《金屬材料》課件人教新

課程簡介本課程將深入探討金屬材料的特性、分類、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用。我們將學(xué)習(xí)不同類型金屬材料的特性，包括鐵碳合金、有色金屬和合金等。課程內(nèi)容將涵蓋金屬材料的加工、熱處理、腐蝕、防腐以及回收利用等方面。通過學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生將掌握金屬材料的基礎(chǔ)知識，并為后續(xù)的工程應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。11by1111231金屬材料的特點(diǎn)高強(qiáng)度和硬度金屬材料擁有較高的強(qiáng)度和硬度，能夠承受較大的載荷和沖擊，用于制造機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)件。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性金屬材料具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，廣泛應(yīng)用于電氣和熱能領(lǐng)域。良好的延展性和可塑性金屬材料擁有良好的延展性和可塑性，可以進(jìn)行加工成型，制造各種形狀的零件和產(chǎn)品。優(yōu)異的加工性能金屬材料的加工性能良好，易于切割、焊接、鍛造等，可以滿足各種加工需求。金屬材料的分類黑色金屬黑色金屬是指含有鐵元素為主的金屬材料。主要包括鐵、錳、鉻、鎳等，常用的黑色金屬材料包括鋼和鑄鐵。有色金屬有色金屬是指除黑色金屬以外的其他金屬材料。常用的有色金屬材料包括銅、鋁、鋅、錫、鉛、鎂、鈦等。貴金屬貴金屬是指化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的金屬。常用的貴金屬材料包括金、銀、鉑、鈀等。稀有金屬稀有金屬是指在地殼中含量稀少，具有特殊性能的金屬材料。常用的稀有金屬材料包括鎢、鉬、釩、鈮、鉭等。金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬材料通常以晶體形式存在。金屬原子以規(guī)則的排列方式形成晶格，構(gòu)成金屬的晶體結(jié)構(gòu)。1晶胞金屬晶體結(jié)構(gòu)的基本單元2晶格周期性的排列方式3晶系根據(jù)晶胞形狀分類4晶格常數(shù)晶胞的尺寸金屬的晶體缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是晶格中單個(gè)原子位置的偏差，例如空位和間隙原子。線缺陷線缺陷是一維的缺陷，通常稱為位錯(cuò)，它是由晶格原子排列不規(guī)則導(dǎo)致的。面缺陷面缺陷是二維的缺陷，例如晶界，它是兩個(gè)晶粒之間的界面。體缺陷體缺陷是三維的缺陷，例如氣孔和夾雜物，它會影響金屬材料的性能。金屬的塑性變形1定義塑性變形是指金屬材料在外部力的作用下發(fā)生永久的形狀變化，不會恢復(fù)到原來的形狀。2機(jī)制金屬的塑性變形主要通過晶體內(nèi)部的位錯(cuò)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)，位錯(cuò)的運(yùn)動會導(dǎo)致金屬材料的形變。3影響因素金屬材料的塑性變形受材料本身的性質(zhì)、溫度、應(yīng)變速率等因素的影響。金屬的熱處理熱處理是利用加熱、保溫和冷卻來改變金屬材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的過程。熱處理可以提高金屬的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性等機(jī)械性能。1退火降低金屬的硬度和強(qiáng)度，提高塑性。2正火細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。3淬火快速冷卻，提高硬度和強(qiáng)度。4回火降低淬火鋼的脆性，提高韌性。金屬的強(qiáng)化機(jī)制強(qiáng)化機(jī)制是提高金屬材料強(qiáng)度和硬度的關(guān)鍵技術(shù)。