金属材料与热处理教案PPT课件
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金属材料与热处理(全) PPT
属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
金属材料与热处理(全)
第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
金属材料与热处理(全)
第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
金属材料及其热处理ppt课件
1. 体心立方晶格（BCC）：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。 晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC） ：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的 中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处 理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热 处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程 中的位置和作用，热处理又可分 为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞 后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。 通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确 定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解， 是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的 冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的 小晶体组成，小晶体称为晶粒，晶粒之间交界的地方称为 晶界。
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。 晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC） ：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的 中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处 理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热 处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程 中的位置和作用，热处理又可分 为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞 后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。 通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确 定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解， 是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的 冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的 小晶体组成，小晶体称为晶粒，晶粒之间交界的地方称为 晶界。
金属材料与热处理绪论课件
高性能金属材料的研发与应用
高强度钢
高强度钢具有较高的抗拉强度和屈服点，广泛应用于汽车、建筑 和船舶制造等领域。
轻质金属材料
如钛合金和铝合金，具有密度低、强度高、耐腐蚀等优点，在航空 航天、汽车和体育器材等领域得到广泛应用。
功能金属材料
如形状记忆合金、超导合金和磁性合金，具有特殊的功能性质，在 医疗器械、能源和通讯等领域有广阔的应用前景。
相变和组织转变过程的调控，从而达到改善材料性能的目的。
热处理的方法与分类
• 总结词：热处有其特定的工艺参数和应用范围。
• 详细描述：退火是将金属加热到适当温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的一种工艺方法，主要用于消除内应力、 降低硬度、改善切削加工性等。正火是将金属加热到临界点以上适当温度后保持一定时间，然后空冷至室温的一种工艺 方法，主要用于细化晶粒、提高强度和韧性等。淬火是将金属加热到临界点以上适当温度后迅速冷却至室温的一种工艺 方法，主要用于提高硬度和耐磨性等。回火则是将淬火后的金属加热到适当温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温 的一种工艺方法，主要用于稳定组织、消除内应力、提高韧性等。
03 金属材料的性能与测试
金属材料的力学性能
弹性性能
金属材料在受到外力作用时， 能够迅速恢复其原始状态的能力。
塑性性能
金属材料在受到外力作用时， 能够发生永久变形而不破裂的 能力。
强度性能
金属材料抵抗外力作用而不被 破坏的能力。
硬度性能
金属材料抵抗表面变形或破坏 的能力。
金属材料的物理性能
热导率
金属材料的性质与用途
金属材料的性质
金属材料的性质主要包括物理性质、化学性质和力学性质。
金属材料的用途
金属材料广泛应用于建筑、机械、航空航天、能源、交通、 电子等领域。
《金属学与热处理》课件
举例说明
电子器件中的微型线圈需要采用真空 热处理来确保其导电性能和稳定性； 而医疗器械中常用的钛合金则需要通 过特殊的化学热处理来提高其耐腐蚀 性和生物相容性。
05
热处理设备与工艺控 制
热处理设备的分类与选择
