金屬材料教學課件歡迎參加金屬材料課程。本課程將深入探討金屬材料的結構、性能、制造工藝及應用。我們將從基礎知識開始，逐步深入了解各種金屬及其合金的特性。課程介紹課程目標掌握金屬材料的基本知識和應用技能。學習內容包括金屬結構、性能、制造工藝和應用等方面。學習方法理論學習與實踐操作相結合。考核方式平時作業、實驗報告和期末考試綜合評定。金屬材料的分類按化學成分分為黑色金屬和有色金屬。黑色金屬主要是鐵及其合金，有色金屬包括銅、鋁、鎂、鈦等。按晶體結構分為體心立方、面心立方和密排六方結構。不同結構賦予金屬不同的性能特征。按用途分為結構材料、功能材料和特種材料。每種類型在工程應用中有其特定用途。金屬原子結構1原子核由質子和中子組成，決定元素種類。2電子層圍繞原子核運動，決定化學性質。3價電子最外層電子，參與化學鍵合。4自由電子在金屬中可自由移動，導致良好導電性。晶體結構體心立方結構如鐵、鎢等。每個單元晶胞有9個原子，緊密度較低。面心立方結構如銅、鋁等。每個單元晶胞有14個原子，緊密度高。密排六方結構如鎂、鈦等。每個單元晶胞有17個原子，緊密度最高。金屬的性能力學性能包括強度、硬度、塑性和韌性等。物理性能如熔點、導熱性、導電性等。化學性能如耐腐蝕性、耐氧化性等。工藝性能如可鍛性、可焊性、可切削性等。金屬的機械性能1強度金屬抵抗永久變形或斷裂的能力。通過拉伸試驗測定。2硬度金屬抵抗局部塑性變形的能力。使用硬度計測量。3塑性金屬在外力作用下產生永久變形而不破壞的能力。4韌性金屬吸收能量并在斷裂前產生塑性變形的能力。塑性變形彈性變形應力去除后，金屬能恢復原狀。屈服點開始產生永久變形的臨界點。塑性變形晶體內部發生滑移和孿生。加工硬化塑性變形導致強度增加、塑性降低。金屬的熱處理1退火消除內應力，軟化金屬。2正火提高強度和韌性。3淬火提高硬度和強度。4回火降低脆性，增加韌性。金屬的腐蝕化學腐蝕金屬與非電解質介質直接發生化學反應。如高溫氧化。電化學腐蝕金屬在電解質溶液中發生的電化學反應。如大氣腐蝕。防腐措施包括表面處理、陰極保護、添加緩蝕劑等方法。鐵基金屬定義以鐵為基體的金屬材料，包括純鐵、鋼和鑄鐵。特點強度高、價格低、易加工，是最重要的工程材料。應用廣泛用于建筑、機械、交通等領域。分類根據碳含量分為鋼（＜2.11%）和鑄鐵（2.11%~4.3%）。鐵碳合金鐵碳相圖描述鐵碳合金在不同溫度和成分下的相變關系。奧氏體高溫下的面心立方γ-Fe固溶體。鐵素體低溫下的體心立方α-Fe固溶體。珠光體鐵素體和滲碳體的層狀組織。鑄鐵灰鑄鐵含片狀石墨，機械性能較差但鑄造性能好。球墨鑄鐵含球狀石墨，綜合性能優良。白口鑄鐵碳以滲碳體形式存在，硬度高但脆性大。可鍛鑄鐵白口鑄鐵經熱處理而成，塑性和韌性好。鋼的分類1按成分碳鋼、合金鋼。2按用途結構鋼、工具鋼、特殊鋼。3按質量普通鋼、優質鋼、高級鋼。4按脫氧程度鎮靜鋼、半鎮靜鋼、沸騰鋼。5按生產方法轉爐鋼、電爐鋼、坩堝鋼。鋼的熱處理1退火緩慢加熱到臨界溫度以上，保溫后緩慢冷卻。2正火加熱到臨界溫度以上，保溫后空冷。3淬火加熱到臨界溫度以上，保溫后快速冷卻。4回火淬火后再次加熱到臨界溫度以下，保溫后冷卻。有色金屬定義除鐵、鉻、錳外的金屬及其合金。常見的有銅、鋁、鎂、鈦等。特點密度小、導電導熱性好、耐蝕性強，但價格較高。應用廣泛應用于電子、航空航天、化工等領域。銅及其合金純銅導電導熱性好，耐蝕性強，廣泛用于電氣工業。黃銅銅鋅合金，強度高，易加工，用于閥門、儀表等。青銅銅錫合金，耐磨性好，用于軸承、齒輪等。白銅銅鎳合金，電阻率高，用于電熱元件。鋁及其合金輕質密度小，強度高，廣泛用于航空航天。耐腐蝕表面易形成致密氧化膜，耐大氣腐蝕。導電性好用于電力傳輸線路。可回收易回收再利用，環保性能好。鎂及其合金最輕的工程金屬密度僅為鋁的2/3，鐵的1/4。比強度高單位重量的強度高，適用于輕量化設計。減震性能好能有效吸收振動，用于汽車、電子產品。易燃性加工時需注意防火，是其主要缺點。鈦及其合金1高比強度強度高，密度低，適用于航空航天。2耐腐蝕耐酸堿鹽腐蝕，適用于化工設備。3生物相容性好可用于醫療植入物。4耐高溫在高溫下仍保持良好性能。金屬材料的制造工藝原料準備選礦、破碎、篩分。冶煉還原、精煉、合金化。鑄造熔煉、澆注、凝固。成型軋制、鍛造、擠壓等。金屬材料的成型工藝軋制金屬坯料通過軋機輥輪壓制成薄板、型材等。鍛造利用鍛壓設備對金屬施加壓力，使其塑性變形。擠壓將金屬坯料置于容器中，通過沖頭擠出成型。拉伸將金屬線材或管材通過拉拔模具，減小截面積。金屬材料的焊接熔焊包括電弧焊、氣焊等。通過熔化金屬實現連接。壓力焊如電阻焊、摩擦焊。利用壓力和熱量實現連接。特種焊接如激光焊、電子束焊。適用于特殊材料或要求。金屬材料的表面處理電鍍利用電解原理在金屬表面沉積一層其他金屬。熱浸鍍將金屬浸入熔融的鍍層金屬中進行鍍覆。噴涂將涂料或金屬粉末噴涂到金屬表面并固化。表面硬化通過滲碳、滲氮等方法提高表面硬度。金屬材料在工程中的應用金屬材料的再利用1收集從廢棄產品中收集金屬材料。2分類根據金屬種類進行分類。3預處理清洗、破碎等準備工作。4熔煉重新熔化金屬，去除雜質。5再造將回收金屬制成新的產品。金屬材料的環境影響資源消耗開采金屬礦石會消耗大量能源和水資源。環境污染冶煉過程可能產生廢氣、廢水和固體廢棄物。生態破壞采礦活動可能導致植被破壞和生態系統改變。回收利用金屬回收可顯著減少環境影響和資源消耗。金屬材料發展趨勢輕量化開發更輕、更強的合金，滿足節能減排需求。功能化開發具有特殊功能的金屬材料，如形狀記憶合金。納米化研究納米級金屬材料，提高性能。綠色化發展環境友好的金屬材料和加工工藝。課程總結知識體系構建了從原子結構到工程應用的金屬材料知識體系。實踐能力通過實驗和案例分析，提升了實踐操作和分析能