10-金属材料学第十章(铜合金3学时)
金属材料学知识点总结
金属材料的热处理
热处理原理
01
热处理是通过改变金属材料内部组织结构来改善其性能的一种
工艺方法。
热处理工艺
02
包括退火、正火、淬火和回火等，不同的热处理工艺适用于不
同种类的金属材料。
热处理设备
03
热处理设备包括电炉、盐浴炉、真空炉等，选择合适的热处理
设备对获得良好性能的金属材料至关重要。
03
金属材料的力学性能
金属材料的轻量化
总结词
通过采用轻质材料、优化结构设计、减少材料厚度等方式，降低产品的重量。
详细描述
轻量化是现代工业领域中重要的技术趋势，特别是在汽车、航空航天和电子产品等领域。轻量化可以 降低产品的能耗、提高机动性、减少振动和噪音等。常用的轻量化金属材料包括铝合金、钛合金和镁 合金等。
金属材料在新能源领域的应用
电化学保护
通过外加电流或牺牲阳极等方法，改变金属 的电化学状态，防止腐蚀。
选用耐蚀材料
选用耐蚀性能好的金属或合金材料，提高耐 蚀性。
05
金属材料的新技术与新应 用
金属材料的高性能化
总结词
通过改进制造工艺和材料成分，提高金 属材料的力学性能、物理性能和化学性 能。
VS
详细描述
金属材料的高性能化主要涉及合金设计、 热处理工艺优化、表面处理技术等。这些 技术可以提高金属材料的硬度、韧性、耐 腐蚀性、高温性能等，使其在更广泛的领 域得到应用。
良好的导电性和导热性
金属材料是电和热的良导体，广泛用于电子 、电力和散热等领域。
耐腐蚀性
部分金属材料具有较好的耐腐蚀性，可以在 各种环境条件下使用。
金属材料的用途
机械制造业
用于制造各种机器 零部件、工具等。
金属材料学(全套)
实用文档
开发其他高性能钢： 利用各种新工艺新方法制造出韧性
和耐磨性都很好的新型工具钢。经济合金化是高速钢的 一个发展方向，工具材料的各种表面处理技术开发，在 新型工具材料的开发上具有重要的意义。
导 致产生微裂纹。
实用文档
4、第四阶段——微观理论的深入研究 微观理论的深入研究：
原子扩散及其本质的研究；钢TTT曲线测定； 贝氏体、马氏体转变理论形成了比较完整的理论。
位错理论建立：
电子显微镜的发明 →看到了钢中第二相沉淀析出，位 错 滑移，发现了不全位错、层错、位错墙、亚结构、 Cottrell 气团等现象 → 位错理论。
材料工程系
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一、课程特点和要求
课程特点：综合性 、应用性、经验性。 金属材料学核心课程是专业知识教学中最后一门课程
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课程要求：掌握合金化理论的基本知识，了解材料成分设计 的基本依据，熟悉生产中常用的材料及其热处理工艺、 组织、性能之间的关系，根据零件技术要求，能正确地 选择材料和制订工艺。
二、课程要点及思路
主线：材料成分-工艺-组织-性能-应用之间的有机关系 核心：合金化原理 “思想”：作用的辨证与矛盾的转化。
三、教学安排
教学：详略，有的内容自学； 实践：课堂讨论，小论文，综合性实验，思考题； 考试：考试+平时+课堂讨论与实验
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图 材料学主线示意图
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绪论
—— 金属材料的过去、现在和将来
新合金钢发明：
《金属材料学》课件
性。
合金化
通过改变金属的成分， 提高其耐蚀性。
缓蚀剂
添加缓蚀剂抑制金属腐 蚀的化学反应速度。
金属材料在特定环境下的耐腐蚀性
01
02
03
04
酸性环境
钢铁、不锈钢等对酸有一定的 耐蚀性，但不同金属差异较大
。
碱性环境
铝、镁等金属在碱性环境中容 易发生腐蚀。
海洋环境
04 金属材料的腐蚀与防护
CHAPTER
金属材料的腐蚀机理
电化学腐蚀
金属与电解质溶液接触，通过电极反应发生的腐 蚀。
化学腐蚀
金属与非电解质直接反应，生成金属氧化物的腐 蚀。
生物腐蚀
金属在有微生物的环境下发生的腐蚀。
金属材料的防腐蚀方法
涂层保护
在金属表面涂覆防腐蚀 涂层，隔离金属与腐蚀
介质。
电镀
金属材料的化学性能是指其在各种环 境中的稳定性，包括耐腐蚀性、抗氧 化性、耐候性等。
耐腐蚀性是指金属材料抵抗腐蚀的能 力，抗氧化性是指金属材料在高温下 抵抗氧化的能力，耐候性是指金属材 料在自然环境中抵抗光、热、水、大 气等因子的作用的能力。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指其在受力作用下的行为表现，包括强度、塑性、韧性、 硬度等。
详细描述
金属材料主要是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有 金属特性的工程材料，如铁、铝、铜等。根据成分和用途， 金属材料可以分为钢铁、有色金属、贵金属等类型。
金属材料的特性与用途
总结词
金属材料具有导电性、导热性、延展性等特性，广泛应用于建筑、机械、电子 等领域。
详细描述
