金属材料学基础知识

金属材料学基本知识介绍20世纪中国科技的发展新中国建立之初，中国只有500人的科研队伍，80%的国民为文盲，与发达国家的科技实力差距为100年。现在，中国在高科技的某些领域已经赶上或超过了世界先进水平。但在有些领域与发达国家相比还要落后几十年。20世纪中国科技的发展原子弹和氢弹爆炸成功；6000米水下无缆机器人研制成功；作为唯一的发展中国家参与人类基因组计划；导弹和人造卫星成功发射，宇宙飞船顺利遨游太空；……20世纪中国科技的发展“神州”五号载人飞船科学技术成为国家安全的核心要素科技水平将在相当程度上决定各国在政治舞台上的地位，“为了外交的科技”将彻底转变为“为了科技的外交”。以军事安全为核心的安全观正在拓展为包括经济安全、军事安全、文化安全、等内容的现代大安全观。未来战争将成为核威慑、信息威慑及生物威慑的高技术战争，其影响和破坏范围将远远超过传统战争。可以说，没有强大的科学技术为后盾，就没有未来的国家安全保障。当前高新科学技术领域的三大支柱：信息技术生物技术新材料材料科学是基础,即信息技术和生物工程必须依托于新材料的研究和开发.没有新材料,就没有高技术的应用和发展.晶体学基础晶体结构空间点阵晶面晶向晶粒金属的结晶过程三种典型的金属晶体结构面心立方体心立方密排六方塑性的基本概念什么是塑性塑性是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。单晶体的塑性变形在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过滑移方式进行的，此外，尚有孪生和扭折等方式。滑移孪生多晶体的塑性变形实际使用的材料通常是由多晶体组成的。室温下，多晶体中每个晶粒变形的基本方式与单晶体相同，但由于相邻晶粒之间取向不同，以及晶界的存在，因而多晶体的变形既需克服晶界的阻碍，又要求各晶粒的变形相互协调与配合，故多晶体的塑性变形较为复杂。多晶体试样经拉伸后，每一晶粒中的滑移带都终止在晶界附近。弹性(elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆性塑性(plasticity)：物体产生永久变形的能力，不可逆性屈服(yielding)：开始产生塑性变形的临界状态损伤(damage)：材料内部缺陷产生及发展的过程断裂(fracture)：宏观裂纹产生、扩展到变形体破断的过程金属材料塑性加工的几个基本概念可逆性：弹性变形——可逆；塑性变形——不可逆-关系：弹性变形——线性；塑性变形——非线性对组织和性能的影响：弹性变形——无影响；塑性变形——影响大（加工硬化、晶粒细化、位错密度增加、形成织构等）变形机理：弹性变形——原子间距的变化；塑性变形——位错运动为主弹塑性共存：整体变形中包含弹性变形和塑性变形；塑性变形的发生必先经历弹性变形；在材料加工过程中，工件的塑性变形与工模具的弹性变形共存。弹性、塑性变形的力学特征提高金属塑性的主要途径提高塑性的主要途径有以下几个方面：1.控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性；2.采用合适的变形温度—速度制度；3.选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态；4.避免加热和加工时周围介质的不良影响。钢铁材料的分类按冶炼方法分类:平炉钢、转炉钢、电炉钢按用途分类：结构钢、工具钢、特殊性能钢按正火组织分类：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢按化学成分分类：碳素钢、合金钢钢的热处理退火淬火回火正火时效钢的合金化置换固溶体间隙固溶体金属间化合物钢的低倍缺陷•疏松•缩孔残余•偏析•气泡•裂纹•夹杂钢的高倍缺陷•带状组织•液析•非金属夹杂物铸铁白口铸铁麻口铸铁灰口铸铁有色金属及其合金轻金属比重小于3.5的金属，如铝、镁、铍、锂等重金属比重大于3.5的金属，如铜、锌、铅、镍等贵金属金、银、铂等稀有金属钨、钼、钒、钛等放射性金属镭、铀等3.68Å2.65Å3.682.65铜及其合金铜的导电、导热性好，仅次于银位居第二位。