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金属材料的结构和力学性能
金属材料的结构和力学性能金属材料是人类社会发展过程中不可或缺的重要材料之一。
它们以其独特的结构和力学性能，广泛应用于工业、建筑、交通等领域。
本文将探讨金属材料的结构和力学性能，并探索其在不同领域中的应用。
一、金属材料的结构金属材料的结构是由金属原子的排列方式决定的。
一般来说，金属材料的结构可以分为晶体结构和非晶体结构两种。
晶体结构是指金属原子按照一定的规律排列形成的结构。
最常见的晶体结构是面心立方结构、体心立方结构和简单立方结构。
在面心立方结构中，金属原子分布在一个立方体的八个顶点和六个面心上；在体心立方结构中，金属原子分布在一个立方体的八个顶点和一个立方体的中心；在简单立方结构中，金属原子仅分布在一个立方体的八个顶点上。
这些结构的不同排列方式决定了金属材料的性能。
非晶体结构是指金属原子的排列方式没有规律性。
它们通常具有高度的无序性和非晶性，使得金属材料具有特殊的性能，如高硬度、高强度和高韧性。
非晶体结构常见于特殊的金属合金中，如玻璃金属。
二、金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
主要包括强度、韧性、硬度和延展性等指标。
强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力。
它可以分为屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
屈服强度是指金属材料开始发生塑性变形时所承受的最大应力；抗拉强度是指金属材料在拉伸过程中承受的最大应力；抗压强度是指金属材料在压缩过程中承受的最大应力。
这些强度指标直接影响金属材料的使用范围和承载能力。
韧性是指金属材料在受力过程中能够吸收能量的能力。
它是金属材料抵抗断裂的能力的重要指标。
韧性高的金属材料具有较好的抗冲击性和抗疲劳性。
硬度是指金属材料抵抗局部塑性变形的能力。
硬度高的金属材料通常具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
延展性是指金属材料在拉伸过程中能够发生塑性变形的能力。
具有良好延展性的金属材料可以在外力作用下发生较大的变形而不破裂。
三、金属材料的应用金属材料的结构和力学性能使其在各个领域中得到广泛应用。
金属材料与合金材料的结构与性能
金属材料与合金材料的结构与性能金属材料和合金材料是工业中常用的材料类型，它们具有广泛的应用领域和优良的性能。
本文将探讨金属材料和合金材料的结构与性能，以及它们的应用。
一、金属材料的结构与性能金属材料的结构主要由金属原子的排列方式决定。
金属原子由金属键连接在一起，形成晶体结构。
常见的金属结构有面心立方、体心立方和密排六方等。
这些结构都具有较高的结晶度和金属键的强度，使金属材料具有以下性能：1. 优良的导电导热性能：金属材料中的自由电子在外电场或温度梯度下能够自由移动，因此金属具有良好的导电导热性能，可广泛用于电子、电力等领域。
2. 良好的塑性和可加工性：金属材料的晶体结构中存在晶界和位错，使其具有良好的塑性和可加工性，可通过冷、热变形进行塑性变形加工，如拉伸、压缩、锻造等。
3. 高强度和韧性：金属材料的晶界和位错可以阻碍原子滑移，增加其强度和韧性。
此外，金属材料还可以通过热处理等方法增强其强度和韧性。
4. 耐磨蚀和耐腐蚀性：金属材料在一定条件下具有一定的耐磨蚀和耐腐蚀性能，可用于制造机械零部件、化工设备等耐久性要求较高的领域。
二、合金材料的结构与性能合金材料是由两种或更多金属元素形成的固溶体或化合物。
合金材料的结构与性能由原子的尺寸、电子结构和金属间的相互作用等因素决定。
1. 固溶体型合金：固溶体型合金中，多种金属原子在晶格中均匀混合。
这种合金通常具有以下性能：a. 良好的强度和韧性：不同种类的金属原子能够阻碍位错的移动，增加合金的强度和韧性。
b. 改变金属特性：合金中不同金属原子的化学性质和晶体结构的差异，使合金的硬度、磁性、导电性等特性得到改变。
2. 化合物型合金：化合物型合金由两种或多种金属元素形成的化合物组成。
这种合金通常具有以下性能：a. 高硬度和高强度：化合物型合金的晶格中存在复杂的离子键和共价键，使其具有较高的硬度和强度。
b. 特殊的物理特性：由于化合物型合金的晶体结构具有特殊的性质，如形状记忆效应、超导等。
