金属学与热处理绪论(崔忠圻版)

三 要求：
(1)掌握金属材料的基本概念、基本理论与基本实验 方法；
(2)掌握金属材料的成分、组织结构、工艺、性能间 关系的一般规律；
(3)了解金属材料常用的分析方法，主要是金相分析 方法。
四 参考文献： (1)材料科学基础, 西安交通大学, 石德珂 (2)工程材料, 朱张校，清华大学出版社, 2000 (3)工程材料, 丁厚福，武汉理工大学出版社, 2001
* 高的导电性和导热性； * 金属光泽； * 良好的延展性(塑性)； * 不透明
* * *电阻随温度升高而升高 ——金即属：与具非有金正的属电的阻本温质度差系别数。
ρt=ρ0 (1+αΔT)
ρ 非金属
——某些纯金属在绝 对零度附近的超导电
金属 性
T
(2) 金属与合金的定义
金属定义：具有正的电阻温度系数的物质。 合金定义：一种金属元素与另一种或几种其 它元素，经熔炼或其它方法结合而成的具有 金属特性的物质。
试用金属键模型解释： →→金属特性
非金属中：离子键、共价键等
结合键强, 具饱和性 结合键极强、方向性
——较高硬度
——很高硬度、无塑性
2 本课程的主要任务： 研究金属与合金的化学成分、加工工艺、
组织结构和性能四要素及四要素之间的关系 与变化规律。
┗ 此亦为材料科学的研究内容 —— 实际中我们最关心的是性能
1 原子种类; 2 内部原子排列的方式; 3 合金元素的存在方式; 4 内部不同尺度的各种结构缺陷
3 目的 利用上述四要素关系和规律：
（1）进行科学研究； （2）指导生产实践； （3）研制新合金材料。
二、本课程内容 1 金属材料科学研究内容：
成分、组织结构、工艺、性能 ┗ 其课程体系：
金属学、金属热处理、金属材料学、 金属性能、材料分析技术与方法等 2 本课程主要内容: 金属学： 第一 ~ 第八章 金属热处理：第九 ~ 第十章 金属材料学：第十一章 ~ 第十一章
性能取决于什么因素呢？
① 化学成分不同，性能不同
举例：
纯铝 铝合金
纯铜
σb(MPa) 40
400～600 60
铜合金 纯铁
600～700 200
40钢(退火态) 500 40钢(调质态) 800
② 化学成分相同，处理方式不同，性能不同
0.8℅C 的钢锯条→800℃，冷却方式不同 一根出炉后水冷，性硬而脆，一弯就断； 另一根随炉缓慢冷却，性软，弯曲90 ℃
不断。
又如： 石墨和金刚石均由碳原子构成， 但性能迥异。 原因：碳原子的空间排列方式不同 即内部组织结构不同
***材料科学研究的四要素及相互关系线：
化学成分 Composition
性能
组织结构
Performance Construction
内因
外因
提高材料性能的主要途径：
加工工艺 Process
一方面改变材料的化学成分，另一方面
2 工艺性能：
──材料制备、加工过程中所表现的～
铸造性能（流动性、收缩、偏析等)； 压力加工性能、冷加工性能、锻造性能等； 切削加工性； 焊接性； 热处理性能； 等等
二、力学性能： 工程材料在外力作用下所反应出来的性能 ——又称机械性能
主要包括：强度、塑性、硬度、韧性等 结构材料最重要、最基本的性能
(3) 金属中原子的结合方式
在金属晶体中，金属原子失去价电子后 成为正离子, 所有价电子成为自由电子并为 整个原子集团所公有, 所有自由电子围绕所 有原子核运动，形成电子云，金属正离子沉 电浸子在云中，并依靠与自由电 子之间的静电作用而使金属 原子结合起来形成金属晶体。 这种原子结合方式称为金属 键。
改进材料的生产工艺，进而改变材料内部的
组织结构与性能。
什么是组织结构？
材料不同层次的结构
（1）原子结构： 取决于原子种类
（2）晶体结构：
原子在空间的排列方 式
（3）组织结构（显微组织）： 在不同放大倍百度文库放大镜、显微镜下观察
到的金属的内部形貌
金属多晶体结构 显微组织 合金相形貌
材料的组织结构取决于:
强度与塑性的测定——借助应力应变曲线
1 应力应变曲线 ——拉伸实验测定
应力: σ = P/A0 (MPa)
应变: ε = ΔL/L1 =(L1-L0)/L0
σ
应 力
弹
塑
断
性 变 形
性 变 形
裂
应变ε
低碳钢的应力应变曲线
变形三阶段： (1) 弹性变形、 (2) 塑性变形、 (3) 断裂
低碳钢应力应 变曲线
《金属学与热处理A 》 《 Metallography and heat-treatment 》
多媒体教学课件
•课 时： 48 •教 材：《金属学与热处理》，崔忠圻
绪论
§1 课程研究的对象、目的及要求 一 研究对象、任务和目的 1 研究的对象
——金属和合金。 什么是金属？什么是合金？ （1）金属的性质
(1) 弹性变形: 特点：
应力撤消后, 变形消失； 应力与应变成正比关系； 总变形量很小：<1% 主要性能指标： 弹性极限σe ：保持弹性 变形的最大应力，MPa 弹性模量E： σ=E·ε
(2 ) 塑性变形: 应力撤消后, 变形仅部分 消失，存在残余、永久性的变形。
特点：
(1)变形具永久性、不可逆 性
§2 金属材料力学性能 一、金属材料性能的种类
金属材料加工过程：
焊接
热轧→ 板棒型管
机加工
零
铸锭
冷轧冷
件
冶炼→铸造
热锻→ 锻件
拔
或
构
铸件
机加工： 深冲
件
工艺性能
车、铣、刨、 磨
使用性能
故材料性能包含使用性能与工艺性能两方面： 1 使用性能 ：在使用条件下所表现的性能
力学性能(强度、硬度、塑性、韧性等)； 物理性能（光、电、磁等）； 化学性能 (抗氧化性、抗腐蚀性等)； 其它性能(耐磨性、热硬性、消振性等)；
(2)应力与应变非正比关系；
(3)变形量较大
残余 变形量
弹性 变形量
——可以塑性加工的原因
塑性变形中的重要指标: 承受的应力大小：
σb
屈服强度(σs): 抵抗微
σs
量塑性变形的应力
抗拉值强度(σb):
抵抗最大均匀塑性变
形的应力值
断裂前塑性变形量的大小: 断后伸长率(δ)、断面收缩率(ψ )
三、力学性能及指标
（一）强度
材料抵抗变形或断裂的能力称为～。
1 弹性极限(σe ) ：规定弹性极限σr0.01
2 屈服强度：材料开始发生明显塑性变形时的
应力值 (σs ), Mpa 。
(1) 实质是抵抗微量塑性变形的抗力。