2020版《金属材料概论》
金属材料概论第六章ppt课件.ppt
ES 线(Acm)
过共析钢发生先共析 渗碳体完全溶入 A 或 开始从 A 中析出转变
A1、A3、Acm 称为钢在缓慢加热 和冷却过程中组织转变的相变点
平衡条件 钢在热处理时出现滞后现象—— 实际转变温度偏离平衡临界温度
温度差
过热度（加热时）和 过冷度（冷却时）
加热和冷却时碳钢的 相变点在 Fe - Fe3C
1·奥氏体的形核 a 奥氏体晶核优先在铁素体与渗碳体的相界面上形成。 (相界上原子排列紊乱, 缺陷较多, 能量较高, 碳含量介 于F与Fe3C之间)
A
2·奥氏体的长大 b
Fe3C
FAe3C
碳 CA - Fe3C
A浓
度
F
奥氏体晶粒长大
①渗A碳体CA的- F溶解 ②碳在 A 和 F 中的扩散 ③珠光F体继片续间距向 A 转变进行
2· 加热速度
加热速度 ↑，过热度 ↑，发生转变的温度越高，转 变温度范围越宽，奥氏体完成转变所需时间越短
43··钢原的始成组分织 原始珠光体中的渗碳体为层片状比粒状更容易形成 钢奥中氏的体碳，含因量为↑它，们奥的氏相体界形面成积速较度大越，快形→成C奥%氏体晶 ↑核，的铁几素率体高和。渗碳体的相界面增加，使形核率↑ 。
举例：某钢制零件的生产工艺路线：
备料
铸造或锻造（铸机械加工
最终热处理
切削加工
装配
机械产品
三、钢的相变点（临界温度） 钢在加热或冷却时可发生类 似纯铁的同素异构转变 发生固态相变
钢可以进行热处理
金属或合金在加热或冷却过程中发生相变的温度
—— 临界点
PSK 线 (A1) 共析钢发生 P 与 A 之间的相互转变 GS 线(A3) 亚共析钢发生先共析 F 完全溶入A
《材料概论》知识点总结
《材料概论》知识点总结
一、材料的分类
材料可以分为金属材料、非金属材料和功能材料三大类。
金属材料包括钢铁、铝、铜、镁等金属，非金属材料包括塑料、陶瓷、橡胶等，功能材料包括复合材料、超导体材料等。
二、材料的特性
材料的特性包括机械性能、物理性能、化学性能和热性能。
机械性能包括抗拉强度、屈服强度、断裂韧性、疲劳性能等；物理性能包括密度、热导率、电导率等；化学性能包括耐腐蚀性、氧化性等；热性能包括热膨胀系数、导热系数等。
三、材料的生产
材料生产包括原料提炼、合金化、熔炼、成型等工艺。
原料提炼可以通过矿石提炼、化学合成等方法进行；合金化是将不同的金属或者非金属元素进行混合；熔炼是将原料加热至熔点后进行铸造和成型。
四、材料的应用
材料的应用广泛，可以应用于机械制造、建筑材料、电子产品、航空航天等多个领域。
不同的材料具有不同的特性，可以用于不同的产品制造。
五、材料的发展趋势
随着科学技术的不断发展，材料科学也在不断创新和发展。
材料的发展趋势包括轻量化、高强度、高温抗性、耐磨性、节能环保等方面。
六、材料检测
材料检测是指对于材料进行质量检测和性能测试。
常见的材料检测方法包括化学分析、金相检测、硬度测试、拉伸测试等。
综上所述，材料概论是制造业中的重要组成部分，对于材料的分类、特性、生产、应用和发展趋势等方面进行了深入的研究。
希望本文的介绍可以为读者对于材料概论有一个较为全面的了解。
金属材料概论第三章ppt课件.ppt
体心立方
面心立方
体心立方
第三节 合金的结晶与相图
合金的应用比纯金属广泛得多
→ 因为合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯 金属高许多；某些合金还具有特殊的电、磁、耐 热、耐蚀等物理、化学性能。
学习内容： 一 概念 二 合金相结构 三 二元合金相图
一 概念
1·合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经 熔炼或烧结、或采用其它方法组合而成的具有 金属特性的物质。
如果在结晶过程中只有一颗晶核并长大，而不出 现第二颗晶核．那么由这一颗晶核长大的金属， 就是一块金属单晶体。
2、形核和长大 形核： 均质形核：由熔液自发形成新晶核，液体中出现新
相晶核的几率是相同的→ 自发形核
异质形核：新相优先出现于液相中的某些区域的 形核方式 → 非自发形核←杂质（未熔 质点）
长大： 长大过程实质：液体中金属原子向晶核表面迁移过程 长大条件：过冷度
∵结晶初期生成的微小晶粒与
液相间的平衡温度低于大晶
体与液相间的平衡温度— 小
ห้องสมุดไป่ตู้晶体的熔点<大晶体的熔点 温
度
而通常金属的熔点是与大晶 T
Tm=T大晶粒
△T Tn=T小晶粒
体相对应的 → 结晶过程只能
在金属熔点以下的温度进行
∴过 冷条件下发生！
时间τ
②结晶过程中晶核数目越多，凝固后晶粒数目也越多， 晶粒越细小；反之，晶粒数目越少，晶粒越粗大；
2·组元：组成合金最基本的、独立的物质，简称为元。 一般指组成合金的元素，或稳定的化合物。
例如：黄铜的组元是铜和锌；碳钢的组元是铁和碳， 或是铁和金属化合物Fe3 C