金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，这些特性使得金属在建筑、机 械、电子等领域得到广泛应用。例如，钢铁用于制造桥梁和建筑结构，铜用于 电线和电缆，铝用于包装和航空航天领域。
金属切削原理 10第十章 刀具合理几何参数的选择
主讲：张东民金属切削原理与刀具Principle of Metal Cutting and Cutting Tools第十章刀具合理几何参数的选择10.1前角及前刀面形状的选择10.2后角的选择10.3主偏角、副偏角及刀尖形状的选择10.4刃倾角的选择刀具的几何参数（γo、αo、κr 、κr′、λs ），对切削变形、切削力、切削温度、刀具寿命等有显著的影响。
选择合理的刀具几何参数，对保证加工质量、提高生产率、降低加工成本有重要的意义。
所谓刀具合理几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够满足较高生产率、较低加工成本的刀具几何参数。
由于刀具几何参数和刀具结构改进，刀具耐用度每隔十年提高2倍（CIRP）。
刀具合理前角取决于刀具材料和工件材料1. 刀具材料刀具材料抗弯强度和冲击韧性较高时，应取较大的前角。
如高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的韧性差，其前角应更小。
2. 工件材料(1) 加工塑性材料时，为减小切削变形，降低切削力和和切削温度，应选较大的前角；加工脆性材料时，为增加刃口强度，应取较小的前角。
(2)工件材料强度低，硬度低，应选较大的前角，反之，应取较小的前角。
(3)用硬质合金刀具切削特硬材料或高强度钢时，应取负前角。
不同工件材料的刀尖受力点（a）塑性材料（b）脆性材料不同刀具前角的刀尖受力情况3. 选择合理前角考虑具体加工条件9粗加工、断续切削时，为提高切削刃的强度，应选用较小的前角。
9精加工时，为使刀具锋利，提高表面加工质量，应选用较大的前角。
9当机床的功率不足或工艺系统的刚度较低时，应取较大的前角。
9对于成形刀具和在数控机床、自动线上不宜频繁更换的刀具，为了保证工作的稳定性和刀具耐用度，应选较小的前角或零度前角。
二、倒棱及其参数选择倒棱主要作用是增强切削刃，减小刀具磨损。
刀刃钝圆增强切削刃方法，减少刀具早期磨损，提高刀具耐用度200%。
前刀面的形式a)平面型b)带倒棱型c)带断屑槽型d)负前角平面型e)双平面型三、带卷屑槽的前刀面形状及其参数选择增大后角，可减小刀具后刀面与已加工表面间的摩擦，减小磨损，还可使切削刃钝圆半径减小，提高刃口锋利程度，改善表面加工质量。
金属材料学复习思考题2016.5
金属材料学复习思考题（2016.05）第一章钢的合金化原理1-1名词解释（1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性1-2 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？1-3简述合金元素对Fe-Fe31-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业）1-5 能明显提高钢回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？（作业）1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业）1-8 V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。
1-9合金元素对马氏体转变有何影响？1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业）1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业）1-14 合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？（作业）1-15 40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。
（作业）1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）第二章工程结构钢2-1为什么普通低合金钢中基本上都含有不大于1.8%~2.0%的Mn？（作业）2-2试述碳及合金元素在低合金高强度工程结构钢中的作用，为什么考虑采用低碳？提高低合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？2-3什么是微合金化钢？微合金化元素在微合金钢中的主要作用有哪些？2-4 V、Nb、Ti这三种微合金元素在低碳（微）合金工程结构钢中，作用有何不同？（作业）2-5针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？2-6低碳贝氏体钢的合金化有何特点？2-7汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？