金屬材料學基礎理論知識金屬材料學基礎理論知識1金屬學基本知識金屬是指具有良好的導電性和導熱性、有一定的強度和韌性、并具有特殊金屬光澤的物質。金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主，其它金屬或非金屬元素為輔構成的，并具有金屬特性的工程材料，它包括純金屬和合金。金屬學基本知識金屬是指具有良好的導電性和2第一節(jié)金屬材料及分類第一節(jié)金屬材料及分類31按其最高價氧化物的顏色分

黑色金屬---包括鐵、鉻、錳三種。有色金屬---除黑色金屬以外的其它金屬稱為有色金屬。如銅、鋁和鎂等。1按其最高價氧化物的顏色分黑色4按密度大小分

重金屬---密度大于每立方厘米4.5克。

輕金屬---密度小于每立方厘米4.5克。按密度大小分

重金屬---密度大于每立方厘米4.5克。

輕金53---按儲量和價值分

稀有金屬和貴重金屬。3---按儲量和價值分

稀有金屬和貴重金屬。6二煉鐵與煉鋼煉鐵----現代鋼鐵工業(yè)生產生鐵的主要方法是高爐煉鐵。二煉鐵與煉鋼煉鐵----現代鋼鐵工業(yè)生產生鐵的主要方法是71---煉鐵煉鐵用的多數是鐵的氧化物。含鐵比較多的并且具有冶煉價值的礦物稱為鐵礦石。煉鐵就是從鐵礦石中提取鐵及有用元素的過程。1---煉鐵煉鐵用的多數是鐵的氧化物。含鐵比較多的并且具有冶8高爐煉鐵的爐料高爐煉鐵的主要原料是鐵礦石、燃料和熔劑。高爐煉鐵的爐料高爐煉鐵的主要原料是鐵礦石、燃料和熔劑。9煉鐵示意圖煉鐵示意圖10煉鐵過程爐料從受料斗進入爐腔，高爐底部的爐缸和爐腹中裝滿焦碳。爐腰和爐身中則是鐵礦石、焦碳和石灰，層層相間，一直裝到爐喉。焦碳在1000oC---1200oC高溫下，迅速產生大量的熱，使風口附近爐腔中心溫度高達1800oC以上，由于底部焦碳很厚，燃燒不完全。因次，爐氣中存在大量一氧化碳氣體，在爐內造成了良好的還原性氣氛。煉鐵過程爐料從受料斗進入爐腔，高爐底11鐵礦石在570oC---1200oC之間受到一氧化碳氣體和紅熱焦碳的還原，形成了海棉狀鐵，這種鐵在1000oC---1200oC的高溫下會從一氧化碳和焦碳中溶入大量的碳---含碳量可達百分之四。因而鐵的熔點下降，于是就形成了生鐵。生鐵的熔點約為1200oC。因次經過溶碳作用之后，生鐵以液體狀態(tài)滴入爐缸。鐵礦石在570oC---1200oC12高爐產品

鑄造生鐵---這類生鐵斷口呈暗灰色。含硅量較高，用于機械制造廠生產鑄件。

煉鋼生鐵---這類生鐵斷口呈暗灰色。含硅量較低(1.5%),用于在煉鋼爐中煉鋼。高爐冶煉的副產品是煤氣和爐渣。煤氣有很高的經濟價值。高爐爐渣主要成分是氧化鈣、二氧化硅。可以用來制造水泥渣棉、渣磚等建筑材料。高爐產品鑄造生鐵---這類生鐵斷口呈132---煉鋼現代煉鋼方法是以生鐵為主要原料。首先把生鐵熔化成液態(tài)利用氧化作用將碳及其它元素的含量調整到規(guī)定的范圍之內，就得到了鋼。2---煉鋼現代煉鋼方法是以生鐵為主14煉鋼過程