黄铜:Cu与Zn的合金。Zn的含量越高，其强度也较高，
金属材料学概论(1)
1950年 8784
1960年 10007 1970年 11914 1980年 10170 1990年 8870 2008年 9150 2011上 4265.4
484
2214 9332 11140 11030 11870 5407.1
2730
钢铁材料的高性能化
• 微合金化技术
（≤0.1%,研究轧制变形、沉淀相析出、元素 复合、组织控制等） • 细晶粒钢和超细晶粒钢技术 （形变诱导铁素体相变、低温大应变多轴压下 技术） • 耐大气腐蚀技术 （组织结构、夹杂物的影响、Ca-RE等微量元 素的影响）
• 抗疲劳破坏钢技术
（夹杂物控制、硬软相复合） • 耐延迟断裂钢技术 （研究贝氏体组织、低合金回火马氏体延 迟断裂时裂纹萌生、扩展的规律） • 抗高温蠕变断裂强度 （研究合金化和抗蠕变机理） • 资源节约不锈钢 （以氮合金化代镍，研究氮加入的方法和 氮在钢中的脆化机理等）
D、镍及镍合金 镍的储量少，提炼困难，价格昂贵 特点：耐蚀（盐溶液、热碱）性能、高温性能 好。 E、镁及镁合金 镁的密度1.74，熔点650℃，镁合金一些性 能（耐蚀性、强度）与铝合金相近，但疲劳、 蠕变、磨损、加工等性能较差。 F、稀土金属材料 稀土元素具有优异的磁、光、电等特性。 用途：磁性材料、储氢材料、催化剂等。 G、其它有色金属材料
白铜——镍为主加元素，分结构白铜（镍﹤ 40％）和电工白铜（镍﹥40％）。 二元结构白铜：铜合金B10、B20、B30，镍币；
铜的应用和未来 高精尖设备中的耐磨轴承（铜的粉末冶金）， Internet网传输缆线，用于电子对撞机，超导电 缆（利用铜的良好柔软性和适当的强度将多股铌 钛超导体加压拉长复合），高速计算机（0.18µm 的铜布），光电薄膜（铜铟二硒）等。
金属材料学概论教学大纲
金属材料概论Introduction to Metallic Materials课程编号：07370620学分：1学时：15 （其中：讲课学时：15 实验学时：0 上机学时：0 ）先修课程：材料科学基础适用专业：高分子材料、无机非金属材料专业本科三年级学生教材：《金属材料学》，戴起勋主编，化学工业出版社，2012年1月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：《金属材料学概论》是一门综合性应用性较强的课程，是高分子材料、无机非金属材料等专业的选修课程。
在本课程在材料科学基础等课程的基础上，系统介绍了钢铁材料、有色金属材料以及高性能金属材料的成分、组织、性能及应用。
通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生系统掌握有关金属材料学方面的基础知识，培养学生合理应用金属材料的初步能力。
二、课程的基本内容及要求（一）绪论1．教学内容（1）金属材料发展简史；（2）现代金属材料；（3）金属材料的可持续发展与趋势。
2．基本要求了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。
（二）工程构件用钢1．教学内容（1）工程构件用钢的服役条件及性能要求；（2）普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢；（3）提高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势。
2．基本要求（1）了解工程构件用钢的服役条件及性能要求；（2）掌握普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢、双相钢；（3）理解提高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势。
（三）机器零用钢1．教学内容（1）机器零件用钢一般性能要求；（2）机器零件用钢：调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等合金化原则和性能及其典型钢种；（3）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展。
材料概论 (4)
第一节 铁及铁基合金概述
第二节 钢的热处理
第三节 合金钢 第四节 铸铁 第五节 非铁金属及其合金
钢的热处理
热处理（heat treatment）是将 固态金属或合金 在一定介质中加 热、保温和冷却， 以改变整体或表 面组织，从而获 得所需性能的工 艺。
热处理工艺曲线示意图
钢的热处理
等温退火
是将钢件加热到高于Ac3线以上的温度，保温适当的时间后， 较快地冷却到珠光体区的某一温度并等温保持，使奥氏体 转变为接近平衡的组织，然后缓慢冷却的热处理工艺。 适用范围和目的与完全退火相同，但转变交易控制，能获 得均匀的预期组织
退火
