1、任課教師信息任課教師信息姓姓 名：張建新名：張建新電電 話：話：信信 箱：箱：研究種類：金屬研究種類：金屬金屬、非金屬、高分子材料金屬、非金屬、高分子材料研究范圍：工藝研究范圍：工藝加工、熱處理、熔煉、鑄造等加工、熱處理、熔煉、鑄造等?金屬工藝學金屬工藝學?緒論緒論一一 問題的提出問題的提出1.?1.?科技博覽科技博覽? ?指指出：出：7272C C的鐵和的鐵和600600C C的的木頭摸上去的感木頭摸上去的感覺是一覺是一樣的，為什么？樣的，為什么？2.2.兩滴相同的水珠分別落在兩滴相同的水珠分別落在120和和400的的鐵板上，哪一滴先汽化掉？鐵板上，哪一滴先汽化掉？ 落在落在 120 鐵板上

2、的鐵板上的水珠先汽化掉，因為這種水珠先汽化掉，因為這種沸騰換熱屬沸騰換熱屬核態沸騰核態沸騰，換，換熱強烈。而在熱強烈。而在 400 鐵板鐵板上的換熱屬上的換熱屬膜態沸騰膜態沸騰，換，換熱速度較弱。熱速度較弱。 3.普通金屬制品易普通金屬制品易生銹、易腐蝕，而金生銹、易腐蝕，而金銀制品不易生銹、不銀制品不易生銹、不易腐蝕。易腐蝕。 原因：金屬的成分、組原因：金屬的成分、組織、結構不同，決定了其性織、結構不同，決定了其性能各異電極電位、電負性能各異電極電位、電負性等，所以材料的穩定性不等，所以材料的穩定性不盡一樣。盡一樣。1 船體保護原理加分船體保護原理加分1：犧牲陽極的陰極保護法。：犧牲陽極的陰

3、極保護法。 船體一般為鋼鐵框架，在海水里不耐腐蝕，如船體一般為鋼鐵框架，在海水里不耐腐蝕，如不進行保護，很難到達服役不進行保護，很難到達服役50年的標準。年的標準。 措施：在船體周圍系上活潑金屬。電負性措施：在船體周圍系上活潑金屬。電負性 思考思考1：為什么不放鎳、銅等金屬？：為什么不放鎳、銅等金屬？ 思考思考2：為什么一般使用鋅塊，而不使用鋁？：為什么一般使用鋅塊，而不使用鋁？二二 應用舉例應用舉例2 2 金屬的導電性金屬的導電性輸電線地上輸電線地上電纜線地下電纜線地下消除電弧銀箔消除電弧銀箔銀銀銅銅鋁導電性鋁導電性3 金屬的導熱性金屬的導熱性電腦散熱系統，用鋁合金；電腦散熱系統，用鋁合金；

4、暖氣片金屬；暖氣片金屬；空調紫銅管；空調紫銅管；4 各種金屬鍋各種金屬鍋鐵鍋，鋁鍋，銅鍋，陶粒鍋，復合鍋，不銹鐵鍋，鋁鍋，銅鍋，陶粒鍋，復合鍋，不銹鋼鍋鋼鍋(Mn超標超標)等；等；5 彈殼黃銅彈殼黃銅去應力退火的重要性去應力退火的重要性 連接連接6 坦克裝甲材料坦克裝甲材料含有鎢鉬元素，增加強度。含有鎢鉬元素，增加強度。7 水管及水閥門材料水管及水閥門材料鑄鐵、鋅合金、銅合金；鑄鐵、鋅合金、銅合金；第一章第一章 金屬材料的主要性能金屬材料的主要性能一一 、力學性能、力學性能1 定義：又稱機械性能，是在力的作用下所定義：又稱機械性能，是在力的作用下所 表現出來的性能。表現出來的性能。2 分類：按

5、受力情況分分類：按受力情況分 強度、塑性和硬度用強度、塑性和硬度用于衡量靜載荷作用下的力學性能，如鋼筋；于衡量靜載荷作用下的力學性能，如鋼筋；沖擊韌性動載荷作用，如火車掛鉤等；疲沖擊韌性動載荷作用，如火車掛鉤等；疲勞強度周期性的交變載荷，如曲軸、連桿等勞強度周期性的交變載荷，如曲軸、連桿等。3 強度和塑性強度和塑性 材料的強度與塑性是兩個重要的力學參數，它們材料的強度與塑性是兩個重要的力學參數，它們與材料的組織和結構有密切關系，材料受力后要發生與材料的組織和結構有密切關系，材料受力后要發生變形與斷裂，掌握其規律，研究其微觀機制，分析影變形與斷裂，掌握其規律，研究其微觀機制，分析影響塑性變形的各