煉鋼的基本過程是氧化。向鐵液中吹入純氧或加入鐵礦石，在煉鋼爐內氧與鐵發(fā)生作用使鐵被氧化。生成的氧化鐵溶解在鐵液中，與鐵液中其它元素產生一系列氧化反應。碳被氧化生成一氧化碳氣體，直接從鐵液中逸出，硅和錳被氧化生成二氧化硅和氧化錳。鐵液中的含碳量降低到一定程度時，氧化即告完成鐵液煉成了鋼液。煉鋼過程煉鋼的基本過程是氧化。向鐵液中15煉鋼方法現代煉鋼方法主要有轉爐煉鋼、電爐煉鋼和平爐煉鋼。

轉爐、平爐的主要產品是碳素鋼和低合金鋼，電弧爐的主要產品是合金鋼。煉鋼方法現代煉鋼方法主要有轉爐煉鋼、16煉鋼爐產品根據成品鋼脫氧程度的不同，可分為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼三種。煉鋼爐產品根據成品鋼脫氧程度的不同，可17第二節(jié)金屬的性能一金屬的物理性能和化學性能1金屬的物理性能密度熔點熱膨脹性（線膨脹、體積膨脹）導熱性導電性磁性（鐵磁性、順磁性、抗磁性）第二節(jié)金屬的性能一182金屬的化學性能耐腐蝕性抗氧化性2金屬的化學性能19二金屬的工藝性能1鑄造性2鍛壓性3焊接性4切削加工性二金屬的工藝性能120三金屬的力學性能

金屬材料的力學性能是指金屬在外加載荷(外力或能量)作用下或載荷與環(huán)境因素(溫度、介質和加載速率)聯合作用下所表現的行為。由于載荷施加的方式多種多樣，而環(huán)境、介質的變化又十分復雜，所以金屬在這些條件下所表現的行為就會大不相同，致使金屬材料力學性能所研究的內容非常廣泛，它已發(fā)展成為介于金屬學和材料力學之金屬材料的力學性能包括強度、硬度、塑性和韌性等性能。三金屬的力學性能

金屬材料的力學性能是指金21C:/DocumentsandSettings/Owner/桌面桌面C:\DocumentsandSettings\Owne22金屬材料的力學性能包括強度、硬度、塑性和韌性等性能。因為金屬構件的承載條件一般用各種力學參量(如應力、應變和沖擊能量等)來表示，因此，人們便將表征金屬材料力學行為的力學參量的臨界值或規(guī)定值稱為金屬材料力學性能指標，如強度指標、塑性指標、韌性指標等等。金屬材料的力學性能包括強度、硬度、塑性和韌性等性能。因為金屬23按載荷的作用性質分為靜載荷沖擊載荷交變載荷按載荷的作用性質分為靜24按載荷的作用方式分為拉伸載荷拉伸變形抗拉強度壓縮載荷壓縮變形抗壓強度彎曲載荷彎曲變形抗彎強度剪切載荷剪切變形抗剪強度扭轉載荷扭轉變形抗扭強度

按載荷的作用方式分為25彈性變形---指金屬受到載荷作用時產生變形，當外力去除后，隨即消失的變形。塑性變形---指外力去除后，不可消失的變形，也叫永久變形。金屬在受到外力作用時，在材料內部會產生與外力相對抗的力，這種力稱為內力。單位面積上的內力大小稱為應力。強度---金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。用應力表示。彈性變形---指金屬受到載荷作用時產26第一節(jié)拉伸曲線和應力應變曲線

拉伸試驗是工業(yè)上最廣泛使用的力學性能試驗方法之一。試驗時在拉伸機上對圓柱試樣或板狀試樣兩端緩慢地施加載荷，使試樣受軸向拉力沿軸向伸長，一般進行到拉斷為止。