（作业）第三章机械制造结构钢3-1名词解释：1）液析碳化物；2）网状碳化物；3）水韧处理3-2 调质钢和非调质钢在成分、生产工艺、组织和性能方面的异同何在？3-3弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%之间？3-4GCr15钢用作滚动轴承钢时，其中的碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？对该钢的基本要求如何？该钢的碳化物不均匀性体现在哪几方面？有何危害，如何这种不均匀性？其预备热处理和最终热处理分别是什么？作用何在？（作业）3-5说明20Mn2钢渗碳后无法直接淬火的原因？高淬透性渗碳钢18Cr2Ni4W的常用热处理工艺（渗碳加淬火回火）有何特点？如何理解？（作业）3-6合金元素对渗碳钢和氮化钢的作用主要体现在哪几方面？Al对氮化钢的作用何在？3-7 钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的切削性，中碳钢和高碳钢各自应经过怎样的热处理，得到什么样的金相组织？为什么直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削？如何经济有效地改善其切削加工性能？3-8 高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？在何种情况下具有高耐磨性能？为什么ZGMn13型高锰钢在淬火时能得到全部的奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？（作业）3-9为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？（作业）3-10 用低淬透性钢制作中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点？（作业）3-11 某精密镗床主轴采用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮镗床主轴采用20CrMnTi钢制造，某普通车床主轴选用40Cr钢。
金属材料学(全套课件)
物理性能
化学性能
热处理可以改变金属材料的化学性能 ，如耐腐蚀性、抗氧化性等。例如， 不锈钢经过热处理后，其耐腐蚀性会 得到显著提高。
热处理对金属材料的物理性能也有显 著影响，如导热性、导电性、磁性等 。
04
金属材料的力学性能
金属的拉伸性能
拉伸试验
通过拉伸试验测定金属材料的强 度、塑性和韧性等力学性能指标
02
金属材料的晶体结构
金属的晶体结构类型
01
体心立方晶格（BCC）
体心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其中心有一个原子，八个顶点上
各有一个原子。具有此晶格的金属有铬、钨、钼、铁、铌等。
02 03
面心立方晶格（FCC）
面心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其八个顶点上各有一个原子，六 个面的中心各有一个原子。具有此晶格的金属有铝、铜、镍、铅、金等 。
铝合金
密度小、比强度高、耐腐蚀性好，用于航空 航天、汽车、电子等领域。
钛合金
比强度高、耐腐蚀性好、高温性能优异，用 于航空航天、医疗等领域。
金属材料的发展趋势与挑战
高性能化
轻量化
发展更高强度、更高韧性、更耐腐蚀的金 属材料，以满足高端制造的需求。
通过合金化、复合化等手段降低金属材料 的密度，以适应节能减排的要求。
包括模具设计、熔炼、浇注、冷却、落砂、清理 等步骤，影响铸件的质量和性能。
铸造合金
常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铝合金等，具有 不同的铸造性能和机械性能。
金属的压力加工与成型工艺
压力加工
01
通过外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸
和性能的加工方法。
成型工艺
02
包括锻造、轧制、挤压、拉拔等，可生产各种形状和规格的金
铜合金资料
• 制动系统：如刹车片、刹车鼓等
火车
• 机车部件：如电机、转向架等
• 车辆部件：如车厢、车轮等
• 信号系统：如信号电缆、信号器等
05
铜合金的发展趋势与前景
铜合金的研究进展与发展趋势
研究进展
• 新型铜合金：如高强度、高导电、高导热等铜合金的研究
• 制备工艺：如真空熔炼、快速凝固等制备工艺的研究
• 供暖管道：用于输送热水和蒸汽
• 门窗配件：如锁、铰链等，用于连接门窗
• 燃气管道：用于输送天然气和煤气
• 幕墙：用于建筑外墙装饰和保护
铜合金在交通运输行业的应用
飞机
• 发动机部件：如涡轮叶片、燃烧室等
• 航空电子：如线路板、连接器 等
• 结构部件：如机翼、机身等
汽车
• 发动机部件：如气缸、活塞等
• 新兴产业需求：新兴产业发展带来铜合金新需求
• 市场竞争加剧：国内外铜合金生产企业竞争激烈
• 技术进步：新技术、新工艺推动铜合金产业发展
• 环保政策：环保政策对铜合金生产企业提出更高要求
• 国际合作：国际合作拓宽铜合金产业发展空间
铜合金在未来应用领域的展望
电气行业
建筑行业