金属材料的结构与性能
P.39
２. 塑性变形对金属组织和性能的影响 (1)塑性变形对金属组织的影响
使晶粒变形，产生纤维组织
P.40
产生织构
金属塑性变形到很大程度（70%以上）时，由于晶粒发生转动，使晶粒位向 趋近一致，形成特殊的择优取向，多晶体金属形变后具有的这种择优取向的晶体结 构，称为形变织构。形变织构一般分为两种：一种是大多数晶粒的某个晶向平行于 拉拔方向，称为丝织构；另一种大多数晶粒的某个晶面和晶向平行于轧制方向，称 为板织构
P.12
各向异性
不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能（如强度、塑 性、电阻率、导热性）不同的现象
Z
Z
Y
X
X
问题：为什么常见的金属材料没有显示各向异向性？
Y
P.13
3. 金属中的实际晶体结构 实际金属晶体结构与理想结构的偏离
单晶体：内部晶格位向完全一致 的晶体（理想晶体）。 如钻石、单晶Si半导体。
轻金属：指比重小于5（又有一说是 密度小于4.5克/ 立方厘米）， 包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡 。
2、熔点 低熔点金属及合金 难熔金属及合金
3、导电性 4、导热性 5、热膨胀性 6、磁性
P.23
（二）材料的化学性能
1、耐腐蚀性 （1）化学腐蚀
（2）电化学腐蚀 防止腐蚀的途径：
形成钝化保护膜、减少电位差、不接触电解质
P.31
维氏HV 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 800 900
三种硬度的换算表
布氏HBS 238 285 333 380 428
(475) (523) (570) (618)
洛氏HRS 22.2 29.8 35.5 40.8 45.3 49.1 52.3 55.2 57.8 60.1 64.0 67.0
金属材料的结构、组织与性能
1. 晶体和金属的特 性
原子在空间呈 规则排列的固体物 质称为“晶体”， 如图1-1a所示。晶 体具有固定的熔点。
图1-1 晶体中原子排列示意图
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金属原子结合方式-----金属键
金属晶体中，金属原子失去最外层电子变成正离子，每一个正 离子按一定规则排列并在固定位置上作热振动，自由电子在各 正离子间自由运动，并为整个金属所共有，形成带负电的电子 云。正离子与自由电子的相互吸引，将所有的金属原子结合起 来，使金属处于稳定的晶体状态。金属原子的这种结合方式称 为“金属键”。
非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。
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2. 晶格、晶胞和晶格常数
为了便于分析晶体中原子排列规律及几何形状，将每一个 原子假设成一个几何点，忽略其尺寸和重量，再用假想线把这 些点连接起来，得到一个表示金属内部原子排列规律的抽象的 空间格子，称为“晶格”，如图1-1b所示。
晶格中各种方位的原子面称为“晶面”，构成晶格的最基 本几何单元称为“晶胞”，如图1-1c所示。晶胞的大小以其各边 尺寸a、b、c表示，称为“晶格常数”，以(A埃 )为单位。 (1埃A =1×10-8 cm)
图1-7 立方晶系的一些晶向指数
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（2）立方晶系的晶面指数 晶体中各种方位的原子面称为晶面。立方晶系的晶面指数 通常采用密勒指数法确定，即晶面指数是根据晶面与3个坐标 轴的截距来决定。晶面指数形式为(h k l)，按如下步骤确定：
1）建坐标；
2）求截距；
3）取倒数并化整，放圆括号
( )内，即得。
图1-11 晶界和亚晶界
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（2）晶格缺陷
实际金属晶体中，由于结晶条件或加工等的影响，使原子的排列规则受 到破坏，这种不规则的区域称为晶格缺陷。根据其几何特点，可分为三类。
课题3 金属材料的结构与性能