一般試驗機都帶有自動汜錄裝置，可把作用在試樣上的力和所引起的試樣伸長自動記錄下來，繪出載荷—伸長曲線，稱拉伸曲線或拉伸圖。

P

第一節(jié)拉伸曲線和應力應變曲線

拉伸試驗是工業(yè)27圖1—1為退火低碳鋼拉伸曲線示意圖。曲線的縱坐標為載荷(P)，橫坐標是絕對伸長(△L)，由圖可見，載荷比較小時，試樣伸長隨載荷增加成正比例增加，保持直線關系。載荷超過戶。后，拉伸曲線開始偏離直線。載荷在Pe以下階段，試樣在加載時發(fā)生變形，卸載后變形能完全恢復，該階段為彈性變形階段。當載荷超過Pe后，試樣在繼續(xù)產生彈性變形的同時，將產生塑性變形，進入彈塑性變形階段。此時，若在圖1—1為退火低碳鋼拉伸曲線示意圖。曲線的縱坐標為載荷(28作用下試樣的變形為ac，則彈性變形和塑性變形分別為ab和bc(如圖1—2所示)。若卸載，彈性變形ab將恢復，塑性變形6c被保留，使試樣的伸長只能部分地恢復，而保留一部分殘余變形OD。當載荷達到ps時，在拉伸曲線上出現鋸齒或平臺。即載荷雖然保持不變或發(fā)生波動，而試樣繼續(xù)伸長(變形量繼續(xù)增加)，這種現象稱為屈服。由于在彈塑性變形階段有塑性變形的產生，因此試樣要繼續(xù)變形，就必須不斷增加載荷。

作用下試樣的變形為ac，則彈性變形和塑性變形分別為ab和bc29隨著塑性變形增大，載荷升高。當到最大載荷Pb時，試樣的某一部位橫截面開始縮小，出現了頸縮。隨著伸長量的增加，試樣的變形主要集中在頸縮處而使試樣的頸縮越來越明顯。由于頸縮處試樣截面急劇縮小，繼續(xù)變形所需的載荷下降。載荷達Pk時，試樣產生斷裂。

隨著塑性變形增大，載荷升高。當到最大載荷Pb時，試樣的某一部30由此可知，金屬材料在外加載荷作用下的變形過程一般可分為三個階段，即彈性變形、彈塑性變形和斷裂。

用試樣原始橫截面積(F0)去除載荷得到應力(σ)，即，σ=P／F0。以試樣的原始標距長度(L。)去除絕對伸長，得到相對伸長(應變c)，即ε=△L／L。，單位為百分數(％)。故可由金屬材料的拉伸曲線得到材料的應力應變曲線，由此可知，金屬材料在外加載荷作用下的變形過程一般可分為三個階31金屬材料的拉伸曲線除了低碳鋼這種類型以外，還有其他不同類型的拉伸曲線(圖1—3)。圖1—3(a)為塑性材料的拉伸曲線，它由彈性變形過渡到彈塑性變形是逐漸發(fā)生的，沒有屈服現象，而存在有頸縮現象。圖1—3(L)為脆性材料的拉伸曲線，它不僅沒有屈服現象，而且也沒有頸縮現象，最大載荷就是斷裂載荷。

金屬材料的拉伸曲線除了低碳鋼這種類型以外，還有其他不同類型的32金屬的塑性變形的現象,又稱金屬范性形變伸長率斷面收縮率

固體金屬在外力作用下產生非斷裂的永久金屬的塑性變形的現象,又稱金屬范性形變固33硬度布氏硬度洛氏硬度維氏硬度硬度布氏硬度34韌性材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫沖擊韌性韌性材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力35疲勞強度金屬疲勞試驗是指通過金屬材料實驗測定金屬材料的σ-1，繪制材料的S-N曲線，進而觀察疲勞破壞現象和斷口特征，進而學會對稱循環(huán)下測定金屬材料疲勞極限的方法。實驗設備一般有疲勞試驗機和游標卡尺。

在足夠大的交變應力作用下，于金屬構件外形突變或表面刻痕或內部缺陷等部位，都可能因較大的應力集中引發(fā)微觀裂紋。分散的微觀裂紋經過集結溝通將形成宏觀裂紋。疲勞強度金屬疲勞試驗是指通過金屬材料實36因此，通過實驗研究金屬材料抗疲勞的性能是有實際意義的。已形成的宏觀裂紋逐漸緩慢地擴展，構件橫截面逐步削弱，當達到一定限度時，構件會突然斷裂。金屬因交變應力引起的上述失效現象，稱為金屬的疲勞。靜載下塑性性能很好的材料，當承受交變應力時，往往在應力低于屈服極限沒有明顯塑性變形的情況下，突然斷裂。疲勞斷口明顯地分為兩個區(qū)域：較為光滑的裂紋擴展區(qū)和較為粗糙的斷裂區(qū)。因此，通過實驗研究金屬材料抗疲勞的性37裂紋形成后，交變應力使裂紋的兩側時而張開時而閉合，相互擠壓反復研磨，光滑區(qū)就是這樣形成的。載荷的間斷和大小的變化，在光滑區(qū)留下多條裂紋前沿線。至于粗糙的斷裂區(qū)，則是最后突然斷裂形成的。統計數據表明，機械零件的失效，約有70%左右是疲勞引起的，