交通运输行业
电子行业
• 新能源：如太阳能、风
• 绿色建筑：如节能建
• 新能源汽车：如电动汽
• 电子信息：如电子器
能等新能源领域的应用
筑、环保建材等应用
车、燃料电池汽车等应用
件、电子线路等应用
• 智能电网：如智能变电
• 智能家居：如智能门
• 高速列车：如高速动车
• 人工智能：如机器人、
站、智能电缆等应用
窗、智能锁等应用
铜合金
铜中的合金元素
在铜中无限固溶的合金元素有：Ni、Au、Mn； 大多数合金元素为有限溶解；当溶质元素与铜原子尺寸差别 很大时，溶解度明显减小。 铜中固溶的合金元素将起固溶强化作用； 固溶的溶质元素对铜的导电性有很大影响，P、Si、Fe、Co、 Be、Al、Mn、As及Sb均强烈降低铜的导电性，而Ag、Cd、 Cr、Mg对导电性的降低幅度较小。 固溶元素对铜的导热率有较大的降低。
铜的电极电位较正，在许多介质中都耐蚀，可在大气、淡气、 铜的电极电位较正，在许多介质中都耐蚀，可在大气、淡气、 水蒸气及低速海水等介质中工作； 水蒸气及低速海水等介质中工作； 优良的加工成形性，铜有极高的塑性； 优良的加工成形性，铜有极高的塑性； 机械性能（σb为200~240MPa），冷加工状态 b450MPa； 冷加工状态σ 机械性能 冷加工状态 优良的可焊性； 优良的可焊性； 无磁性，常用来制造不受磁场干扰的磁学仪器。 无磁性，常用来制造不受磁场干扰的磁学仪器。 由于有良好的的导电性、导热性和塑性， 由于有良好的的导电性、导热性和塑性，并兼有耐蚀性和焊接 它是化工、船舶和机械工业中的重要材料。 性，它是化工、船舶和机械工业中的重要材料。
第十章 铜合金
分类
工业纯铜---又称紫铜，可分两大类，即含氧 工业纯铜 铜和无氧铜； 黄铜---铜锌合金，以Zn为主加元素； 黄铜 白铜---铜镍合金，以Ni为主加元素； 白铜 青铜---铜锡合金等（除了锌、镍外，加入其 青铜 他元素的合金均称青铜）
铜及铜合金的性能
高导电率和导热率； 导电率和导热率； 具有良好的塑性，易于成型； 具有良好的塑性，易于成型； 塑性 高强度，耐磨性良好； 强度，耐磨性良好； 良好 某些条件下有良好的耐蚀性； 某些条件下有良好的耐蚀性； 耐蚀性
第十章 金属的低倍组织缺陷分析
第十章 金属的低倍组织缺陷分析一、 原理概述金属的低倍组织缺陷检验也称为宏观检验。
它是用肉眼或不大于十倍的放大镜检查金属表面、断口或宏观组织及其缺陷的方法。
宏观检验在金属铸锭、铸造、锻打、焊接、轧制、热处理等工序中，是一种重要的常用检验方法。
这种检验方法操作简便、迅速，能反映金属宏观区域内组织和缺陷的形态和分布特点情况。
使人们能正确和全面的判断金属材料的质量，以便指导科学生产、合理使用材料。
还能为进一步进行光学金相和电子金相分析作好基础工作。
宏观检验包括低倍组织及缺陷检验(包括酸蚀、硫印、塔形车削以及无损控伤等方法)和断口分析等。
1．较典型的宏观缺陷较典型的宏观缺陷有偏析、疏松、缩孔、气泡、裂纹、低倍夹杂、粗晶环等。
(1) 偏析合金化学成分不均匀的现象叫做偏析。
根据偏析的范围大小和位置的特点，一般可以分为三种。
即晶内偏析和晶间偏析、区域偏析、比重偏析。
晶内偏析和晶间偏析 如固溶体合金浇注后冷凝过程中，由于固相与液相的成分在不断的变化，因此，即使在同一个晶体内，先凝固的部分和后凝固的部分其化学成分是不相同的。
这种晶内化学成分不均匀的现象叫晶内偏析。
这种偏析常以树枝组织的形式出现，故又称为枝间偏析。
这种偏析一般通过均匀退火可以将其消除。
基于同样的原因，在固溶体合金中先后凝固的晶体间成分也不相同，这种晶体间化学成分不均匀现象叫做晶间偏析。
区域偏析 在铸锭结晶过程中，由于外层的柱状晶的成长把低熔点组元、气体及某些偏析元素推向未冷却凝固的中心液相区，在固、液相之间形成与锭型外形相似形状的偏析区。
这种形态的偏析多产生在钢锭结晶过程，由于钢锭模横断面多为方形，所以一般偏析区也是方框形，故常称为方框偏析。
在酸浸试片上呈腐蚀较深的，并由暗点和空隙组成的方形框带。
见图10-1。
这种偏析是一种下偏析，即铸锭的外层是富集高熔点组元，而铸锭心部则富集了低熔点的组元和杂质。
与正偏析相反的是反偏析。
反偏析恰与正偏析相反。
金属材料学绪论课件
循环材料产业：适应时代需要，把生态环境意
识贯穿于产品和生产工艺的设计之中，提高材料利 用率、降低生产和使用过程中环境的负担。发展形 成资源—材料—环境良性循环的产业。
合金发展的主流方向是少合金化与通用合金， 形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再 生利用。要研究开发与人民生活密切相关的绿色材 料以及环境友好材料。
金属材料学绪论
金属材料学绪论
4、第四阶段——微观理论的深入研究 微观理论的深入研究：
原子扩散及其本质的研究；钢TTT曲线测定； 贝氏体、马氏体转变理论形成了比较完整的理论。
位错理论建立：
电子显微镜的发明 →看到了钢中第二相沉淀析出，位错 滑移，发现了不全位错、层错、位错墙、亚结构、Cottrell 气团等现象 → 位错理论。
新科学仪器不断发明：
电子探针，场离子发射显微镜和场电子发射显微镜、扫 描透射电镜（STEM）、扫描隧道显微镜（STM）、原子 力显微镜（AFM）等 .