课题3 金属材料的结构与性能课题引入首先请大家思考以下几个问题：➢歌词有“比钢还强，比铁还硬”，怎样衡量钢的强，铁的硬？➢作为汽车工程材料，选择金属时主要考虑哪些因素？➢为什么“打铁要趁热”？➢为什么说“千锤百炼出好钢”？➢为什么汽车覆盖件钢板经过冲压成形后变得更强更硬？课题说明金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。
金属材料的性能主要分为四个方面，即：力学性能、化学性能、物理性能、工艺性能。
在汽车制造工程中选用金属材料时，一般以力学性能作为主要依据，故必须掌握力学性能的主要指标：强度、硬度、塑性、冲击韧性等。
本项目主要学习金属材料的力学性能、金属晶体结构、金属塑性变形、金属和合金结晶过程及组织变化，通过本课时学习，从本质上掌握钢铁的性能与组织的概念，并了解这两者之间的内在联系，为后续金属材料热处理工艺的学习打下基础。
课题目标✧掌握金属的常见晶体结构类型及特点✧掌握实际金属晶体结构的缺陷的类型。
✧掌握金属材料的力学性能的各项指标的概念及工程意义。
✧掌握金属晶体结构与力学性能的关系。
✧掌握金属冷塑性变形对金属性能及组织结构的影响。
✧掌握变形金属后的回复与再结晶原理及工业应用。
✧了解热加工与冷加工的主要区别及热加工的应用。
3.1金属的晶体结构金属材料的种类很多，性能和用途也各不相同。
金属的外在性能很大程度是由金属内部的组织结构决定的。
因此，研究金属内部的组织结构及形成规律，是了解金属性能，正确选用金属材料，合理确定加工方法的基础。
3.1.1晶体结构的基本概念1．晶体与非晶体固态物质根据其原子排列排列特征，可分为晶体和非晶体两大类。
自然界中，除了少数物质，如普通玻璃、沥青、石蜡松香等外，绝大多数固态物质都是晶体。
晶体与非晶体的区别表现在许多方面：（1）晶体内部的原子排列有规律，故一般有规则的外形；而非晶体内部原子排列无规则，没有规则的外形。
（2）晶体有固定的熔点，而非晶体则没有固定的熔点。
（3）晶体原子呈规则排列，各方向的原子排列密度不一样，使得晶体表现出各向异性的特征；而非晶体在各个方向上的原子聚集密度大致相同，故表现出各向同性。
金属材料的结构和性能分析
金属材料的结构和性能分析金属材料是人们广泛应用的一类材料，它们具有较高的强度、塑性和导电性等特点，适用于制作各种零部件、机器、设备、工具等。
然而，金属材料的性能受其结构的影响较大，不同的结构会导致材料的性能有所不同。
因此，对金属材料的结构和性能进行分析对于选择合适的材料、设计合理的零部件、预测材料的工作寿命等方面均有指导意义。
一、金属材料的结构在金属材料中，原子呈现出有序和规则的排列状态。
这种颗粒有序排列的状态被称为晶体。
晶体中的原子受力形成了一种三维周期结构，其外形规则，呈现出多面体结构。
这种结构具有各向同性（性质与方向无关）的特点。
晶体结构分为立方晶系、四方晶系、六方晶系、三斜晶系、正交晶系和单斜晶系等六类结构。
不同的晶体结构会导致材料的性质发生变化，这也为材料的选择提供一定的依据。
例如，铝、铜、银等材料属于面心立方晶系结构，具有良好的塑性和导电性，适用于制作各种常规零部件。
而碳化硅、硅等材料则采用六方晶系结构，具有良好的高温性能和耐腐蚀性能，适用于制作高温加热元件和耐腐蚀零部件。
二、金属材料的性能金属材料的性能主要包括力学性能、塑性和热性能等方面。
这些性能直接影响着材料在使用时的表现和寿命。
以下是一些常见的金属材料性能分析：1.力学性能力学性能是指材料在受到外力作用下产生的变形、强度以及疲劳寿命等方面的性能。
其中，强度是材料承受外力的能力，通常有屈服点、断裂点等指标来表示。
而变形指材料受到外力时，发生的塑性和弹性变形，这会直接影响着材料在使用时的表现。
此外，疲劳寿命则是材料在反复受到载荷作用下的寿命，该指标与零部件的使用寿命密切相关。
2.塑性塑性是指材料在受力作用下向任意方向发生塑性变形的能力。
由于金属材料的晶体结构具有各向同性的特点，其塑性也表现为各向同性。
材料的塑性不仅可以通过其晶体结构来调控，也可以通过掺杂、热处理等工艺手段来调节。
塑性是金属材料最基本的性能之一，它影响着材料的加工性、成形性以及材料的通用性。
金属材料的组织结构与性能分析
金属材料的组织结构与性能分析1.引言金属材料是一种常见的工程材料，广泛应用于各个领域。
金属材料的组织结构对其性能具有重要影响。
本文将从晶体结构、晶粒结构和缺陷结构三个方面来分析金属材料的组织结构与性能。
2.晶体结构对金属材料性能的影响2.1面心立方（FCC）结构FCC结构的金属材料在空间中具有紧密堆积的密排结构，因此具有良好的塑性和延展性。
典型的FCC结构材料包括铝、铜和银等。