裂紋形成后，交變應力使裂紋的兩側時38第三節(jié)金屬晶體學基本知識一金屬的晶體結構晶體與非晶體---在物質內部，凡是原子呈無規(guī)則堆積的，稱為非晶體。第三節(jié)金屬晶體學基本知識一金屬39單晶體和多晶體單晶體指晶體由一個晶粒組成，在晶粒內部原子的排列方向完全相同。單晶體和多晶體單晶體指晶體由一個晶粒40多晶體多晶體是指晶體由多個晶粒組成，實際的金屬晶體多數為多晶體。多晶體多晶體是指晶體由多個晶粒組成，41晶格與晶胞為了描述晶體的結構，我們把構成晶體的原子當成一個點，再用假想的線段將這些代表原子的各點連接起來，就繪成了像圖中所表示的格架式空間結構。這種用來描述原子在晶體中排列的幾何空間格架，稱為晶格。由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的，可以從晶格中拿出一個完全能夠表達晶格結構的最小單元，這個最小單元就叫作晶胞。許多取向相同的晶胞組成晶粒。晶格是原子有規(guī)律的用線條連起來，組成象魔方那樣的形狀晶胞可以理解成“細胞”晶格與晶胞為了描述晶體的結構，我42晶格常數金屬在組成晶胞后，晶胞的大小和形狀是不一樣的，大小可用棱邊長度來表示，形狀可用棱邊之間的夾角來表示，它們統稱為晶格常數。晶格常數金屬在組成晶胞后，晶胞的大小43晶面與晶向金屬晶體中通過三個以上原子中心的平面叫作晶面，通過兩個以上原子中心的直線叫晶向。晶面與晶向金屬晶體中通過三個以上原子44二金屬的晶格類型體心立方晶格屬于這種晶體結構的金屬有α-FeCrVNbWMo等。二金屬的晶格類型體心立方晶格45面心立方晶格屬于這種晶體結構的金屬有α-FeNiCuAlAg等。面心立方晶格屬于這種晶體結構的46密排六方晶格屬于這種晶體結構的金屬有BeMgZnα-Ti等。密排六方晶格屬于這種晶體結構的47原子個數計算原子個數計算48三金屬晶體缺陷金屬材料在冶煉后的凝固過程中受到各種因素的影響，使本來該有規(guī)律的原子堆積方式受到干擾，使得原子排布過程中出現了不規(guī)則現象，稱為晶體缺陷。三金屬晶體缺陷金屬材料在冶煉后的49點缺陷點缺陷主要包括空位與間隙原子1空位2間隙原子點缺陷點缺陷主要包括空位與間隙原子150從圖中可以看到，在空位和間隙原子存在的地方，由于在缺陷處原子之間的張力相對正常時產生了變化，從而導致晶格常數和晶格形狀有所改變，這種現象叫作晶格畸變。1空位2間隙原子從圖中可以看到，在空位和間隙原子存在的51線缺陷線缺陷是指位錯。如果在晶體中某處有一列和若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現象叫作位錯。位錯有刃形位錯和螺形位錯。右面為刃形位錯線缺陷線缺陷是指位錯。如果在晶體中某52螺形位錯螺形位錯53面缺陷面缺陷是指晶界和亞晶界。實際晶體多為多晶體，是由大量外形不規(guī)則的小晶體組成的，這些小晶體的晶體結構完全相同，但彼此之間的排布取向不同，稱為位向差（一般為幾度或幾十度）晶粒之間的接觸面稱為晶界。面缺陷面缺陷是指晶界和亞晶界。實際晶54實踐證明，即使是在一個晶粒內部，其晶格位向也不像理想晶體那樣完全相同，而是分割成許多尺寸很小，位向差也很小的小晶塊，它們組成了一個大的晶粒，這種小晶塊稱為亞晶粒。亞晶粒之間的界面稱為亞晶界。亞晶界處的原子排列也是不規(guī)則的。實踐證明，即使是在一個晶粒內部，其晶55由于金屬晶體內部存在著空位、間隙原子、位錯、晶界和亞晶界等缺陷，都會造成晶格畸變，引起塑性變形抗力增大，從而使金屬的強度增加。由于金屬晶體內部存在著空位、間隙原子56純金屬的結晶純金屬的結晶57晶粒大小對力學性能的影響金屬內部晶粒越細小，晶界就越多，晶格畸變也多。一般來講，在常溫下，金屬的晶粒越細小，則強度和硬度越高，同時塑性和韌性也越好。晶粒大小對力學性能的影響金屬內部晶粒越58常用細化晶粒的方法1增加過冷度2變質處理3附加振動常用細化晶粒的方法1增加過冷度59金屬的同素異構轉變有些金屬在固態(tài)下具有兩種以上的晶體形式，這種現象叫同素異構現象。金屬在固態(tài)下隨溫度的變化，由一種晶格轉變?yōu)榱硪环N晶格的現象叫同素異構轉變。具有這種性質的金屬有鐵、鈷、錫、錳等。按其存在的溫度，由低到高用希臘字母α、β、γ、δ表示。純鐵在1538oC進行結晶，得到體心立方晶格δ-Fe，1394oC時轉變成面心立方晶格γ-Fe,912oC又轉變成體心α-Fe。金屬的同素異構轉變有些金屬在固態(tài)下具60金屬學基礎知識課件61金屬的鑄態(tài)組織金屬的鑄態(tài)組織有三個不同特征的晶粒區(qū)表面細晶粒區(qū)柱狀晶粒區(qū)中心等軸晶粒區(qū)金屬的鑄態(tài)組織金屬的鑄態(tài)組織有三個不同特征的晶粒區(qū)62合金組元---組成合金的最基本的獨立組織稱為組元，簡稱元。合金有二元合金、三元合金和多元合金。相---在合金中具有相同的晶體結構、相同物理和化學性能并能以界面形式與其它部分分開的一種物質叫作相。在合金中，由數量、形態(tài)、大小和分布方式不同的各相組成了合金的組織。合金組元---組成合金的最基本的獨立組織稱為63合金的組織（一）固溶體間隙固溶體合金的組織（一）固溶體64