金属材料学绪论
0.2 现代金属材料
先进结构材料的研究与开发是永恒的主题。
开发高性能结构材料：高比强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨 损→降低机械重量、提高性能、延长使用寿命的关键。 复合材料→结构材料，广泛应用，如铝基复合材料。开 发各种系列用途的低温奥氏体钢。
这是Fe3C。 1861年：俄契尔诺夫提出了钢的临界转变温度的概念。 19世纪末：马氏体研究已成为时髦，Gibbs得到了相律，
Robert-Austen发现了奥氏体固溶特性，Roozeboom建 立了Fe-Fe3C系的平衡图。
金属材料学绪论
钢的组织命名：
Austenite→英金属学家Austen； Bainite→美科学家Bain； Sorbite→英科学家Sorby； Martensite→德科学家Marten； Troostite→法化学家Troost； Ledeburite→德学者Ledebur
《金属工艺学》课程笔记
《金属工艺学》课程笔记第一章：绪论，金属材料主要性能一、金属材料的基本概念1. 金属金属是一种具有金属光泽、良好的导电性、导热性和可塑性的物质。
在自然界中，金属以元素形式存在或者以化合物的形式存在。
2. 合金合金是由两种或两种以上的金属，或者金属与非金属通过熔合制成的具有金属特性的物质。
合金的性能通常优于其组成的纯金属。
二、金属材料的分类1. 按化学成分分类- 纯金属：如铁、铜、铝等。
- 合金：如不锈钢、黄铜、青铜等。
2. 按用途分类- 结构材料：用于承受力的材料，如建筑用钢材、飞机用铝合金。
- 功能材料：具有特殊物理、化学或生物功能的材料，如超导材料、形状记忆合金。
3. 按冶金工艺分类- 铸造合金：适用于铸造工艺的合金，如铸铁、铸钢。
- 变形合金：适用于压力加工的合金，如冷轧钢板、热轧型钢。
三、金属材料的主要性能1. 物理性能- 密度：不同金属的密度差异较大，如铁的密度约为7.87 g/cm³，铝的密度约为2.70 g/cm³。
- 熔点：金属的熔点范围很广，如钨的熔点高达3422°C，而汞的熔点为-38.83°C。
- 导电性：金属的导电性通常很好，银的导电性最高，铜和铝也具有良好的导电性。
- 导热性：金属的导热性与其导电性有关，银的导热性最好，其次是铜和铝。
2. 化学性能- 耐腐蚀性：金属在特定环境下的抗腐蚀能力，如不锈钢在空气中具有良好的耐腐蚀性。
- 抗氧化性：金属在高温下抵抗氧化的能力，如镍基合金在高温下具有良好的抗氧化性。
3. 力学性能- 强度：金属抵抗外力作用的能力，分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
- 塑性：金属在受力时产生永久变形而不破裂的能力，如金、银具有良好的塑性。
- 韧性：金属在受到冲击载荷时吸收能量并产生塑性变形的能力，如低碳钢具有较高的韧性。
- 硬度：金属抵抗局部塑性变形的能力，常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度等。
四、影响金属材料性能的因素1. 化学成分：不同元素的加入会改变金属的晶格结构，从而影响其性能。
金属工艺学第10章课件.ppt
10.1 高聚物材料
91.02..11.3 硬常质用合热金塑的性性高能聚特物点的性能及应用
1）聚酰胺的基本特性
聚酰胺就是通 常所说的尼龙，有 的也叫锦纶。它的 强度、韧性、耐磨 性、耐腐蚀性、吸 震性、自润滑性、 成形性好，且摩擦 系数小，无毒无味， 可在100℃以下使 用。
10.1 高聚物材料
青等天然树脂很少使用。树脂在塑料中的 质量分数为40％~100％。
10.1.1 塑料组成
（2） 增塑剂
10.1 高聚物材料
（1） 填充剂
（3） 稳定剂
（4） 发泡剂
（6） 润滑剂
（5） 着色剂
（7） 其他添加剂
10.1 高聚物材料
10.1.2 高聚物的分子结构
1. 链状结构
2. 树枝状结构
3. 网状结构
气相
3）
22
10.2 陶瓷材料
10.2.1 陶瓷材料的概述
陶瓷的显微组织
23
10.2 陶瓷材料
10.2.1 陶瓷材料的概述
1） 力学性能
2） 热性能
3） 化学性能
4） 电性能
5） 加工工艺
性
24
10.2.2 工程陶瓷材料
10.2 陶瓷材料
1.强度高
2.耐磨耐腐蚀
3.电绝缘
25
10.3.1 复合材料概述
91.02..11.3 硬常质用合热金塑的性性高能聚特物点的性能及应用
1）聚丙烯的基本特性
聚丙烯无色、无味、无毒。外观似聚乙烯，但比聚 乙烯更透明、更轻。密度仅为0.90~0.91 g/cm3，它不吸 水，光泽好，易着色。
聚丙烯具有聚乙烯所有的优良性能、如卓越的介电 性能、耐水性、化学稳定性，宜于成形加工等；还具有 聚乙烯所没有的许多性能，如屈服强度、抗拉强度、抗 压强度和硬度及弹性比聚乙烯好。
金属材料学第10章铜合金
铅的平均质量分数为30%
金属材料学第10章铜合金
10.2.2、锡青铜
是以锡为主加元素的铜合金，锡 含量一般为3~14%。