热处理设备的分类
根据加热方式、用途和特点，热处理设备可分为多种类型，如电炉、燃气炉、 真空炉、感应炉等。
举例说明
飞机发动机中的涡轮叶片需要采用特 殊的热处理工艺来提高其高温强度和 抗疲劳性能；而医疗器械中常用的钛 合金则需要通过精细的热处理来确保 其生物相容性和力学性能。
功能金属材料的热处理
总结词
详细描述
功能金属材料具有特殊的物理和化学 性能，其热处理工艺对材料的性能具 有重要影响。
功能金属材料的热处理主要包括真空 热处理、化学热处理和磁场热处理等 工艺。这些工艺能够改变金属的表面 组织结构和化学成分，从而赋予材料 特殊的物理和化学性能。例如，磁性 材料需要进行磁场热处理来提高其磁 导率和磁感应强度；而超导材料则需 要通过真空热处理和化学热处理来确 保其超导性能。
气氛控制
对于某些热处理工艺，如渗碳、 渗氮等，需要控制炉内的气氛， 包括气体组成、压力和流量等， 以确保工件表面的质量。
热处理过程中的环境保护
减少能源消耗
采用先进的热处理技术和设备，提高能源利用率 ，减少能源浪费。
降低污染物排放
通过改进工艺和设备，降低热处理过程中产生的 有害物质排放，如废气、废水和固体废弃物等。
热处理过程中的相变
相变概念
金属在加热和冷却过程中发生的组织结构变 化，包括晶体结构的变化和相的分离。
相变机理
固态相变、液态相变和气态相变等。
相变类型
共析转变、包晶转变、固溶体脱溶等。
金属材料与热处理ppt课件
四、金属材料发展的历史(2) 3. 中国古代钢铁及非铁金属的生产技术和热
处理技术，在明末科学家宋应星所著《天 工开物》中有详细的阐述。 4.现代冶金技术的发展自19世纪中叶的转炉 炼钢和平炉炼钢开始。19世纪末的电弧炉 炼钢和20世纪中叶的氧气顶吹转炉炼钢及 炉外精炼技术，使钢铁工业实现了现代化。
朔性变形的应用：轧制，挤压，冷拔，锻 压，冷冲压。这些方法可以作为零件成型 和强化的重要手段，更加重要的是为了改 善组织和性能。
与变形相关的几个概念
1：载荷：金属材料在加工和使用过程中所受 的外力称为载荷 载荷分为：静载荷；冲击载荷；交变载荷
静载荷：指大小不变或变化过程很缓慢的 载荷 冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零 件上的载荷。 交变载荷：指大小 ，方向或大小和方向 随时 间发生周期性变化的载荷。
第一单元 金属材料与机械产品
制造过程简介
金属材料的基本概念
金属材料是由金属元素或以金属元素 为主要材料构成的并具有金属特性的工程 材料。
金 属 材 料
纯金属
合
金
金属材料的分类
非合金钢
金 属 材 料
黑色 金属
低合金钢 合金钢 铸铁 铜及铜合金 铝及铝合金
有色 金属
滑动轴承合金
钛及钛合金 其他非铁合金
五、金属材料的发展热点
1．继续重视高性能的新型金属材料 具有高强度、高韧性、耐高、低温、抗腐蚀等性能。 2．非晶（亚稳态）材料日益受到重视 非晶态或亚稳态合金材料、金属纳米材料。 3．特殊条件下应用的金属材料 低温、高压、高温、外场以及辐照条件材料的结构、 组织和性能的研究。 4．材料的设计及选用科学化 按照指定的性能对材料进行结构、成分的科学设计。
金属材料及热处理培训课件
随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。▪ （也叫均匀化退火。）
▪ 目的 ▪ 均匀钢内部的化学成分，消除偏析。
▪ 适用情况 ▪ 主要于铸造后的高合金钢。
5.去应力退火
▪ 概念
▪
为了消除由于变形加工以及铸造、焊接过程引起的
残余内应力而进行的退火称为去应力退火。
▪ 退火温度 ▪ 不超过Ac1，一般500～650℃。
▪
让其中的碳化物球化（粒化）和消除网状的二
次渗碳体。（因此叫做球化退火。）
▪ 适用钢种 ▪ 主要适用于共析或过共析的工模具钢
T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500
4.扩散退火（均匀化退火）
▪ 概念
▪
将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常
为1050℃～1150℃），长时间（一般10～20h）保温，然后
40min，然后迅速放在端淬试验台上喷水冷却。
未淬透钢 淬透钢
a) 全淬透
b) 未淬透
四、钢的回火
▪ 什么是回火？ 后再淬冷火却后到再室将温工的件一加种热热到处A理c1工温艺度。以下某一温度，保温
一般是紧接淬火以后的热处理工艺。
▪ 淬火后回火目的 ◆降低或消除内应力，以防止工件开裂和变形； ◆ 减少或消除残余奥氏体，以稳定工件尺寸； ◆调整工件的内部组织和性能，以满足工件的
➢ 由于感应加热速度快，奥氏体晶粒不易长大，淬火后获得非 常细小的隐晶马氏体组织，使工件表层硬度比普通淬火高2HRC ～3HRC，耐磨性也有较大提高。
➢ 表面淬火后，淬硬层中马氏体的比体积较原始组织大，因此 表层存在很大的残余压应力，能显著提高零件的弯曲、抗扭疲 劳强度。小尺寸零件可提高2～3 倍，大尺寸零件可提高20%～ 30%。
▪ 适用钢材 中碳钢（消除魏氏组织、晶粒粗大、带状组织等）
金属材料与热处理(最全)PPT课件
铁碳合金和铁碳相图
3.1 铁碳合金中的组元和基本相 3.2 Fe-Fe3C相图 3.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织 3.4 铁碳合金的成分－组织－性能关系 3.5 铁碳相图在工业中的应用
• 工业纯铁：塑性较好 ，强度较低，具有铁 磁性，在一般的机器 制造中很少应用，常 用的是铁碳合金
• 铁素体（F）：碳溶 于 -Fe中的一种间 隙固溶体，体心立方 晶体结构，组织和性 能与工业纯铁相同
珠光体（P）：铁 素体和渗碳体 的机械混合物 ，是两者呈层 片相间的组织 ，即层片状组 织特征，可以 通过热处理得 到另一种珠光 体的组织形态
五个单相区： ABCD 以上-液相区（L） ；AHNA- 固溶体 区（ ）； NJESGN- 奥 氏 体 区 （ A）；GPQ 以 上-铁素体区（F） ；DFKL-渗碳体区 （Fe-Fe3C）
• 奥氏体（A）：碳溶 于 -Fe中的一种间隙 固溶体，具有面心立 方晶体结构，塑性好 ，变形抗力小，易于 锻造成型