球化退火 主要用于共析或过共析成分的碳钢及合 金钢，将钢件加热到Ac1以上30～50℃， 保温一定时间后随炉缓慢冷却至600℃后 出炉空冷。 目的：使渗碳体（或碳化物）球化，以 降低硬度，改善切削加工性能，并为以 后的淬火作组织准备。
亚共析（hypoeutectoid） 合金: （初析）铁素体+珠光体
Ac3
Acm Ac1
Ac3
Ac1
α + Fe3C → γ
亚共析（hypoeutectoid） 合金:0.022-0.77 wt.%C
α →γ
常温平衡组织： （初析）铁素体+珠光体
铁素体（90X）
奥氏体（325X）
Ac1
w(C)%=0.77%的铁碳 合金称为共析 （eutectoid）合金（共 析钢）
α + Fe3C → γ
Ac3
Acm
Ac1
过共析（hypereutectoid）钢： 0.77-2.11 wt.%C
常温平衡组织： 渗碳体+珠光体
《材料科学与工程概论》课件第4章
2) 钢的冶炼 炼钢的目的是去除生铁中多余的碳和大量杂质元素(S、 P、O等)，使其化学成分达到钢的要求。因此，炼钢过程 就是碳元素的氧化，铁元素的还原，造渣除S、P，脱氧以 及合金化的过程。
3．有色金属冶炼 1) 铝的冶炼 铝在地壳中的含量为7.65%，由于铝的化学性质活泼， 不能经过各种化学处理直接还原得到粗金属铝，因此长期 以来铝的价格极高。后来，由于人们发现电解法很容易制 备金属铝，于是铝的价格大约降低了20倍。 电解法制备金属铝必须包括两个环节：一是从含铝的 矿石中制取纯净的氧化铝，二是采用熔盐电解氧化铝得到 纯铝。铝的生产流程图如图4-3所示。
65
表示方法同优质碳素结构钢
4.1.2 低合金钢和合金钢 1．低合金钢和合金钢的分类 1) 按化学成分分类 1981年至1982年，国际标准(ISO 4948/1)和(ISO 4948/2)
按化学成分不同把钢分成两大类：非合金钢和合金钢。按 我国国家标准(GB/T 13304—1991)，参照上述国际标准， 结合国情，把钢分成三大类：非合金钢、低合金钢和合金 钢。
碳
普通锰量
素
工
较高锰量
具
钢 高级优质
优质碳素弹簧钢
表 4-1 中国常用碳钢钢号表示方法举例
编号举例 10～60
10A～60A 10E～60E
简要说明
以两位阿拉伯数字表示钢中平均含碳量的万分数。如 10 号钢中的含碳量为 0.10%
在牌号后加符号“A”。例如，平均含碳量为 0.20%的高 级优质碳素结构钢，其牌号表示为 20A
(2) 合金结构钢和合金弹簧钢。 (3) 滚动轴承钢。 (4) 合金工具钢和高速钢。 (5) 不锈钢和耐热钢。
4.1.3 铸铁 1．铸铁的分类与特点 1) 按断口颜色分类 (1) 灰(口)铸铁。 (2) 白(口)铸铁。 (3) 麻(口)铸铁。
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中国海洋大学本科生课程大纲
课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修
一、课程介绍
1.课程描述：金属材料概论是高分子科学与工程专业专业知识教学层面的选修课，也是高分子专业学生认识金属材料的主要途径，更是理解材料在实际生活中应用的重要渠道。
课程从工程应用角度出发，阐明金属材料的基本理论，使学生掌握金属材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间关系的基本规律；具备根据机械构建使用条件和性能要求，对结构件进行合理选材的初步能力，并了解金属材料的发展现状和趋势，对材料学科有更广泛深入的认识，为学生后续从事材料相关工作典型基础。
此外，我国古今科学家先贤对金属材料发展的贡献，提高学生爱国情感和民族自豪感，激励他们努力学习报国。
Introduction to Metallic Materials, which is one of the optional courses for the Polymer Materials Science and Engineering, acts as the main methods for the students of the Polymer Materials Science and Engineering to understand the metallic materials and their application. The course demonstrates the basic theories about metallic materials from the view of engineering. The aim of the course is to make students understand the relationship between compositions, manufacturing, microstructure and properties of metallic materials, and the current situation and trend of metallic materials. In the meantime, the course could also