通過改變金屬材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，可以有效增強(qiáng)其抗變形和抗斷裂的能力。1固溶強(qiáng)化在金屬中加入少量其他元素，形成固溶體。2彌散強(qiáng)化在金屬基體中均勻分布第二相粒子。3加工硬化通過塑性變形，增加金屬材料的強(qiáng)度。4晶粒細(xì)化細(xì)化晶粒尺寸，提高強(qiáng)度和韌性。鐵碳合金1重要性鐵碳合金是人類社會應(yīng)用最廣泛的金屬材料，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、建筑工程和日常生活用品。2組成鐵碳合金由鐵和碳元素組成，碳含量一般在0.03%至6.67%之間，不同的碳含量決定了鐵碳合金的性能。3分類根據(jù)碳含量和組織結(jié)構(gòu)的不同，鐵碳合金可分為鋼和鑄鐵兩大類。4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鐵碳合金的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其中包含鐵素體、珠光體、滲碳體等相。鐵碳合金的相圖相圖的定義相圖是表示不同溫度和成分下合金的相組成和結(jié)構(gòu)的圖形。相圖的應(yīng)用鐵碳合金相圖用于預(yù)測不同成分和溫度下鐵碳合金的相組成和結(jié)構(gòu)。相圖的解釋相圖包含平衡相、相變溫度、固溶體、共晶反應(yīng)等重要信息。相圖的意義相圖是理解和控制鐵碳合金的熱處理工藝的關(guān)鍵基礎(chǔ)。鐵碳合金的熱處理1退火退火是將鐵碳合金加熱到適當(dāng)溫度并保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻。它可以使金屬的內(nèi)部組織變得更均勻，降低硬度和強(qiáng)度，提高塑性。2正火正火是將鐵碳合金加熱到高于臨界溫度的適當(dāng)溫度并保溫一段時(shí)間后在空氣中冷卻。它可以細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。3淬火淬火是將鐵碳合金加熱到高于臨界溫度的適當(dāng)溫度并保溫一段時(shí)間后，迅速冷卻在水中或油中。它可以使金屬的硬度和強(qiáng)度顯著提高。4回火回火是將淬火后的鐵碳合金再次加熱到低于臨界溫度的適當(dāng)溫度并保溫一段時(shí)間后，在空氣中冷卻。它可以降低淬火鋼的脆性，提高韌性。鋼的分類碳素鋼碳素鋼以碳元素為主要合金元素，按照碳含量可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。合金鋼除了碳元素外，還加入其他合金元素，例如錳、硅、鎳、鉻等，以提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性等性能。工具鋼工具鋼是指具有高硬度、高耐磨性和良好的耐熱性，用于制造各種工具，例如刀具、模具、量具等。結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼是指用于建筑、橋梁、機(jī)械等結(jié)構(gòu)的鋼材，具有良好的強(qiáng)度、韌性和焊接性能。鋼的性能強(qiáng)度和硬度鋼的強(qiáng)度和硬度取決于其化學(xué)成分和熱處理工藝。高碳鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度，而低碳鋼則具有較好的韌性。塑性和韌性塑性是指鋼在斷裂前能夠承受的永久變形量。韌性是指鋼抵抗沖擊和斷裂的能力。高碳鋼的塑性和韌性較低，而低碳鋼則具有較好的塑性和韌性。耐腐蝕性鋼的耐腐蝕性取決于其表面處理和合金元素的種類。不銹鋼是具有良好的耐腐蝕性的鋼材，廣泛應(yīng)用于各種腐蝕性環(huán)境。耐熱性鋼的耐熱性取決于其合金元素的種類和含量。高溫合金可以承受高溫環(huán)境，廣泛應(yīng)用于航空航天、電力等領(lǐng)域。鑄鐵的分類1灰鑄鐵灰鑄鐵是常見的鑄鐵類型，具有良好的鑄造性能，廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件、管道和工具。2白口鑄鐵白口鑄鐵因斷口呈銀白色而得名，具有高硬度和耐磨性，但脆性高，應(yīng)用范圍相對較小。