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第二章金属材料金属材料的简单介绍金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特性都跟金属晶体内含有自由电子有关。金属材料是广泛应用的一种材料。第一节金属材料的基本知识一、金属材料的主要性能1、机械性能弹性刚度塑性强度硬度动载荷、冲击特性交变载荷轴、齿轮、弹簧、连杆2、物理与化学性能物理性能：比重、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等化学性能：抗蚀性、抗氧化性3、工艺性能材料适应加工和工艺处理要求的能力。铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能二、金属及合金的结构和结晶为什么不同的金属有不同的性质？比较纯铁F纯铝L3纯铜T245钢LY11H62为什么含碳量的高低可以改变钢材的性能？20钢45钢T8工具钢为什么钢材经过热处理会有不同的特性？退火、调质、淬火、渗碳1、金属的内部结构决定金属性质的因素是金属的内部结构金属的晶体靠金属键结合，使金属原子按一定次序排列作有规律的排列。从而形成晶格。按晶格结构的不同形式，可以分为：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。（1）体心立方晶格特点：硬，不易变形，延展性差——铬、钼、钨、钒（2）面心立方晶格特点：软，易变形，塑性大——铝、铜、镍、铅（3）密排六方晶格特点：软，易变形——铍，镁，锌，镉绝大多数的金属晶体具有上述三种晶格，但是有金属在不同的温度下，会有不同的晶格，如铁、锰、锡、钛、铝等，这就是同素异构转变。2、金属的结晶过程1、金属的结晶过程（1）结晶的概念：液态金属——固态晶体的过程原子的聚集状态从不规则排列到按一定几何形状作有序排列的过程。（2）结晶的过程温度低——原子活动弱——聚集成晶核——吸附周围原子成长——形成晶粒——液体消失晶粒——内部结构规则排列，两个晶粒之间不规则晶粒的大小与冷却速度（过冷度）有关，晶粒的粗细影响晶粒越细，强度越高等综合性能好。3、同素异构转变固态范围内，因温度的变化，金属原子重排，晶格结构改变15350C13900C9100CL-Fe-Fe-Fe-Fe液态体心立方面心立方体心立方伴随着同素异构的转变，金属的能量变化，体积变化，内部应力发生晶格的同素异构转变的作用，主要用于热处理，以改善钢材的性能4、合金的概念纯金属的缺点：品种少，提炼困难，机械性能不能满足需求，所以要合金来补充。合金的基本概念一种金属加入另外一种或几种金属或非金属，经过熔合而组成，具有金属特性的材料。元：组成合金的最基本物质纯元素稳定的化合物碳钢Fe和C或Fe3C硬铝合金Al、Cu和Mg相：具有统一化学成分和晶格结构的均匀部分单相和多相合金5、合金的结构合金中存在多种原子，所以结构复杂，原子之间相互作用，生成不同的相。按合金相结构的不同分为三种类型：固溶体、金属化合物、机械混合物固溶体各组元之间相互溶解而形成的一种成分和性质均匀的新晶体。如铁素体F(C,-Fe)含碳量为0.02%金属化合物各组元之间相互作用而形成的一种具有特殊晶格和明显金属特性的物质。如渗碳体Fe3C含碳量为6.67%机械混合物两种以上的相在一起，既不溶解也不形成化合物，只是按一定比例相互混合型成的新物质如珠光体P(铁素体与渗碳体的混合)渗碳体铁素体铁碳合金的基本组织铁碳合金由铁和碳两种元素组成合金——碳钢和铸铁基本组织：固溶体，金属化合物，机械混合三种形式1、铁素体（F）(C,-Fe)2、奥氏体（A）(C,-Fe)3、渗碳体（Fe3C）铁索体渗碳体4、珠光体（P）(F+Fe3C)5、莱氏体（Ld）(A+Fe3C)6、马氏体（A）(C,-Fe)过饱和低温莱氏体马氏体莱氏体珠光体马氏体合金相图来历：在平衡状态下，不同的含碳量在冷却时会产生的不同的冷却线，把各临界点连接起来而形成的图。金相图中的各条线是内部组织发生转变时界线，所以，也称为相线。金相图的作用：直观的了解不同温度和成分下合金的平衡相或组织的组成情况，知道温度或成分发生变化时，合金的组成相或组织的变化过程和规律。六种典型合金的结晶过程分析关键点：0.02%0.8%2.06%4.3%共析钢（含碳量0.8%）亚共析钢（含碳量0.02%0.8%）过共析钢（含碳量0.8%2.O6%）共晶白口铁（含碳量4.3%）亚共晶白口铁（含碳量2.06%4.3%）过共晶白口铁（含碳量4.3%）亚共晶白口铁钢的热处理热处理的定义和目的钢的热处理时将各种不同成分的钢，在固态下通过适当的加热、保温和冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需性能的一种加工工艺。热处理不仅可改进钢的加工工艺性能，更重要的是它可以显著地提高钢的机械性能，增加机器零件的寿命。钢的热处理原理1、钢的临界温度在非平衡条件下，临界温度有滞后现象。加热时临界温度比平衡图高一些，冷却时临界温度比平衡图低一些。