这些金属材料的晶体结构使其具有良好的机械性能和导电性能。
2.2体心立方（BCC）结构BCC结构的金属材料的原子布局呈立方形，中心原子会被其他原子所包围。
BCC结构的金属材料具有良好的韧性和强度。
典型的BCC结构材料包括铁、钢和钨等。
这些金属材料因其晶体结构的特性，因此在高温和高应力环境下表现出优异的性能。
2.3密排六方（HCP）结构HCP结构的金属材料在三轴方向上没有相同的近邻，使其具有良好的蠕变性能。
典型的HCP结构材料包括钛、锆和镁等。
这些金属材料因其晶体结构的特点，在高温和高压环境下表现出优异的性能。
3.晶粒结构对金属材料性能的影响3.1晶粒尺寸晶粒尺寸是指晶体中一个晶粒的大小。
晶粒尺寸的减小会提高金属材料的强度和硬度，但会降低其韧性。
这是因为小尺寸的晶粒会限制晶界的运动和位错的运动。
3.2晶粒定向性晶粒定向性是指晶粒中晶体的取向关系。
晶粒定向性的提高可以增加金属材料的力学性能。
例如，陶瓷涂层中通过控制晶粒的定向性可以提高其耐磨性能。
4.缺陷结构对金属材料性能的影响金属材料中存在各种缺陷结构，不同的缺陷结构对金属材料的性能有着不同的影响。
4.1晶界晶界是相邻晶粒之间的界面。
晶界的存在会限制晶体的运动，并对金属材料的塑性和强度产生影响。
4.2位错位错是晶体中的一个原子或多个原子的错位。
位错的运动会导致金属材料的形变，从而影响其塑性和强度。
5.结论。
1第一章金属材料的结构和性能
晶向OA ： [100] 晶向OB ： [110] 晶向OB’ ： [111]
立方晶胞中的主要晶向
晶向指数一般标记为[ 晶向指数一般标记为[uvw]，表示一组原子排列 相同的平行晶向。 相同的平行晶向。
若两个晶向的全部指数数值相同而符号相反, 若两个晶向的全部指数数值相同而符号相反, 则 它们相互平行或为同一原子列, 但方向相反。 它们相互平行或为同一原子列, 但方向相反。 如[110]与 [110]与 。
晶面指数的一般标记为 (hkl)。实际表示一组原子 排列相同的平行晶面。 排列相同的平行晶面。
立方晶胞中的主要晶面
如 面
晶面的截距可以为负数, 在指数上加负号, 晶面的截距可以为负数, 在指数上加负号, 。 若某个晶面 的指数都乘以-1,则得到晶 的指数都乘以-1,则得到晶 属于一组平行晶面。 , 则晶面 与 属于一组平行晶面。
具有这种晶格的金属：铝 具有这种晶格的金属： (Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金 (Al)、 (Cu)、 (Ni)、 (Au)、银(Ag)、γ- 铁 (Au)、 (Ag)、 ( γ-Fe, 912 ℃～1394 ℃) γ℃～ 等。
面心立方晶胞的特征： 面心立方晶胞的特征： 晶格常数： （1）晶格常数：
体心立方晶胞特征： 体心立方晶胞特征： （1）晶格常数
a=b=c, α=β=γ=90° =90°
（2）晶胞原子数 角上原子属8个相邻晶胞，中心原子属于该晶胞； 角上原子属8个相邻晶胞，中心原子属于该晶胞； 一个体心立方晶胞所含的原子数为 2个。 （3）原子半径 晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半称为原 子半径( 子半径(r原子)； 之间关系为： 体心立方晶胞中原子半径与晶格常数a之间关系为：
a=b=c, α=β=γ=90° =90°
金属材料的微观结构与性能研究
金属材料的微观结构与性能研究一、引言金属材料是人类使用最久、用途最广泛的材料之一，其在制造制品、建筑、交通运输等各个领域都有广泛的应用。
随着科技的不断进步，人们对于金属材料的要求也日益严格，需要开发出更加高性能的金属材料。
为了满足这一需求，金属材料的微观结构与性能研究越来越受到重视。
二、金属材料的微观结构金属材料的微观结构主要包括晶体结构和晶界结构。
1. 晶体结构晶体结构是指金属原子在空间中的排列方式。
金属材料的晶体结构可以分为三类：体心立方结构、面心立方结构和密堆积结构。
其中，体心立方结构的原子序列组成一个正方体，每个角上的原子被共用。
面心立方结构的原子序列组成一个立方体，每个角上的原子被共用，每个面的中点都位于一个原子上。
密堆积结构的原子序列由密排列的最紧密层和相邻最紧密层之间的半数原子点组成。
2. 晶界结构晶界结构是指晶体之间的结构。
金属材料的晶界结构分为位错晶界、孪晶界、多晶晶界等三种。