3球墨鑄鐵球墨鑄鐵是通過添加球化劑，使碳以球狀形式存在，具有良好的強(qiáng)度和韌性，廣泛應(yīng)用于汽車零部件和機(jī)械設(shè)備。4可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是指通過熱處理將白口鑄鐵轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂辛己庙g性的鑄鐵，可用于制造一些耐沖擊和振動的零件。鑄鐵的性能強(qiáng)度和硬度鑄鐵具有較高的硬度和耐磨性，適合制造耐磨零件?；诣T鐵的強(qiáng)度較低，白口鑄鐵的強(qiáng)度較高。韌性和塑性鑄鐵的韌性和塑性較差，易脆，不適合承受沖擊載荷。球墨鑄鐵的韌性較好，可用于制造一些需要承受沖擊載荷的零件。有色金屬概述定義有色金屬是指除鐵以外的所有金屬，包括銅、鋁、鋅、鉛、錫、鎳等。特點(diǎn)有色金屬具有高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和特殊的光學(xué)、電磁、熱力學(xué)等特性。應(yīng)用有色金屬廣泛應(yīng)用于航空航天、電子信息、建筑材料、汽車制造等領(lǐng)域。發(fā)展趨勢未來有色金屬產(chǎn)業(yè)將朝著綠色化、智能化和高端化方向發(fā)展。有色金屬的性能高導(dǎo)電性銅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，廣泛應(yīng)用于電線、電纜和電子元件。高導(dǎo)熱性鋁具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性，廣泛應(yīng)用于散熱器、鍋具和炊具。耐腐蝕性鈦具有良好的耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械和化學(xué)工業(yè)。特殊性能不同的有色金屬還具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，滿足不同應(yīng)用需求。銅及其合金導(dǎo)電性銅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，廣泛應(yīng)用于電線、電纜和電子元件。導(dǎo)熱性銅的導(dǎo)熱性也很好，常用于散熱器和熱交換器。耐腐蝕性銅具有良好的耐腐蝕性，在潮濕環(huán)境中也能保持穩(wěn)定。合金銅可與其他金屬形成合金，如黃銅和青銅，擴(kuò)展其性能和用途。鋁及其合金1輕質(zhì)鋁密度小，約為鋼的1/3，具有優(yōu)異的輕質(zhì)性，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域。2耐腐蝕鋁表面形成一層致密的氧化膜，具有良好的耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于建筑、化工等領(lǐng)域。3可加工鋁具有良好的塑性和可加工性，可進(jìn)行多種加工方式，如鑄造、鍛造、擠壓等。4導(dǎo)電性鋁具有良好的導(dǎo)電性，廣泛應(yīng)用于電線、電纜和電子元件。鎂及其合金輕質(zhì)性鎂的密度很小，約為鋁的2/3，是所有金屬中最輕的，僅次于鋰。鎂合金具有優(yōu)異的輕質(zhì)性，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域。強(qiáng)度鎂合金的強(qiáng)度較高，可以與鋁合金相比，并具有良好的抗疲勞性能。鎂合金可用于制造汽車、飛機(jī)、自行車等零部件，降低車輛重量，提高燃油效率?？杉庸ば枣V合金具有良好的塑性和可加工性，可以進(jìn)行多種加工方式，如鑄造、鍛造、擠壓等。鎂合金的加工工藝相對成熟，能夠滿足各種復(fù)雜形狀零件的制造需求。耐腐蝕性鎂合金表面形成一層致密的氧化膜，具有良好的耐腐蝕性，在干燥環(huán)境中表現(xiàn)良好。鎂合金可用于制造電子元件、醫(yī)療器械等，在潮濕環(huán)境中需要進(jìn)行表面處理以提高其耐腐蝕性。鈦及其合金生物相容性鈦合金具有良好的生物相容性，不會引起人體排斥反應(yīng)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械。高強(qiáng)度鈦合金具有高強(qiáng)度和高耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域。