钢的晶格在不同温度下，具有不同的结构，具有不同的性能。在室温下，碳钢中铁素体和渗碳体构成加热到相应温度以上时，使其组织转变为均匀的奥氏体，从而获得所需要的性能。奥氏体晶核出现在铁素体与渗碳体片层的交界面上--成长--溶解铁素体和渗碳体—--均匀奥氏体，其过程如图影响因素：（1）温度（2）原始组织（3）加热速度奥化速快（1）高温（2）含碳量高（3）相界面的数量多（4）加热速度快均匀晶粒，温度不宜过高，保温不宜过长。1．普通热处理：（1）退火，加热，保温，炉内冷却，接近平衡状态组织。A、完全退火AC320-600C。B、球化退火AC320-400C。C、去应力退火、低温（2）正火AC350-1000C。空气中冷却（3）淬火AC350-1000C。油水、盐水、速冷—马氏体（4）回火、淬火再加热，再降温。2．表面热处理：（1）表面淬火。（2）化学处理、渗碳、渗氮、碳氮共渗。淬火渗碳淬火退火第二节钢铁材料一、碳钢1、钢的牌号普通碳素结构钢Q195Q215Q235Q275屈服点注明机械性能，不标化学成分，不进行热处理不注明机械性能，标化学成分，进行热处理特殊，既注明机械性能，又标化学成分优质碳素钢含碳量的万分数碳素工具钢含碳量的千分数2、钢材的类别、品种表型材二、合金钢原因碳钢不能满足需要编号数字+合金符号+数字（小于1.5%的不标）用途结构、工具、特殊用途三、铸铁1.白口铁。铁素体有少量的碳。2.灰口铸铁。（1）特点。三个最最便宜、最方便、最广泛强度、现代化，但具有优良的铸造性能，耐磨性切削加工性，减震性，低的缺口敏感性，（2）内因石墨的分布（3）标号HT250，数字表示抗拉强度3、球墨铸铁特点强度高，耐冲击，易铸造原因球状石墨团QT70-2前抗拉强度，后延展率4、可锻铸铁白口铁可锻化退火，形成絮状的石墨KTH50-4KTZ50-4前抗拉强度，后延展率5、蠕墨铸铁一、铝的生产铝矿石氧化铝纯铝二、纯铝1、物理性质银白色、比重小、导电性好、易钝化；面心立方晶格，塑性好、收缩率大，铸造性能差。2、铝的分类与编号高纯铝1AXX纯铝99.XX%1A851A901A931A971A99LG1LG2LG3LG4LG5工业纯铝1AXXA1A70A1A60A1A50AL1L2L3第二节铝及铝合金三、铝合金1、特点：固溶体2、铸造铝合金ZL101铝硅合金1活塞、气缸头、气缸套、扇叶铝铜合金2塑性好，变形铝合金铝镁合金3耐腐蚀的铸件铝锌合金4医疗器械、仪器仪表、日常用品3、变形铝合金可以冷热加工变形防锈3A215A025A055A06硬铝2A11多元素，易热处理强化超硬锌铜镁多元素合金锻铝镁硅铜多元素合金6A02热锻、耐蚀性好2A502A14时效处理增强，不耐蚀可焊性差2A702A802A90是含有Fe、Ni的耐热锻铝1xxx纯铝2xxx铜3xxx锰4xxx硅5xxx镁6xxx镁硅7xxx锌8xxx其他9xxx备用铝合金的牌号铝合金的品种规格板、棒、型、线、箔材铝型材的用途电料、电源插座的壳体、轨道灯、镇流器、座位的滑槽、骨架、原材料、装饰：门窗等方便易用，并适合单体小批量生产，加工容易铝合金型材的连接塞角、角铝、自攻丝第三节其他金属材料一、铜及铜合金纯铜、紫铜牌号，为T1,T2,T3,T4.数字越大，纯度越低2号铜就T2性质：导电性极好，导热性极好的塑性，铜丝、铜箔铸造性能较差洛阳铜加工厂，铝镁分厂，板带，管棒，熔铸搜索结果铜合金黄铜铜锌合金H+数字，数字表示铜含量的百分数良好的机械性能、耐蚀、工艺性好用途：机械零件、装饰用品、电器元件等领域特殊黄铜，铝铁硅锰铅锡Hsn62-1含有1%的锡青铜铜锡合金或其他，Al、Si、Be、Mn、Pb等。5-7.Sn%，面心，适合压力加工。10%，只能铸造，出现Cu3Sn8(体心)耐腐蚀，耐磨。轴瓦，轴套，蜗轮铍青铜适合做弹簧及弹性零件铝青铜强度高，耐磨，耐蚀用途：齿轮，船舶用白铜铜、镍合金，具有较高的电阻，如电热器，电工用在装饰中用的多为板、条产品：板、管、棒电器：条、丝、带、片二、其他金属与合金钛及钛合金镁及镁合金锡及锡合金金属材料的一般选用原则机械性能指标计算应力与标注应力强度比差实际材料变形的选用硬度值与强度之间的关系材料的工艺性能铸造性能锻造性能焊接性能机械加工性能热处理工艺性碳钢，锻、机、加好，热处理差，强度低。合金钢，锻、机、加不好，热处理好，强度高。材料的经济性价格、规格统一、货源使用环境作业讲评每人找20种不同的材料，介绍该材料的性能及应用。实验课：自行车拆装材料准备：每组备自行车一辆。工具：为每组提供一套工具每组6人2人负责自行车的拆装，2人负责记录拆装顺序及绘制零件草图，2人负责分析零件功能及所用材料。时间与地点：与李华杰（13721600101）老师联系确定。时间长度：4小时,每人完成一份拆装实验报告。自行车上所用的材料有哪些？1、钢材优质碳素钢（车架、前叉、后叉等）普通碳素钢（立管、车把、铆钉等）2、合金钢弹簧钢（车座弹簧、刹车回弹簧等）轴承钢（轴承、钢碗等）调质钢（钢圈、链条等）3、塑料发泡塑料（座垫）聚苯乙烯（把手）4、橡胶轮胎、脚蹬、闸线护套等5、其他材料铝材、碳纤维、