6、種因素，設法阻止或延緩塑變的發生響塑性變形的各種因素，設法阻止或延緩塑變的發生是強化材料的重要途徑，這對生產實際很重要。是強化材料的重要途徑，這對生產實際很重要。拉伸動畫拉伸動畫顯示顯示從圖知道，金屬有三個變形階段：彈性變形從圖知道，金屬有三個變形階段：彈性變形彈塑彈塑性變形性變形斷裂。斷裂。 視頻拉伸模擬視頻拉伸模擬補充：彈塑性變形階段材料強度為什么增加？補充：彈塑性變形階段材料強度為什么增加？ 原因：材料隨變形量的增加發生了加工硬化或形原因：材料隨變形量的增加發生了加工硬化或形變強化。加工硬化：隨著塑性變形的增大，變形抗變強化。加工硬化：隨著塑性變形的增大，變形抗力不斷增加的現象。力不斷增

7、加的現象。拉伸強度：拉伸強度：b= Fb / A0強度強度單位是單位是MPa106Pa面積面積A單位單位mm2，F拉力單位拉力單位N牛牛。 設計機械零件時，屈服強度設計機械零件時，屈服強度s和和抗拉強度抗拉強度b意義重大：零件意義重大：零件(韌性韌性)不允許變形，用不允許變形，用s為依據；對于脆為依據；對于脆性材料，沒有屈服點，計算強度時性材料，沒有屈服點，計算強度時用用b為依據。為依據。塑性：是在力的作用下，產生不可逆永久變塑性：是在力的作用下，產生不可逆永久變 形的能力。常用伸長率和斷面收縮率形的能力。常用伸長率和斷面收縮率 表示。表示。 = = 在一定范圍內在一定范圍內和和越大，表示材料

8、的塑性越大，表示材料的塑性越好，加工性越強。越好，加工性越強。%100001LLL%100010AAA4 硬度硬度定義：材料外表抵抗局部變形壓痕、劃痕等的定義：材料外表抵抗局部變形壓痕、劃痕等的 能力稱為硬度。衡量金屬軟硬的指標，能力稱為硬度。衡量金屬軟硬的指標，影響影響 金屬材料的耐磨性，一般加工刀具要有金屬材料的耐磨性，一般加工刀具要有足夠足夠 的硬度。的硬度。 布氏硬度布氏硬度HB：鋼球測試視頻：鋼球測試視頻 洛氏硬度洛氏硬度HR：金剛石錐體或鋼球測試：金剛石錐體或鋼球測試 維氏硬度維氏硬度HV：金剛石菱形錐體測試：金剛石菱形錐體測試維氏硬度主要測試尺寸很小或很薄零件的硬度維氏硬度主要測

9、試尺寸很小或很薄零件的硬度 洛氏硬度視頻洛氏硬度視頻5 韌性韌性定義：材料斷裂前吸收變形能量的能力稱為韌性。定義：材料斷裂前吸收變形能量的能力稱為韌性。 常用指標是沖擊韌度常用指標是沖擊韌度k 數學表達式：數學表達式： k = Ak / S Ak是沖擊功表盤讀出，是沖擊功表盤讀出，J S是沖擊橫截面積，是沖擊橫截面積，cm2 沖擊值的大小受形狀、外表粗糙度、內部組沖擊值的大小受形狀、外表粗糙度、內部組織的影響較大，還與沖擊時的環境溫度有關，一般織的影響較大，還與沖擊時的環境溫度有關，一般作為參考，不直接參與強度計算。作為參考，不直接參與強度計算。6 疲勞強度疲勞強度承受循環應力或交變應力的零件

10、發生的斷裂，稱之承受循環應力或交變應力的零件發生的斷裂，稱之為疲勞斷裂。用疲勞強度表示。為疲勞斷裂。用疲勞強度表示。疲勞強度定義：在某一循環應力的作用下，疲勞曲疲勞強度定義：在某一循環應力的作用下，疲勞曲線呈水平線，此時材料可經受無數次應力循環而不線呈水平線，此時材料可經受無數次應力循環而不發生疲勞斷裂，我們稱此應力值為疲勞強度。發生疲勞斷裂，我們稱此應力值為疲勞強度。 疲勞強度用符號疲勞強度用符號-1表示。表示。 一般產生疲勞斷裂的原因：內部缺陷熔一般產生疲勞斷裂的原因：內部缺陷熔煉金屬時控制、應力集中熱處理控制、外表煉金屬時控制、應力集中熱處理控制、外表磨損增加硬度或采取潤滑。磨損增加硬度