铁碳合金中的组元和基本相
渗碳体：铁和碳 的金属化合物 （ 即 Fe3C） 属 于复杂结构的 间隙化合物， 硬而脆，强度 很低，耐磨性 好，是一个亚 稳定的化合物 ，在一定温度 下可分解为铁 和石墨
七个两相区（两相邻 的单相区之间） ：
L+,L+A,L+Fe3C, +A,F+A,A+Fe3C,F +Fe3C
Fe-Fe3C相图
包晶反应： HJB水平线
LB＋H（1495°） AJ
包晶反应仅可能在含碳 量0.09～0.53％的铁 碳合金中，其结果 生成生成奥氏体
恒温转变线
共晶反应： ECF水平线
Ae＋Fe3C （1148°） Lc
金属学与热处理共43页PPT资料
教学内容 ---- 实验教学
实验一：金属的力学性能实验 实验二：铁碳合金平衡组织观察 实验三：钢的退火与正火 实验四：钢的淬火与回火
五、教材、学时安排与考核办法
教 材 : 金属学与热处理 丁建生 主 编 机械工业出版社
参考书：金属学与热处理原理 崔忠圻 主编 机械工业出版社
理论授课学时: 48学时 实验学时: 8学时 练习学时：8学时 考核办法：期末考试（开卷）70%+实验10%+平时
碳钎维合成奔驰公2019款 国产机战机改用复合材料
在材料的生产和使用方面我们
的祖先有过辉煌的成就。商周时 代青铜冶炼已达到相当大的规模， 能够铸造出875kg的司母戊鼎， 是商王朝晚期王室的青铜祭器。 它是世界青铜文化中最大的一件 青铜器。
到春秋战国时期已达到技术顶峰。著名的越王剑其 制造水平令今人惊讶! 到汉朝又发明了炒钢法，这是一 种古老的炼钢法。直到世界工业革命之前，我国的材料 生产和应用一直处于世界领先地位。
按物质结构分有：金属材料，无机非金属材料，有 机高分子材料，复合材料等；
按用途分有结构材料，功能材料等。
本教材主要涉及的是机械工程材料，并按物质结构 及用途进行简明阐述。在机械工程材料中金属材料目 前仍是最主要的材料。尤其是钢铁材料在机械工程中 仍占首要地位。本书重点阐述的内容仍放在钢铁材料 方面。
（考勤+作业+问答）20%
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课题二 材料的拉伸性能
1.1 前言 1、拉伸性能:
通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延性、应变 硬化和韧度等重要的力学性能指标，它是材料的基本力 学性能。
2、拉伸性能的作用、用途：
a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要 依据之一。
金属材料与热处理第4章铁碳合金课件.ppt
4.2 二元合金相图
4.2.1 二元合金相图的表示方法 4.2.2 二元合金匀晶相图分析 4.2.3 二元合金共晶相图分析
4.2.1 二元合金相图的表示方法
合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温 度和成分之间的关系，简称相图或状态图。
它是了解合金中各种组织的形成与变化规律的有效工 具，是合金在极缓慢冷却、接近平衡条件下测绘的，又 称平衡图。
a)间隙固溶体 b)置换固溶体 溶质原子对晶格畸变影响示意图
4.1.3 金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质 称为金属化合物。
金属化合物可用化学分子式来表示。金属化合物的晶格类 型不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构，其性能具有 “三高一稳定”的特点，即高熔点、高硬度、高脆性和良好 的化学稳定性。
相：合金中化学成分、结构相同的组成部分称为相，相与 相之间具有明显的界限。
合金的组织是指合金中不同相之间相互组合而成的综合 体 。各相的数量、形状、大小及分布方式的不同形成了 合金组织。
4.1.2 固溶体
固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的
晶格中所形成的均匀固相，称为固溶体。溶入
的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶
1点以上
1～2点
2～3点
共析钢结晶示意图
3点以下
珠光体显微组织
2. 亚共析钢的结晶过程分析
亚共析钢（含碳量0.0218%＜C＜0.77%）的冷却过程如 图4-15结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕。在2点到3点之 间，奥氏体组织不发生转变；冷却到与GS线相交的3点时， 从奥氏体中开始析出铁素体。当温度降至与PSK线相交的 4点时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77%，此时奥氏体发 生共析转变，转变为珠光体。亚共析钢室温组织由珠光体 P和铁素体F组成。
《金属材料与热处理》说课PPT
有色金属材料主要包括铝、铜、锌、镍、钛等，可以根据其特性应用于不同的 领域。
有色金属材料的用途
铝及铝合金广泛应用于航空、建筑、包装等领域；铜及铜合金用于电力、电子、 建筑等领域；其他有色金属材料也各自在工业、科技、生活中发挥重要作用。
其他金属材料的分类与用途
其他金属材料的分类
除了钢铁和有色金属外，还有一些稀 有金属和贵金属，如金、银、铂等。
培养学生的创新思维和解决问 题的能力。
课程内容
金属材料的性能特点
包括力学性能、物理性能和化学性能等。
金属材料的应用
介绍不同金属材料在工业、建筑、交通等领 域的应用。
金属材料的分类
如钢铁、有色金属、贵金属等。
金属热处理原理及技术
包括加热、冷却、保温等工艺过程及对金属 材料性能的影响。
02
金属材料的性质
生物医用金属材料
具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在医疗器械、 人工关节等领域有广泛应用。
热处理工艺的改进与创新
真空热处理
01
可有效防止金属材料的氧化和脱碳，提高热处理质量，降低能
耗。
激光热处理
02
具有高能量密度和快速加热冷却的特点，可实现金属材料的快