置換固溶體

65（二）金屬化合物金屬化合物---組成合金的組元，按一定比例相互作用而形成的一種具有金屬特性的固體物質。是一種晶體結構較為復雜的新相。金屬化和物的突出特點是熔點高、硬度高、脆性大；塑性、韌性低。這種由于金屬化合物均勻彌散的分布在基體組織上，使金屬得到強化的方法，也是提高金屬力學性能的重要手段。（二）金屬化合物金屬化合物---組66（三）機械混合物在合金中，由兩種或兩種以上的相按一定的質量分數組成的物質叫作機械混合物。在混合物中，各組成部分可以是純金屬、固溶體或金屬化合物各自混合，也可以是它們之間的混合?；旌衔镏械母飨嗳员３肿约涸械木Ц??；旌衔锏男阅苤饕Q于各組成部分的性能，以及它們的形態(tài)、大小及數量。（三）機械混合物在合金中，由兩種或兩67鐵碳合金鋼鐵材料是現代工業(yè)中應用范圍最廣的合金。它們都是以鐵和碳兩個組元組成的合金，因此，又稱為鐵碳合金。鐵碳合金中的基本組織1鐵素體---碳溶解于a-Fe鐵中形成的間隙固溶體，叫做鐵素體。用符號F表示。鐵碳合金鋼鐵材料是現代工業(yè)中應用范圍最682奧氏體---奧氏體是碳溶解于γ-Fe鐵中形成的間隙固溶體，用符號A表示。2奧氏體---奧氏體是碳溶解于γ693滲碳體---碳在鐵中的溶解能力是有限的，當碳的含量超過碳在鐵中的含量時，多余的碳就會與鐵以一定的比例化合成金屬化合物，稱為滲碳體。用分子式Fe3-C表示。滲碳體具有很高的硬度，而塑性和韌性幾乎為零。3滲碳體---碳在鐵中的溶解能力704珠光體---珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，用符號P表示。珠光體的強度較高，硬度適中，具有一定的韌性。5萊氏體---是奧氏體和滲碳體的機械混合物，用符號Ld表示。有高溫萊氏體和低溫萊氏體。萊氏體的力學性能和滲碳體相似，硬度很高，很脆。4珠光體---珠光體是鐵素體和滲71珠光體萊氏體金屬學基礎知識課件72碳元素碳在自然界中存在有三種同素異形體──金剛石、石墨、C60。金剛石和石墨早已被人們所知，拉瓦錫做了燃燒金剛石和石墨的實驗后，確定這兩種物質燃燒都產生了CO2，因而得出結論，即金剛石和石墨中含有相同的“基礎”，稱為碳。正是拉瓦錫首先把碳列入元素周期表中。C60是1985年由美國休斯頓賴斯大學的化學家哈里可勞特等人發(fā)現的，它是由60個碳原子組成的一種球狀的穩(wěn)定的碳分子，是金剛石和石墨之后的碳的第三種同素異形體。碳元素碳在自然界中存在有三種同素異形體──73碳在地殼中的質量分數為0.027%，在自然界中分布很廣。以化合物形式存在的碳有煤、石油、天然氣、動植物體、石灰石、白云石、二氧化碳等。截止1998年底，在全球最大的化學文摘——美國化學文摘上登記的化合物總數為18.8百萬種，其中絕大多數是碳的化合物。