位错晶界是两组排列不同的晶体之间的结合，孪晶界是由同质材料的组成分子结合而成的，多晶晶界是由大量的晶体结构相同的晶粒组成的。
三、金属材料的性能金属材料的性能是指它在实际工作中所表现出的一系列力学和物理特性。
1. 力学性能力学性能是指金属材料在通常的应力和应变下的表现。
力学性能包括强度、塑性、韧性、硬度等。
强度是指材料在受力作用下抵抗变形的能力，强度高的材料会更加抗拉和抗压。
塑性是指材料在受力作用下发生形变的能力，塑性高的材料可以更好地承受冷加工和热加工。
韧性是指材料在受力作用下破坏前所能吸收的能量，韧性高的材料可以更好地承受冲击和振动。
硬度是指材料受力后所呈现的抵抗表面划痕能力。
2. 物理性能物理性能是指材料在物理方面的表现。
物理性能包括密度、导电性、热传导性、磁性、光学性等。
密度是指材料单位体积内的质量，是金属材料重要的物理性能指标。
导电性是指材料导电的能力，导电性好的材料可以用于电路和电子器件等。
热传导性是指材料传导热的能力。
金属材料的组织结构与性能分析
金属材料的组织结构与性能分析一、前言金属材料作为工业生产中使用最广泛的材料之一，一方面得益于其高强度、良好的导电导热性质和较好的可加工性，另一方面也得益于其独特的组织结构，这种组织结构直接影响着金属材料的性能。
如何正确地识别金属材料的组织结构，分析其性能特点，是金属材料学中的基础和重要环节。
本文将从金属材料的组织结构入手，详细分析金属材料的性能特点。
希望对广大读者和从业者能够有所启发和帮助。
二、金属材料的组织结构金属材料的组织结构一般包括晶体、晶界、杂质和缺陷等结构成分。
1. 晶体晶体是金属材料的基本组成部分，其性质与银、铜等常见金属的单晶基本一致。
晶体形成的方式有单晶、多晶、丝状晶等。
单晶是一种完整的晶体，其内部没有任何晶界，其物理性质较其他晶体更为一致。
多晶体是由多个晶体组成，这些晶体之间由晶界相接，晶界的存在会严重影响多晶体的性能。
丝状晶是由细长晶体排列而成的，常出现在某些形变加工较多的金属中。
2. 晶界晶界是晶体与晶体之间的交界面，是有晶体长大和变形的必然结果。
晶界的存在会对金属材料的力学性能、电学性能、热学性能等产生很大的影响。
晶界越多，金属材料的强度就越低，其导热性、电导率也会相应降低。
3. 杂质杂质指的是当晶体中组成元素之外的其他元素，主要有溶解杂质、夹杂和析出相等。
其中溶解杂质是指在晶体中以原子溶解的形式存在的元素，常常对晶体的性质有很大的影响，同时还常常导致固溶体的物理性质发生变化。
4. 缺陷缺陷通常指的是晶体内部或表面的结构缺陷，如空位缺陷、间隙缺陷、位错、分界面。
这些缺陷的存在会明显降低金属材料的性能，如降低其强度和塑性等。
三、金属材料的性能特点金属材料的性能特点与其组织结构密切相关。
以下将从一些特定的性能指标出发，分析金属材料的性能特点。
1. 强度金属材料的强度主要与其组织结构、晶体结构、晶界数量、杂质含量和缺陷等因素有关。
晶界越多，强度就越低，晶界处还容易形成多种缺陷。
金属结构材料和性能教学课件
不同的金属具有不同的热膨胀行为。在高温下，一些金属可能发生相变，导致体积突然变化；而在冷却过程中，一些金属可能会发生收缩或硬化。了解不同金属的热膨胀行为对于材料加工和热处理工艺的制定具有重要意义。
热膨胀性
金属的导热系数是指单位时间内，单位面积的金属向周围介质传递热量的速率。导热系数的大小反映了金属的热传导能力，对金属的结构设计和热处理工艺的制定具有重要意义。
指金属材料在压力作用下，改变形状而不破裂的性能。
可锻性主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的可锻性就越好。可锻性良好的金属能够承受各种压力加工，如锻造、挤压、轧制等。
总结词
详细描述
可锻性
总结词
指金属材料在焊接过程中，能够形成优质焊接接头的难易程度。
详细描述
可焊性主要取决于金属的化学成分、物理性质和焊接工艺条件。可焊性良好的金属在适当的焊接条件下，能够形成连续、无缺陷的焊接接头，满足结构的连接要求。
轻质、高强度、耐腐蚀，广泛应用于航空、建筑等领域。
具有高度的耐腐蚀性和强度，广泛用于化工、食品加工等领域。
导电性好、耐腐蚀、美观，用于电气、建筑、装饰等领域。
建筑业
用于制造桥梁、高层建筑、工业厂房等。
制造业
用于制造机械零件、汽车零部件、船舶等。
航空航天
用于制造飞机、火箭、卫星等。
化工行业
用于制造压力容器、管道、阀门等。
硬度
金属材料抵抗局部变形或侵入的能力。常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