速熔凝和表面强化。
化学热处理
03
通过化学反应改变金属材料的表面成分和组织结构，提高其耐
04
金属材料的分类与用途
钢铁材料的分类与用途
钢铁材料的分类
钢铁材料主要分为生铁、铸铁和 钢三大类，其中钢又可以根据碳 含量和其他合金元素进一步细分 。
钢铁材料的用途
钢铁材料广泛应用于建筑、机械 、交通、能源等各个领域，是现 代工业和基础设施建设的支柱材 料。
有色金属材料的分类与用途
有色金属材料的用途
铝及铝合金广泛应用于航空、建筑、包装等领域；铜及铜合金用于电力、电子、 建筑等领域；其他有色金属材料也各自在工业、科技、生活中发挥重要作用。
其他金属材料的分类与用途
其他金属材料的分类
除了钢铁和有色金属外，还有一些稀 有金属和贵金属，如金、银、铂等。
培养学生的创新思维和解决问 题的能力。
课程内容
金属材料的性能特点
包括力学性能、物理性能和化学性能等。
金属材料的应用
介绍不同金属材料在工业、建筑、交通等领 域的应用。
金属材料的分类
如钢铁、有色金属、贵金属等。
金属热处理原理及技术
包括加热、冷却、保温等工艺过程及对金属 材料性能的影响。
02
金属材料的性质
生物医用金属材料
具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在医疗器械、 人工关节等领域有广泛应用。
热处理工艺的改进与创新
真空热处理
01
可有效防止金属材料的氧化和脱碳，提高热处理质量，降低能
耗。
激光热处理
02
具有高能量密度和快速加热冷却的特点，可实现金属材料的快
速熔凝和表面强化。
化学热处理
03
通过化学反应改变金属材料的表面成分和组织结构，提高其耐
04
金属材料的分类与用途
钢铁材料的分类与用途
钢铁材料的分类
钢铁材料主要分为生铁、铸铁和 钢三大类，其中钢又可以根据碳 含量和其他合金元素进一步细分 。
钢铁材料的用途
钢铁材料广泛应用于建筑、机械 、交通、能源等各个领域，是现 代工业和基础设施建设的支柱材 料。
有色金属材料的分类与用途
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3
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体 。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
2、 非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松 香、树脂等）。 非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
Байду номын сангаас
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
17
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。 其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
晶体
晶格
5
晶胞
晶面 晶体规则排列示意图
晶向
6
★金属晶格的类型
1、是指金属中原子排列的规律。 2、体心立方晶格：体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并
且在立方体的体中心还有一个原子。 属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe
7
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。 属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
15
3）金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。 （冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。）
2、纯金属的结晶过程
1） 在一定过冷度的条件下，金属液通过晶核形成 、晶核长大来完成
其结晶过程。
二、晶粒大小对金属材料的影响
（一般室温下，细晶粒金属具有较高的强度和韧性。）
1、金属晶粒大小取决于结晶时的形核率 、长大速度。细化晶粒，则要 形核率越高、长大速度越慢。
【小结】 【作业】P11 4、5、6
18
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
2、常用的细化晶粒的方法：
A、增加过冷度
B、变质处理
C、振动处理。
三、同素异构转变
1、金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为 同素异构转变。
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2、具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素 异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母α，β，γ ，δ等表示。
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4、密排六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。 属于这种晶格的金属有铍（Be）、Mg、Zn、 镉（Cd）等。
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三、单晶体与多晶体
1、晶粒：金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶体组成的， 小晶体称为晶粒。
2、晶界：晶粒间交界的地方称为晶界。 3、单晶体：只由一个晶粒组成的晶体。（晶格排列方位完全一致。必须人工制
二、金属晶格的类型 ★晶体结构的概念
1、晶格和晶胞 晶格：把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子 称为晶格。 晶胞：构成晶格的最基本单元。