眾所周知，生命的基本單元氨基酸、核苷酸是以碳元素做骨架變化而來的。先是一節(jié)碳鏈一節(jié)碳鏈地接長，演變成為蛋白質和核酸；然后演化出原始的單細胞，又演化出蟲、魚、鳥、獸、猴子、猩猩、直至人類。這三四十億年的生命交響樂，它的主旋律是碳的化學演變?？梢哉f，沒有碳，就沒有生命。碳，是生命世界的棟梁之材碳在地殼中的質量分數為0.027%，74金剛石晶瑩美麗，光彩奪目，是自然界最硬的礦石。在所有物質中，它的硬度最大。測定物質硬度的刻畫法規(guī)定，以金剛石的硬度為10來度量其它物質的硬度。例如Cr的硬度為9、Fe為4.5、Pb為1.5、鈉為0.4等。在所有單質中，它的熔點最高，達3823K。金剛石晶體屬立方晶系，是典型的原子晶體，每個碳原子都以sp3雜化軌道與另外四個碳原子形成共價鍵，構成正四面體。這是金剛石的面心立方晶胞的結構。由于金剛石晶體中C─C鍵很強，所有價電子都參與了共價鍵的形成，晶體中沒有自由電子，所以金剛石不僅硬度大，熔點高，而且不導電。金剛石晶瑩美麗，光彩奪目，是自然界最75室溫下，金剛石對所有的化學試劑都顯惰性，但在空氣中加熱到1100K左右時能燃燒成CO2。金剛石俗稱鉆石，除用作裝飾品外，主要用于制造鉆探用的鉆頭和磨削工具，是重要的現代工業(yè)原料，價格十分昂貴。石墨石墨烏黑柔軟，是世界上最軟的礦石。石墨的密度比金剛石小，熔點比金剛石僅低50K，為3773K。在石墨晶體中，碳原子以sp2雜化軌道和鄰近的三個碳原子形成共價單鍵，構成六角平面的網狀結構，這些網狀結構又連成片層結構。室溫下，金剛石對所有的化學試劑都顯惰性，但76層中每個碳原子均剩余一個未參加sp2雜化的p軌道，其中有一個未成對的p電子，同一層中這種碳原子中的m電子形成一個m中心m電子的大∏鍵(鍵)。這些離域電子可以在整個兒碳原子平面層中活動，所以石墨具有層向的良好導電導熱性質。石墨的層與層之間是以分子間力結合起來的，因此石墨容易沿著與層平行的方向滑動、裂開。石墨質軟具有潤滑性。由于石墨層中有自由的電子存在，石墨的化學性質比金剛石稍顯活潑。由于石墨能導電，有具有化學惰性，耐高溫，易于成型和機械加工，所以石墨被大量用來制作電極、高溫熱電偶、坩堝、電刷、潤滑劑和鉛筆芯。層中每個碳原子均剩余一個未參加sp2雜7720世紀80年代中期，人們發(fā)現了碳元素的第三種同素異形體──C60。1995年9月初，在美國得克薩斯州Rice大學的Smalley實驗室里，Kroto等為了模擬N型紅巨星附近大氣中的碳原子簇的形成過程，進行了石墨的激光氣化實驗。他們從所得的質譜圖中發(fā)現存在一系列由偶數個碳原子所形成的分子，其中有一個比其它峰強度大20~25倍的峰，此峰的質量數對應于由60個碳原子所形成的分子。