强度与硬度
韧性
金属材料在受到冲击或振动时吸收能量的能力。良好的韧性可以提高金属结构的稳定性和安全性，防止因冲击而产生的脆性断裂。
金属材料结构与性能
双原子模型：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。
解理断裂常见于体心立方和密排六方金属及合金，低温、冲击载荷和应力集中常促使解理断裂的发生。
面心立方金属很少发生解理断裂。
河流花样是竭力台阶存在的标志。
舌状花样是另一重要微观特征。
沿晶断裂：裂纹在晶界上形成，又沿着晶界扩展而导致的断裂。
沿晶断裂是金属常发生的脆性断裂之一。
疲劳断口：是指金属材料或零构件在疲劳断裂过程中形成的一种匹配的表面，称断裂面或断口。
断裂疲劳：材料或构件在交变应力作用下，因疲劳而发生的断裂。
冷脆：指材料在低温条件下的极小塑变脆断。
大多发生在体心立方和密排六方晶体结构。
论述金属材料的强化和韧化机制：（1）强化：完全消除内部缺陷，是它的强度接近与理论强度，增加内部缺陷，提高强度。
（2）韧化：材料的外加荷载作用下从变形到断裂全过程吸收能量的能力，所吸收的能量愈大，则断裂韧性越高。
机理：郑家断裂过程中能量消耗的措施都可以提高断裂韧性。
疲劳现象：在循环荷载作用下的工作中，机械零件在工作应力还低于制作原料的屈服强度的情况下发生断裂，这种现象叫做疲劳现象。
包辛格效应：在金属塑性加工过程中正向加载引起的塑性应变强化导致金属材料在随后的反向加载过程中呈现塑性应变软化(屈服极限降低)的现象。
在低周疲劳初期，若随着循环周次的增加，△σ增大，这种现象叫做疲劳硬化，若随着循环周次的增加，△σ减小，为疲劳软化。
蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。
蠕变极限：σ1 600×10-5电导率：N型半导体：P原子的这个额外电子所处的能级，处于Si的禁带中的上半部。
这种类型的非本征半导体称为N型半导体。
P型半导体：流动的空穴密度超过导电的电子密度的非本征半导体。
热电偶:一端结合在一起的一对不同材料的导体，并应用其热电效应实现温度测量的敏感元件。
金属材料的结构与性能研究
金属材料的结构与性能研究导言金属材料是工业生产中广泛应用的一类材料，其独特的结构与性能对于产品的制造和使用至关重要。
本文将就金属材料的结构与性能进行详细讨论，并介绍相关研究方法和应用。
第一章结晶结构与晶体缺陷1.1 结晶结构金属材料的结晶结构是指金属原子在固态条件下排列成的有序结构。
常见的金属结构有体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构等。
每种结构都具有不同的晶胞参数和晶格常数，对材料的性能具有重要影响。
1.2 晶体缺陷晶体缺陷是指晶体内部存在的一些非完美结构，可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、插入原子和替代原子等。
线缺陷包括位错和螺旋位错等。
面缺陷包括晶界和孪生等。
这些缺陷会导致材料的机械性能、电学性能和热学性能发生变化。
第二章金属材料的力学性能2.1 强度和硬度金属材料的强度是指材料抵抗外力作用下变形和破断的能力。
硬度则是材料抵抗压痕或划痕的能力。
强度和硬度受材料的晶体结构、晶界、晶体缺陷和工艺处理等因素影响。
2.2 塑性和韧性塑性是指金属材料在受力作用下发生永久变形的能力。
韧性是指金属材料在受力作用下发生断裂之前的变形能力。
金属材料的塑性和韧性取决于晶体结构、晶界和晶体缺陷的性质。
第三章金属材料的导电性与热传导性3.1 导电性金属材料是良导电体，其导电性能与其铁磁性、晶格结构和电子态密度有关。
金属材料通常具有较高的电导率和低的电阻率，适用于电器、电子设备等领域。
3.2 热传导性金属材料的热传导性能取决于其晶体结构、晶胞体积、晶界和缺陷等因素。
金属材料通常具有较高的热传导率，可以快速传递热能，适用于导热器材料和散热器等领域。
第四章金属材料的腐蚀行为与防护4.1 腐蚀行为金属材料在特定环境中会发生腐蚀，引起材料的损耗和性能下降。
腐蚀行为受到环境中的化学物质、温度和湿度等因素的影响。
金属材料的腐蚀行为涉及电化学反应和金属离子迁移等机理。
4.2 防护措施为了减轻金属材料的腐蚀损失，可以采取各种防护措施。
金属材料的结构与性能