4
2、晶面和晶向 晶面：点阵中的结点所构成的平面。 晶向：点阵中的结点所组成的直线。 由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。
（阵点（结点）：把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点 ，称为阵点或结点。点阵：阵点（或结点）在空间的排列方式称晶体。
教学的难点。 ★纯金属冷却曲线及过冷度是教学重点。
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教学过程。
复习旧课： 1、晶体结构的概念。 2、常见的三种金属晶格类型。 3、晶体的缺陷。 导入新课：
金属由原子不规则排列的液体 转变为原子规则排列的固体的 过程称为结晶。 一、纯金属的结晶过程 1、纯金属的冷却曲线及过冷度。 1）金属的结晶必须在低于其理论 结晶温度（熔点To )下才能进行 。 2）理论结晶温度和实际结晶温度 之差称这“过冷度”（△T=ToT1）。
作，如单晶硅。） 4、多晶体：整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的。（普通金属
材料都是多晶体）
四、晶体的缺陷
1、晶体缺陷：晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象。 1）空位、间隙原子和置代原子
晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。
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2）位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的位错 局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。 （ 线缺陷）
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3）晶界和亚晶界
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【小结】学生总结本次课的内容 【作业】P11/1、2、3
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§1-1纯金属的结晶
学习目的：★掌握金属结晶的概念，纯金属冷却曲 线、及过冷度。
★掌握纯金属的结晶过程。 ★熟悉掌握晶粒大小对金属力学性能的影响及常用
细化晶粒的方法。 ★同素异构转变的概论，掌握铁的同素异构转变式。 教学重点与难点： ★细化晶粒的方法及晶粒大小对力学性能的影响是
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
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教学过程：
复习
载荷可分为：静载荷、冲击载荷、交变载荷。
内力、应力的概念。
新课：
★力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。
力学性能包括：强度、硬度、塑性、硬度、冲击韧性。
一、强度：
① 概念：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。强度 的大小用应力来表示。
② 根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、 抗剪强度和抗扭强度等。
金属材料与热处理
专 业：09机电/09高数
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第一章：金属的结构与结晶 §1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体 。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
2、 非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松 香、树脂等）。 非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
Байду номын сангаас
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
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4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。 其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
晶体
晶格
5
晶胞
晶面 晶体规则排列示意图
晶向
6
★金属晶格的类型
1、是指金属中原子排列的规律。 2、体心立方晶格：体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并
且在立方体的体中心还有一个原子。 属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe
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3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。 属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
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3）金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。 （冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。）