工业纯金属的导电导热性：银、铜、金、铝、镁、锌、镍、镉、钴、铁、铂、锡、铅、锑纯铜：又称紫铜黄铜：铜锌合金青铜：锡青铜、铝青铜、铍青铜白铜：铜镍合金铜的热处理：铜无同素异构转变，不能热处理强化，铜的热处理主要是退火，包括低温退火和再结晶退火。金属基复合材料通常按增强体的形式分类：连续纤维增强短纤维或晶须增强颗粒增强以及片层叠合继电器触点材料对触点材料的要求(1)良好的导电性和导热性。这是对触点材料的基本要求,材料本身要具有低而稳定的电阻,同时在工作一段时间后,要保证接触电阻不会急剧增大，温度不会升高太多。(2)耐电磨损。小型化的大功率继电器无疑会使触点材料在大电流、高电压下工作,而且由于触点尺寸较小,承受的电流密度较大,触点材料必须要能经受强电弧的侵蚀,保证有足够的使用寿命。(3)抗熔焊能力强。小型大功率继电器在使用中往往还存在着大的浪涌电流,极易造成触点熔焊或剧烈烧损，触点材料在选择材料成分和结构时要充分考虑到这一点。(4)良好的机械加工性。触点材料要加工成各种形状,特别是大量的铆钉型触点,材料应具有高强度兼顾很好的塑性。继电器触点材料AgNiAgCdO1972年日本限制使用AgCdO触点材料并寻找代替品,随后美国、法国、英国等也相继研制AgCdO的代替品。2004年8月欧洲议会和欧盟部长理事会共同批准了《关于限制在电子电气设备中使用某些有害物质的指令》，要求各成员国确保从2006年7月1日起投放于市场的新的电子和电器设备不包含铅、汞、镉等六种有害物质，并规定了六种有害物质的浓度上限，要求同质物料所含铅、汞、镉等的最高浓度不得超过重量的0.01%（100ppm）。继电器触点材料AgSnO2被认为是最有可能替代AgCdO的触点材料AgCdO的特点：1.CdO在高温分解成Cd蒸气和氧气，体积增大几个数量级，产生剧烈的蒸发，起到吹弧作用，并清洁触点表面2.CdO分解时吸收大量的热，有利于电弧的冷却与熄灭3.弥散的CdO微粒能增加熔融材料的粘度，减少金属的飞溅损耗。AgSnO2的特点：SnO2的耐高温性能好，熔融的Ag对SnO2的润湿性差影响触点材料电寿命的因素1）组元的影响对触点材料抗电弧侵蚀性能影响重大的三个方面是:(a)液态银对第二组份的润湿性;(b)分散体系的粘性;(c)MeO组份的分布及热稳定性。2）组织的影响在一定组元条件下，材料的组织结构对电寿命的影响也是关键的因素。组织的优化设计包括下述内容:(1)MeO的粒度:适度(应可控制)；(2)MeO的体积分数:适度；(3)MeO颗粒在Ag基体中的分布状况:均匀分布在Ag基体中而不是在Ag晶界上；(4)孔隙大小:愈小愈好；(5)孔隙含量:愈少愈好；(6)孔隙在材料中的分布状况:均匀分布在Ag基体中最好；(7)MeO与Ag界面结合强度:愈强愈好；(8)MeO与Ag熔液的润湿程度:润湿角愈小愈好。继电器触点材料的制备方法内氧化法粉末冶金法高压内氧化法化学共沉淀法反应合成法反应喷雾法预氧化法金属功能材料按性能分主要包括：磁性、电性、力学、声学、热学、光学、化学、生物功能材料和特种功能材料当前研究比较多的功能材料有：1.金属软磁材料2.稀土永磁合金3.纳米材料4.稀土功能材料5.大块非晶材料6.真空快淬材料7.磁性形状记忆合金纳米材料材料科学与纳米技术纳米技术(主要应用于纳米材料和纳米器件两个方面)是材料科学的重要支撑，即对原子和分子进行加工，并将其组装成具有特定功能的结构。纳米技术所引起的世界性技术革命和产业革命，将会比历史上任何一次技术革命对社会经济、政治、国防等领域所产生的冲击更为巨大。磁性材料抗磁性物质顺磁性物质铁磁性物质软磁材料硬磁材料（永磁材料）形状记忆合金42444648500500100015002000203K213K223K228K233K238K243K248K253K258K263K268K273K283K298KIntensity(cps)2theta(deg.)455055606570758085900501001502002503003504001033K953K873K833K713K633K553K473K393K313KIntensity(cps)2theta(deg.)大磁致伸缩材料72.472.672.873.073.273.4050010001500Intensity(cps)2theta(deg.)磁控形状记忆材料金属材料检测分析力学性能检测残余应力检测缺陷检测微观组织检测晶粒度、颗粒度检测磁性能检测电性能检测完