耐腐蝕性鈦合金在潮濕環(huán)境中也能夠保持穩(wěn)定，不易腐蝕，廣泛應(yīng)用于手表、眼鏡等領(lǐng)域。耐高溫鈦合金具有優(yōu)異的耐高溫性能，可以承受高溫環(huán)境，廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。金屬材料的腐蝕電化學(xué)腐蝕金屬與電解質(zhì)溶液接觸，形成原電池，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕金屬與周圍環(huán)境中的氣體或液體直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬表面氧化。機(jī)械腐蝕機(jī)械力導(dǎo)致金屬表面發(fā)生磨損或破壞，加速腐蝕過程。生物腐蝕微生物在金屬表面生長繁殖，產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)，導(dǎo)致金屬腐蝕。金屬材料的防腐涂層保護(hù)涂層可以形成一層保護(hù)層，防止金屬與腐蝕性介質(zhì)接觸，如油漆、鍍層、陶瓷涂層等。電化學(xué)保護(hù)利用電化學(xué)原理，使金屬表面形成保護(hù)電位，抑制腐蝕反應(yīng)，如陰極保護(hù)、陽極保護(hù)等。材料改性通過改變金屬材料的成分或結(jié)構(gòu)，提高其耐腐蝕性能，如添加合金元素、改變晶粒尺寸等。環(huán)境控制控制金屬周圍的環(huán)境條件，如降低濕度、減少污染物等，可以有效抑制金屬腐蝕。金屬材料的焊接1定義焊接是利用熱能或壓力將兩個(gè)或多個(gè)金屬工件連接在一起的工藝，形成一個(gè)整體。2原理焊接過程中，金屬在高溫下熔化，形成熔池，冷卻后形成冶金結(jié)合，將工件牢固地連接在一起。3類型焊接方法多種多樣，主要包括熔焊、壓焊和釬焊等，每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。4應(yīng)用焊接廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、建筑業(yè)、航空航天等領(lǐng)域，是連接金屬材料的重要手段。金屬材料的切削加工切削加工定義切削加工是指用刀具從工件上切除多余材料，獲得所需形狀和尺寸的加工方法。切削加工應(yīng)用廣泛，包括機(jī)械制造、模具制造、航空航天等領(lǐng)域。切削加工原理刀具在切削力的作用下，從工件表面切除材料，形成切屑。切削過程涉及多種因素，如刀具形狀、切削速度、切削深度等。金屬材料的塑性加工定義塑性加工是指通過外力使金屬材料發(fā)生永久變形，從而改變其形狀和尺寸的加工方法。原理塑性加工利用金屬的塑性，在力的作用下，金屬內(nèi)部的晶體發(fā)生滑移和孿生，產(chǎn)生塑性變形。種類常見的塑性加工方法包括鍛造、軋制、拉拔、擠壓等，每種方法都具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。優(yōu)勢塑性加工可以提高金屬的強(qiáng)度、韌性、塑性和表面質(zhì)量，并能制造出各種形狀和尺寸的零件。金屬材料的熱處理工藝熱處理熱處理是指通過對金屬材料加熱和冷卻的工藝，改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，提高其性能。淬火淬火是指將金屬材料加熱到一定溫度后，迅速冷卻的工藝，提高其硬度和強(qiáng)度?；鼗鸹鼗鹗侵笇⒋慊鸷蟮慕饘俨牧现匦录訜岬降陀诖慊饻囟鹊臏囟?，然后緩慢冷卻的工藝，降低其硬度，提高其韌性。退火退火是指將金屬材料加熱到一定溫度，然后緩慢冷卻的工藝，使金屬材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變得更加均勻，提高其塑性和可加工性。金屬材料的表面處理電鍍電鍍是指利用電解原理，在金屬表面沉積一層其他金屬或合金，以提高其耐腐蝕性、耐磨性、裝飾性等。表面涂層表面涂層是指在金屬表面涂覆一層有機(jī)或無機(jī)材料，以提高其耐腐蝕性、耐磨性、絕緣性等。表面處理表面處理是指通過機(jī)械、化學(xué)或物理方法改變金屬表面的狀態(tài)，以提高其性能或美觀性。表面拋光表面拋光是指通過機(jī)械方法對金屬表面進(jìn)