第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。
常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。
2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。
二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。
此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。
硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。
此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。
三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。
疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。
四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。
为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。
其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。
五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。
它是材料本身的特性。
六、磨损由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。
引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。
按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。
不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。
2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能力。
第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。
金属材料的结构与性能
金属材料的结构与性能金属材料一直是人类历史上最重要的材料之一。
作为一种常见的材料，金属材料的物质结构和物理化学性质对其性能具有决定性影响。
要想更好地理解金属材料的结构与性能，需要从多个角度来探讨。
I. 金属材料的常见结构金属材料的晶体结构可以分为五类：铁磁性、体心立方、面心立方、六方密堆积和菱面体。
其中，体心和面心立方结构是最常见的。
这些结构最主要的区别在于金属原子在晶体内的排列方式，这一点对材料的物理性质和性能具有重大影响。
II. 金属材料的物理性质金属材料的物理性质主要包括密度、熔点、导电性、热膨胀系数和热传导率等。
在这些属性中，导电性和热传导率是最为突出的特点。
金属材料中的自由电子能有效地传递电子和热能，使得电流和热量能够在金属材料中快速传递，同时也为金属材料的加工提供了方便。
III. 金属材料的力学性能金属材料的力学性能包括硬度、强度、韧性和塑性等。
力学性能是金属材料最常用的属性，它们直接决定了材料在实际应用中的可靠性和耐久性。
这些属性受到诸多因素的影响，如合金成分、晶体结构和加工工艺的影响都可以对其力学性质产生极大的影响。
IV. 金属材料的应用金属材料广泛应用于各种领域，如建筑、电子、机器制造等。
金属材料中优异的导电性和热传导性，能够使得它作为传导电和热的媒介中的主流材料。
此外，某些金属材料具有耐高温，耐腐蚀等特性，能够适用于高温、化学环境等极端条件下的使用。
V. 未来金属材料的发展方向未来金属材料的发展方向也在不断变化，主要包括以下几个方面：1. 新型合金成分的研究和开发，能够获得更好的性能以满足不同领域的需求；2. 基于纳米技术的金属材料的开发，可以大大提高材料的强度和韧性；3. 晶格工程技术的进一步发展，可以制备出多层金属复合材料，提高金属材料的性能和工艺性；4. 金属材料的生产流程和加工工艺的改进，可以更加精细地控制金属材料的结构和性质，提高产品的质量和品种。
综上所述，金属材料的结构和性质是影响它们在实际应用中性能的关键因素。