11、或采取潤滑。 注意：汽車輪胎要定期更換，防止疲勞爆胎注意：汽車輪胎要定期更換，防止疲勞爆胎。二二 材料的物理化學及工藝性能材料的物理化學及工藝性能1 物理性能：密度、熔點、熱膨脹性、放射性導熱物理性能：密度、熔點、熱膨脹性、放射性導熱 導電及導磁性等。導電及導磁性等。 航天航空上用密度小的鋁、鎂、鈦合金；電航天航空上用密度小的鋁、鎂、鈦合金；電機電器等考慮金屬的導電性、導磁性；培育農產品機電器等考慮金屬的導電性、導磁性；培育農產品育苗使用放射性元素對之產生變異山西忻州的鈷育苗使用放射性元素對之產生變異山西忻州的鈷60事件教訓沉重鉛罐鉛板防輻射。事件教訓沉重鉛罐鉛板防輻射。2 化學性能化學性能化

12、學性能：主要是指在常溫或高溫下，抵抗介質化學性能：主要是指在常溫或高溫下，抵抗介質 腐蝕的能力，如耐酸性、耐堿性、腐蝕的能力，如耐酸性、耐堿性、耐耐 鹽性及抗氧化性等。鹽性及抗氧化性等。 常溫下金屬硬幣化學性能穩定，用白銅或常溫下金屬硬幣化學性能穩定，用白銅或黃銅或鋁合金做的第五套硬幣：一元鋼芯鍍鎳黃銅或鋁合金做的第五套硬幣：一元鋼芯鍍鎳工藝、五角銅合金、一角鋁合金。工藝、五角銅合金、一角鋁合金。船體保護：主船體保護：主要是耐鹽腐蝕要是耐鹽腐蝕過剩過剩Si對合金腐蝕性能的影響對合金腐蝕性能的影響 No. surplus Si Wf Wa slip 1 0.00% 5.31793g 5.2934

13、2g 0.4609% 2 0.03% 5.26578g 5.24145g 0.4621% 3 0.06% 5.12597g 5.10120g 0.4833% 4 0.09% 5.09326g 5.05992g 0.6545% 成分及組織的均勻性越高，可降低各部位成分及組織的均勻性越高，可降低各部位的電勢差，因而可抑制微電池的形成，這就是的電勢差，因而可抑制微電池的形成，這就是說組織的晶粒越細小、越均勻，腐蝕中形成微說組織的晶粒越細小、越均勻，腐蝕中形成微電池的概率越小，材料的耐蝕性越好。電池的概率越小，材料的耐蝕性越好。 3 3 工藝性能工藝性能工藝性能：鑄造性、可鍛性、焊接性及切削性等。工藝

14、性能：鑄造性、可鍛性、焊接性及切削性等。 如鑄鐵的鑄造性能好，可鍛性很差，可用來制造如鑄鐵的鑄造性能好，可鍛性很差，可用來制造各種鑄件，而不能進行鍛造；陶瓷焊接性能很差，各種鑄件，而不能進行鍛造；陶瓷焊接性能很差，所以陶瓷與金屬連接很難；碳鋼焊接性優良，可用所以陶瓷與金屬連接很難；碳鋼焊接性優良，可用來焊接各種結構零件。來焊接各種結構零件。 1有的鋁合金切削性能不好粘刀，參有的鋁合金切削性能不好粘刀，參加適量加適量Cu元素可以改善其切削加工性能。元素可以改善其切削加工性能。 2鋁、銅、鉛合金擠壓性能優良，可以生鋁、銅、鉛合金擠壓性能優良，可以生產各種擠壓零件，鉛在常溫下就可以加工產各種擠壓零件，鉛在常溫下就可以加工(fcc結構結構)。 3鎂、鋅等塑性不佳，加工性不好，因為鎂、鋅等塑性不佳，加工性不好，因為它們屬于它們屬于hcp結構。鐵常溫下屬于結構。鐵常溫下屬于bcc結構。結構。完完一戰時，經過深沖成型的黃銅彈殼，放一戰時，經過深沖成型的黃銅彈殼，放