20世紀80年代中期，人們發(fā)現了碳元78C60分子是以什么樣的結構而能穩(wěn)定呢？層狀的石墨和四面體結構的金剛石是碳的兩種穩(wěn)定存在形式，當60個碳原子以它們中的任何一種形式排列時，都會存在許多懸鍵，就會非常活潑，就不會顯示出如此穩(wěn)定的質譜信號。這就說明C60分子具有與石墨和金剛石完全不同的結構。由于受到建筑學家BuckminsterFuller用五邊形和六邊形構成的拱形圓頂建筑的啟發(fā)，Kroto等認為C60是由60個碳原子組成的球形32面體，即由12個五邊形和20個六邊形組成，只有這樣C60分子才不存在懸鍵。C60分子是以什么樣的結構而能穩(wěn)定呢？79碳六十的用途從C60被發(fā)現的短短的十多年以來，富勒烯已經廣泛地影響到物理學、化學、材料學、電子學、生物學、醫(yī)藥學各個領域，極大地豐富和提高了科學理論，同時也顯示出有巨大的潛在應用前景。據報道，對C60分子進行摻雜，使C60分子在其籠內或籠外俘獲其它原子或集團，形成類C60的衍生物。例如C60F60，就是對C60分子充分氟化，給C60球面加上氟原子，把C60球殼中的所有電子“鎖住”，使它們不與其它分子結合，因此C60F60表現出不容易粘在其它物質上，其潤滑性比C60要好，可做超級耐高溫的潤滑劑，被視為“分子滾珠”。再如，把K、Cs、Tl等金屬原子摻進C60分子的籠內，就能使其具有超導性能。用這種材料制成的電機，只要很少電量就能使轉子不停地轉動。再有C60H60這些相對分子質量很大地碳氫化合物熱值極高，可做火箭的燃料。等等碳六十的用途80第二章鋼的熱處理熱處理是將金屬在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，使其內部的組織結構發(fā)生變化，以獲得所需性能的方法。加熱的目的是獲得奧氏體組織，保溫的目的是為了使組織轉變完全，使奧氏體成分均勻。冷卻過程是鋼熱處理的關鍵，它決定著鋼在冷卻后的組織和性能。同一種鋼在相同的加熱條件下獲得了奧氏體組織，但以不同的冷卻條件冷卻后鋼的力學性能有著明顯的不同。第二章鋼的熱處理熱處理是將81鐵碳合金相圖含碳量溫度鐵碳合金相圖含碳量溫度82金屬學基礎知識課件83第一節(jié)退火與正火一退火退火是將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，隨后緩慢冷卻至室溫的熱處理方法。退火的目的（1)降低鋼的硬度，提高鋼的塑性，以便于進行切削加工和冷變形。（2）細化晶粒，均勻組織和成分。（3）消除鋼中的殘余應力，防止變形和開裂。常用的退火方法1完全退火完全退火是將工件加熱至完全奧氏體化，隨后緩慢冷卻。又稱為重結晶退火，簡稱退火。第一節(jié)退火與正火842球化退火使鋼中碳化物球化而進行的退火稱為球化退火。用于工具鋼、軸承鋼鍛軋后的處理。3去應力退火為消除工件經塑性變形加工、焊接、鑄造等工藝造成的殘余應力而進行的工藝稱為去應力退火。溫度在600oC以下，所以只消除內應力，鋼的組織不發(fā)生變化。4均勻化退火均勻化退火的工藝特點是溫度高，時間長。其目的是為了消除晶內的偏析，使成分均勻化。其實質是使合金元素的原子充分擴散，所以也叫擴散退火。2球化退火使鋼中碳化物球85二正火正火是將鋼加熱至奧氏體化以后，在空氣中冷卻，也可以說是退火的一個特例。正火比退火冷卻速度快，組織細密，強度硬度較退火鋼高。正火不適用于高合金鋼。正火的目的與退火基本相同，另外還有以下用途：（1）細化組織，消除熱加工缺陷。（2）用于低碳鋼，可以提高硬度。(3)用于中碳鋼，代替調質處理。（4）用于高碳鋼，可消除網狀滲碳體。（5）對于性能要求不高的工件，可作為最終熱處理。二正火正火是將鋼加熱至奧86三退火與正火的選擇1從切削加工考慮，一般低碳鋼采用正火，高碳鋼采用退火。2從使用性能上考慮，如果零件性能要求不高，用正火作為最終熱處理；當零件形狀復雜時，正火有引起變形和開裂的危險，宜采用退火。3從經濟上考慮，正火比退火生產周期短，成本低，操作方便，故在可能的條件下優(yōu)先采用正火。三退火與正火的選擇87第二節(jié)鋼的淬火