金属材料的基本结构特点和力学具体性能
（一）弹性极限和刚度 1、弹性极限
• 弹性变形——是指当外力解除后变形能够全部 消除恢复原状的变形。
• 弹性极限
σe=Fe/A0
• 物理意义——材料保持完全弹性变形所承受的 最大应力。表征材料对（极）微量塑性变形的
抗力。
金属材料的基本结构特点和力学具体 性能
（一）弹性极限和刚度 2、材料刚度E
• 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一 般钢材的屈服强度在200～1000MPa 之间。
• 强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载 荷。当载荷一定时，选用高强度的材料，可以减小 构件或零件的尺寸，从而减小其自重。
• 因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题， 称之为材料的强化。
金属材料的基本结构特点和力学具体 性能
金属材料的基本结构特点和力学具体 性能
第一节 静载荷条件下材料的力学性能
• 静载荷——是指对材料缓慢地施加载荷，使材 料的相对变形速度较小时的载荷（一般是小于 0.01mm/s）。
• 动载荷——（1）是指加载速度比较快，使材 料的塑性变形速度也较快的冲击载荷。（2） 作用力大小与方向作周期性变化的交变载荷。
γ=-1 疲劳强度σ-1 （轴类所受到的交变弯曲应力）
min max
• 脉动循环交变应力
γ=0 疲劳强度σ0 （齿轮齿跟受到的循环
弯曲应力） 金属材料的基本结构特点和力学具体 性能
疲劳强度的测试
• 在疲劳试验机上，用较多的试棒，在不同交变载 荷下进行试验，作出疲劳曲线。
金属材料的基本结构特点和力学具体 性能
塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等
金属材料的基本结构特点和力学具体 性能
金属材料的组织结构与性能分析
屈服强度s：材料发生微量
0.2
塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
指标为：
伸长率： 断面收缩率：
l1 l 0 100% l0
F0 F1 100% F0
断裂后
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
• 说明：
• ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变
形。
为什么？
验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。
• 维氏硬度保留了布氏硬度和
洛氏硬度的优点。
显微维氏硬度计
小 负 荷 维 氏 硬 度 计
铁碳合金的显微组织
• 铁碳合金的组织组分：铁素体、奥氏体、渗碳 体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体、石墨
• 按铁碳合金相图和平衡组织对铁碳合金分类：
工业纯铁、钢和铸铁
2013-8-11
材料科学与工程学院
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（6）石墨(C)：是Fe3C在一定条件下分解产生的C，以游离态存 在。可实用的铸铁中碳大部分或全部以石墨的形式存在，铸铁组 织是由基体和石墨两部分组成的。石墨的形态、大小、数量和分 布对铸铁的性能有着非常重要的影响，石墨的形态有片状、球状、 蠕虫状、团絮状等。
硬质合金、表淬层和渗碳层。
金刚石压头
HRB用于测量低硬度材料, 如 有色金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料，
如调质钢、淬火钢等。
洛氏硬度的优点：Hale Waihona Puke 作简便，压痕小，适用范围广。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
• 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后 面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 • 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试