是最古老的铜合金，我国应用已 有2000年历史，如古代的鼎、钟、 武器、铜镜等。
锡青铜铸造流动性差，铸件密度 低，易渗漏，但体积收缩率在有 色金属中最小 。
东汉晚期的青铜奔马（马踏飞燕）
,
,
三大类。
纯铜又叫
。
纯铜含 过高时，会引起“氢病”。
黄铜是以 为主加合金元素的铜合金，白铜则是
以
为主加合金元素的铜合金。
根据添加的化学成分不同，青铜又分
为
,
,
。
金属材料学第10章铜合金
10.1 黄铜brass
10.1.1黄铜的牌号及表示方法
普通黄铜：H62表示含62%Cu、38% Zn
牌 号
金属材料学第10章铜合金
10.2青铜bronze
青铜制品
10.2.1青铜的牌号及表示方法
除黄铜和白铜外的其他铜合 金统称为青铜。
“Q”加上第一个主加元素化学符号及
牌
含量再加上其它合金元素含量。
号
如QSn4-3为含4%Sn，3% Zn锡青铜；
表
铸造青b30表示铸造铅青铜，
金属材料学第10章铜合金
黄铜力学性能与Zn量有关，含锌量超过45%的铜锌 合金无实用价值
图10.4
图图109.5.5微量元素对28％Zn黄铜中温脆性的影 响。1－28％Zn，2－0.15％Ce，3－0.05％
Ce
金属材料学第10章铜合金
黄铜有良好的铸造性能，即流动性高，偏析 倾向小，适用于铸造复杂和精致的铸造制品。
＜36%Zn 的合金为单相α黄铜，
工程材料教案
许昌职业技术学院教案系别：机电工程系学期：2009----2010学年第一学期教研室：机械教研室课程名称：工程材料授课专业：授课班级：教师姓名：宋也黎二00九年九月七日课程说明及教学计划一．课程的性质和任务工程材料与热加工基础是机械类、近机械类各专业学生必修的一门技术基础课。
本课程的任务是:l）工程材料的性能：以力学性能为主，还要考虑物理性能、化学性能及工艺性能；2）金属学基本理论：使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识；常用工程材料成分－组织－性能－应用之间关系的一般规律3）热处理方面：掌握钢的热处理基本原理和工艺，掌握热处理各种工艺方法的目的，以便正确选用热处理工艺方法，合理安排工艺路线。
4）常用工程材料：掌握常用的工业用钢、铸铁、非铁金属及其合金的成分、组织、性能和用途；了解工程塑料、橡胶、陶瓷、复合材料等常用非金属材料的分类、性能和用途，以便合理选用工程材料。
5）热加工基础：掌握铸造、锻压和焊接的特点及应用范围，掌握金属的铸造性能、锻造性能和焊接性能；能初步分析各种热加工零件的结构工艺性，具有初步选择零件毛坯的能力。
6）零件材料与毛坯的选择：熟悉常用工程材料的生产工艺过程，正确选择零件的材料、毛坯，并初步安排热处理在工艺过程中的位置。
合理选用工程材料的初步能力。
二．教学方法本课程内容主要是建立在实验观察和工业实践基础之上,以实质性和规律性的描述为主,涉及面较宽。
l）着重理解教学内容,尽量避免死记硬背。
2）配合实验及多媒体信息,帮助和加深理解教学内容。
3）利用网络交流教学信息,如查阅资料、习题解答等。
课程教学形式包括理论教学、实验教学、课堂讨论、自学、辅导等方式，其中理论教学以CAI为手段主要讲授重点和难点。
三、教学计划绪论 1学时第一章金属材料的性能（5学时）教学内容第一节力学性能有关概念、强度（1学时）第二节塑性、硬度（2学时）第三节韧性与疲劳、金属工艺性（2学时）第二章材料的结构（2学时）第一节纯金属的结构与结晶（1学时）第二节实际金属的晶体结构（1学时）第三章材料的凝固（2学时）第一节基本概念、（1学时）第二节结晶原理（1学时）第四章塑性变形与再结晶（2学时）第一节塑性变形对金属组织和性能的变化（1学时）第二节冷塑性变形在加热时的变化、热变形加工（1学时）第五章铁碳合金相图（8学时）第一节合金的晶体结构（2学时）第二节二元合金相图（2学时）第三节铁碳合金相图、分析（2学时）第四节典型成分的结晶、铁碳相图应用（2学时）第六章钢的热处理（8学时）第一节钢在加热、冷却时的转变（2学时）第二节退火、正火、淬火（2学时）第三节回火、表面与化学热处理（2学时）第四节质量分析、工序位置安排（2学时）第七章非合金钢（2学时）第一节杂质元素对钢的影响、非合金钢的分类（1学时）第二节常用的牌号及用途（1学时）第八章合金钢（4学时）第一节合金元素的作用、合金钢的分类（2学时）第二节常用的低合金钢、合金钢的牌号与用途（2学时）第九章铸铁（2学时）第一节铸铁的分类、石墨化（1学时）第二节常用铸铁的牌号、用途（1学时）第十章有色金属（4学时）第一节铝及铝合金、铜及铜合金（2学时）第二节轴承合金、粉末冶金（2学时）第十一章非金属材料（2学时）第一节高分子材料（1学时）第二节陶瓷、复合材料（1学时）第十二章新型材料的发展动态（2学时）四、学时分配1．讲课 48学时2．实验 4学时3．课堂讨论 4学时总学时 56学时五、教学过程(见讲义)六、教材及教学参考书1．工程材料崔占全、孙振国机械工业出版社 2003年3月2．工程材料学习指导崔占全、孙振国机械工业出版社 2003年3月3．工程材料崔占全、邱平善哈尔滨工程大学出版社 2001年5月4．工程材料辅助教材邱平善哈尔滨工程大学出版社 2001年5月5、. 工程材料朱张校清华大学出版社 2000年5月6、工程材料习题集郑明新清华大学出版社 1993年6月7、机械工程材料沈莲机械工业出版社 2000年7月8、机械工程材料杨瑞成重庆大学出版社 2000年7月绪论一、教学目标1、理解工程材料的含义及其地位2、本学科的重点及内容体系二、教学重点、难点1、掌握机械工程材料的内容体系三、教学方法：讲授法、讨论法四、教学时数：2学时五、教学内容材料的发展1.新石器时代的仰韶文化已开始炼制和应用黄铜2.商周时期，青铜冶炼、铸造技术已达到很高的水平商代晚期，青铜业进入了鼎盛时期。
