金属材料学基础知识

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
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。
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。
弹性、塑性变形的力学特征
➢ 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
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。
3.683 . 6 8 Å
2.652 . 6 5 Å
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Leabharlann Baidu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。
(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
AgCdO
金属材料塑性加工的几个基本概念
➢ 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。
1972 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）。
•带状组织 •液析 •非金属夹杂物
钢的低倍缺陷
•疏松 •缩孔残余 •偏析 •气泡 •裂纹 •夹杂
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
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
钢的高倍缺陷
金属材料学基础知识
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； ❖……
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。