底盘、发动机等部件。随着轻量化和高强度材料的需求不断增加，汽车制造领域对金属材料的性能要求也越来越高。金属材料在建筑领域的应用金属材料在建筑领域应用广泛，例如钢结构、铝合金门窗、金属屋面等。金属材料的强度、耐久性和可塑性使其成为建筑