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铜-铝二元合金相图铜端
39
青铜
40
青铜
铝含量对铝青铜的力学性能有较大的影响。 随铝含量的增加，强度和硬度明显提高，但塑性 下降。
塑性强烈下降
塑性降低，强度也随之降低
41
青铜
42
青铜
四、铍青铜
Be固溶于Cu中的固溶体。不 同温度下，Be有不同溶解度，有 强烈时效硬化效果。
43
青铜
以电子化合物CuBe为基的固 溶体，是体心立方结构的有序固 溶体，硬而脆
1）锡黄铜
在普通黄铜中加入0.5～1.5%Sn，可提高 合金的强度和硬度以及在海水中的耐蚀性。 此外，能改善黄铜的切削加工性能。锡虽然 提高了黄铜的耐蚀性能，但不能从根本上消 除应力腐蚀破裂倾向，可采用低温退火，提 高应力腐蚀抗力。
16
黄铜
2）铝黄铜
17
黄铜
3） 镍黄铜
4） 硅黄铜 普通黄铜中加入1.5～4.0%Si，能显著提高 黄铜在大气及海水中的耐蚀性能以及应力腐 蚀破裂能力，改善合金的铸造性能，并能与 钢铁焊接。
锡青铜铸造性的特点：
铸件收缩率小，适宜于形状复杂、壁厚变化大的 零件。这是因为铜-锡合金的结晶间隔大，液体流动性 差，锡原子扩散慢，结晶时树枝晶发达，易形成分散 型缩孔，所以收缩率小，且不易裂。锡青铜由于存在 分散缩孔，致密性差，在高压下易渗漏。锡青铜合金 凝固时铸锭中易出现反偏析现象。
35
青铜
③ 其他合金元素在锡青铜中的作用 主要作用是脱氧，改善铸造性能。 少量磷能显著提高合金的弹性极限和 疲劳极限。下左图为铸造锡青铜组织 （＞10.0%Sn、＞0.5%P）
金属材料学
刘 斌 教授
第十章 铜合金
10.1 黄铜
10.2 青铜
2
黄铜
铜是人类历史上使用最早的一种金属。铜带领人类走出 了石器时代，创造了青铜时代的辉煌，并不断推进社会文 明的进步。
具有许多可贵的物理性能，如电导率、热导 率都很高，化学稳定性强等。但纯铜的强度 很低，因此结构件常使用铜合金。
Cu
铜合金在电器、电子、机械、车辆、化工、 船舶、航空、工艺品等传统领域具有广泛应 用，也是诸多成分分为：黄铜、青铜、白铜
3
黄铜
编钟
永乐大钟
越王勾践剑
4
黄铜
一、黄铜的牌号及表示方法 黄铜是以锌为主要元素的铜合金。最简 单的黄铜是铜-锌二元合金，简称普通黄铜。 工业上使用的黄铜含锌含量均在50%（质 量分数）以下。在二元铜-锌合金基础上加入 一种或多种其他合金元素的黄铜，称为特殊 黄铜。 黄铜按其生产工艺可分为压力加工黄铜 和铸造黄铜。
5
黄铜
普通黄铜牌号用“黄”字的汉语拼音字头“H” 后面加铜含量表示。特殊黄铜的牌号用“H”加主 添加元素的化学符号，再加铜含量和添加元素的 含量表示。铸造黄铜牌号用“铸”字的汉语拼音 字头“Z”再加铜的化学符号和主添元素的化学符 号及含量表示。
6
黄铜
二、普通黄铜
铜-锌二元相图铜端
7
黄铜
上图为铜-锌二元合金相图
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青铜
青铜牌号的表示方法是：“青”字的 汉语拼音字头“Q”加上第一个主加元素 的化学符号及含量，再加上其他合金元素 的含量。如QSn4-3表示含4%Sn，3%Zn的 锡青铜；QAl5表示含5%Al的铝青铜。铸造 青铜的牌号为：“Z”表示铸造，“Cu” 表示铜基体元素符号。如ZCuPb表示铸造 铅青铜，铅的平均质量分数为30%。
② 锡青铜的性能
锡青铜有较高的强度、 硬度和耐磨性。抗拉强度随 Sn含量的增加而升高。左图 显示了铸态锡青铜的力学性 能与锡含量之间的关系。 ＞6%Sn
＞ 20%Sn
34
铸态锡青铜力学性能与锡含量 的关系
断后伸长率即开始迅速降低
青铜
＜7～ 8%Sn ＞10%Sn 有高的塑性和较高的强度，适用于塑性加工 因塑性低，只适用于铸造用
44
青铜
Ni
45
青铜
Ti
微量钛（0.1～0.25%）可降低铍 的溶解度，抑制过饱和固溶体的分解， 其作用比镍还好。改善工艺性能、细 化组织、提高强度、减少弹性滞后， 并保持其高的硬度。
46
青铜
铍青铜热处理特点是淬火状态具有极好的塑性， 可冷加工成管材、棒材、带材等各种型材。若经过 固溶处理及冷变形后，不仅能提高强度、硬度，而 且能显著提高弹性极限，减少弹性滞后值。淬火的 主要目的是使铍青铜中富铍相固溶于基体中，快速 冷却获得过饱和固溶体，为时效强化做准备。
28
青铜