2、纯金属的结晶过程
1） 在一定过冷度的条件下，金属液通过晶核形成 、晶核长大来完成
其结晶过程。
二、晶粒大小对金属材料的影响
（一般室温下，细晶粒金属具有较高的强度和韧性。）
1、金属晶粒大小取决于结晶时的形核率 、长大速度。细化晶粒，则要 形核率越高、长大速度越慢。
【小结】 【作业】P11 4、5、6
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§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
2、常用的细化晶粒的方法：
A、增加过冷度
B、变质处理
C、振动处理。
三、同素异构转变
1、金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为 同素异构转变。
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2、具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素 异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母α，β，γ ，δ等表示。
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4、密排六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。 属于这种晶格的金属有铍（Be）、Mg、Zn、 镉（Cd）等。
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三、单晶体与多晶体
1、晶粒：金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶体组成的， 小晶体称为晶粒。
2、晶界：晶粒间交界的地方称为晶界。 3、单晶体：只由一个晶粒组成的晶体。（晶格排列方位完全一致。必须人工制
二、金属晶格的类型 ★晶体结构的概念
1、晶格和晶胞 晶格：把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子 称为晶格。 晶胞：构成晶格的最基本单元。
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2、晶面和晶向 晶面：点阵中的结点所构成的平面。 晶向：点阵中的结点所组成的直线。 由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。
（阵点（结点）：把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点 ，称为阵点或结点。点阵：阵点（或结点）在空间的排列方式称晶体。
教学的难点。 ★纯金属冷却曲线及过冷度是教学重点。
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教学过程。
复习旧课： 1、晶体结构的概念。 2、常见的三种金属晶格类型。 3、晶体的缺陷。 导入新课：
金属由原子不规则排列的液体 转变为原子规则排列的固体的 过程称为结晶。 一、纯金属的结晶过程 1、纯金属的冷却曲线及过冷度。 1）金属的结晶必须在低于其理论 结晶温度（熔点To )下才能进行 。 2）理论结晶温度和实际结晶温度 之差称这“过冷度”（△T=ToT1）。
作，如单晶硅。） 4、多晶体：整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的。（普通金属
材料都是多晶体）
四、晶体的缺陷
1、晶体缺陷：晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象。 1）空位、间隙原子和置代原子
晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。
10
2）位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的位错 局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。 （ 线缺陷）
11
3）晶界和亚晶界
12
【小结】学生总结本次课的内容 【作业】P11/1、2、3
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§1-1纯金属的结晶
学习目的：★掌握金属结晶的概念，纯金属冷却曲 线、及过冷度。
★掌握纯金属的结晶过程。 ★熟悉掌握晶粒大小对金属力学性能的影响及常用
细化晶粒的方法。 ★同素异构转变的概论，掌握铁的同素异构转变式。 教学重点与难点： ★细化晶粒的方法及晶粒大小对力学性能的影响是
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
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教学过程：
复习
载荷可分为：静载荷、冲击载荷、交变载荷。
内力、应力的概念。
新课：
★力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。
力学性能包括：强度、硬度、塑性、硬度、冲击韧性。
一、强度：
① 概念：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。强度 的大小用应力来表示。
② 根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、 抗剪强度和抗扭强度等。
金属材料与热处理
专 业：09机电/09高数
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第一章：金属的结构与结晶 §1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。