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enhance the students’ understanding of the ma terial science, and lay the foundation for the students who work on the material science and technology. In addition, the contributions of Chinese ancient and modern scientists to the development of metallic materials are added into the course, aiming to enhance patriotic feeling and national pride of students, and encourage them to study hard to serve our country.
2.设计思路：基于工程认证背景，本课程以学习成果导向（OBE）理念为基础，设计教学大纲及教学环节，达到支撑学生毕业要求中的工程知识、设计开发解决方案等三个能力要求的目的。
基于此，课程内容选择工程应用中的主要金属材料为主线，通过介绍其力学性能、结构特征、成型与制备、强韧化机制，指导学生获得在工程实际中合理选材的能力。
课程内容的编排将由简入繁，由理论入实际，使学生逐步掌握常用金属材料的基本性能和应用。
3.课程与其他课程的关系：本课程是材料学科本科生专业知识教学层面的一门应用型课程，需要学生提前掌握材料科学基础和材料力学的相关知识，并参与了金工实习，了解了工程实际中结构材料的应用特征，从而帮助学生更加深刻地理解课程内容。
二、课程目标
本课程通过讲授典型金属材料的性能及选用标准，将使学生具备以下能力，并达到工程教育认证的标准：
目标1：掌握金属材料力学性能与组织结构之间的关系，了解塑性变形、热处理等加工方式对材料组织、性能的影响规律，对应毕业要求1.3掌握工程基础及其相关领域的基础理论知识，并能够运用基本理论解决工程问题。
目标2：掌握典型金属材料的种类、性能及主要应用，对应毕业要求2.1能够把自然科学基本概念和专业理论知识应用到反应工程、微观结构与宏观性能相关工程问题的分析
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目标3：了解工程材料选用的基本原则，可以根据构件使用要求、材料工艺性及经济性，合理选用材料及相应加工处理方法，对应毕业要求4.2具有对工程问题提出假设、进行实验方案设计、通过实验验证过程、归纳工程结论的能力。
三、学习要求
金属材料概论是材料相关专业的重要课程，是学生将材料及其应用联系起来的重要纽带，为达到最佳学习效果，要求学生要做到以下几点：
（1）先修材料科学基础、材料力学课程，并完成金工实习。
（2）上课时不迟到，不早退，认真听讲，积极参与课堂讨论，营造良好的课堂氛围。
（3）课后通过现代网络工具熟悉课堂中讲述的典型金属材料在实际中的应用，获得更深层次的认知。
四、教学进度
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五、参考教材与主要参考书
[1] 齐宝森. 机械工程材料. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社. 2008
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[2] 沈莲. 机械工程材料. 北京: 机械工业出版社. 2010
[3] 朱张校. 工程材料. 北京: 清华大学出版社. 2001
六、成绩评定
（一）考核方式 A ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他
（二）成绩综合评分体系：
七、学术诚信
学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。
他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。
本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。
八、大纲审核
教学院长：院学术委员会签章：
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