二、锡青铜 Cu-Sn系合金称锡青铜，是历史上应用最早的一种合金。 锡青铜有较高的强度、耐蚀性和良好的铸造性能。
① 锡青铜的组织
铜-锡二元合金相图铜端
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青铜
Sn固溶于Cu中的固溶体，面心立 方结构
30
青铜
31
青铜
含5%Sn的锡青铜铸态组织
含10%Sn的锡青铜铸态组织
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青铜
33
青铜
21
黄铜
7）铁黄铜
22
黄铜
四、黄铜的热处理 铜无同素异构转变，且铜-锌二元相图中锌在铜中 的溶解度随温度降低而增大，故普通黄铜不能热处理退 火。
黄铜的热处理主要采用：再结晶退火、去应力退火
23
黄铜
中间退火 再结晶 退火 最终再结晶 退火 消除冷变形强化恢 复塑性
中间退火
在连续冷变形加工中间进行的，冷加工使材料 产生变形强化，并随着变形程度的增加，在板宽的 方向上发生“边裂”。
P
含磷锡青铜铸态组织
含铅锡青铜铸态组织
36
青铜
Pb
不溶于铜中，呈孤立的夹杂物存在， 改善锡青铜的切削加工性和耐磨性，能 显著降低力学性能和热加工性能。 ZCuSn5Pb5Zn5显微组织如上右图所示。
Zn
37
青铜
④ 锡青铜的热处理
38
青铜
三、铝青铜 铜与铝形成的合金称为铝青铜，是特殊青铜的 一种。铝青铜的强度和耐蚀性比黄铜和锡青铜还高， 是应用最广的一种铜合金，但铸造和焊接性较差。
14
黄铜
经过冷变形的黄铜制品在潮 湿的大气中，特别是在含有氨气 的大气或海水中，会发生自动破 裂。 产生的原因：冷加工变形的黄 铜制品内部存在着残余应力， 在腐蚀性介质的作用下，发生 应力腐蚀，导致制品破裂，又 称为“应力破裂”
“季裂”/“自裂”
15
黄铜
三、特殊黄铜
在普通黄铜中加入少量的硅、铝、铅、锡、 锰、铁和镍等元素形成特殊黄铜，可改善和提高 黄铜的耐蚀性能、力学性能和切削加工性能等。
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黄铜
衡量中间再结晶退火质量如何，除要求使 冷变形后的变形强化消除，以便继续进行冷加 工外，还要考虑材料再结晶后的晶粒尺寸。
最终再结晶 退火
成品最终再结晶退火，是指成品 最终一次退火，其目的是使产品 的性能满足使用条件的要求，改 善再结晶组织及均匀性。
与中间再结晶退火相比，退火温 度，加热时间的范围要严格控制， 退火必须均匀。
47
25
黄铜
去应力 退火
黄铜的去应力退火通常是在制品加工 完成后进行的，主要作用是去除铸件、 焊接件及冷成型制品的内应力，以防止 制品变形与开裂及提高弹性。
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青铜
一、青铜的牌号及表示方法
青铜是人类历史上最早应用的一种合金。青 铜最早指的是铜-锡合金。但在工业上应用了大 量的含铝、硅、铍、锰和铅的铜基合金，这些也 称为青铜。为了加以区别，通常把铜-锡合金成 为锡青铜（普通青铜），其他称为无锡青铜（特 殊青铜）。
8
黄铜
9
黄铜
① 普通黄铜的组织
10
黄铜
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黄铜
② 普通黄铜的性能 随Zn含量增加，黄铜的导电性、导热 性、密度下降，线膨胀系数提高
Zn
＞32%，黄铜塑性下降，强度持续增 高。在45%Zn时强度最大。再增加锌 含量，脆性增加，强度急剧下降。
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黄铜
铸态黄铜的性能与锌含量的关系
微量元素对Zn38%黄铜中温脆性的影响
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黄铜
5）铅黄铜
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黄铜
HPb59-1挤压棒材的显微组织
ZCuZn40Mn3Fe1铸态的显微组织
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黄铜
6）锰黄铜 黄铜中加入一定量锰有细化晶粒的作用， 并能在不降低塑性的前提下，提高强度、硬度 和在海水及热蒸汽中的耐蚀性。锰黄铜具有良 好的冷、热加工性，广泛用于造船等工业。 ZCuZn40Mn3Fe1其显微组织如上右图所示。
上左图为锌和组织对黄铜性能的影响。黄铜经过变形于再结 晶退火后，其性能与锌含量的关系与铸态相似。由于成分均匀和 晶粒细化，其强度和塑性比铸态都有所提高。 上右图曲线1为28%Zn的黄铜断面收缩率随温度而变化的关系， 在400℃时塑性最低。因此，热加工时温度应高于700℃
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黄铜
合金中存在微量的铅、铋有害杂质与铜形 成低熔点共晶分布在晶界上，热加工时产 生晶间破裂。