淬火是指把鋼加熱到規(guī)范中某一溫度，保持一定時間，然后以適當的冷卻速度冷卻至室溫的工藝方法。1淬火的目的淬火的主要目的是獲得馬氏體組織，為回火作組織準備；獲得高硬度、高彈性、韌性；使之具有某些特殊的物理和化學性能。2淬火介質常用的淬火介質有水、鹽類水溶液、油、空氣等。一般碳鋼用水和鹽類水溶液；合金鋼用油類等。3冷卻速度淬火后要想得到馬氏體組織，冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，但速度太快，會引起工件的體積收縮太快，引起變形和開裂。所以，控制冷卻速度是淬火工藝的關鍵技術。第二節(jié)鋼的淬火

淬火是指把鋼加熱884淬火方法有單液淬火、雙介質退火馬氏體分級淬火、貝氏體分級淬火等。以滿足不同鋼種、不同零件的使用需要。5鋼的淬透性和淬硬性鋼的淬透性是指鋼在規(guī)定條件下淬火，所能獲得淬透層深度的能力。影響鋼淬透性的主要因素是鋼的化學成分、冷卻速度鋼的淬硬性是指鋼在規(guī)定條件下淬火、能達到最大硬度的能力。鋼的淬硬性主要取決于含碳量，含碳量越高，淬硬性也越高。淬透性和淬硬性是兩個截然不同的概念。6冷處理工件淬火冷卻到室溫后，繼續(xù)在0oC以下冷卻的熱處理工藝叫作冷處理。4淬火方法有單液淬火、雙897淬火缺陷氧化和脫碳、過熱及過燒、變形和開裂、硬度不足和軟點。7淬火缺陷氧化和脫碳、過熱及過燒90第三節(jié)鋼的回火

回火是指鋼在淬火后，再加熱至工藝規(guī)定的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。淬火鋼回火的目的：調整鋼的硬度和強度，提高鋼的韌性，獲得所需性能；消除淬火時的內應力，防止變形和開裂；溫定組織和尺寸。低溫回火<250oC,得到的組織是回火馬氏體，具有高的硬度和耐磨性，主要用于刀具、量具等。中溫回火350oC---500oC，中溫回火到的組織為回火托氏體，具有較高的彈性極限、曲服點和適當的韌性，主要用于彈性零件和熱鍛模。第三節(jié)鋼的回火回火是指鋼在淬火后，再加91高溫回火>500oC高溫回火到的組織是回火索氏體，具有良好的綜合力學性能（足夠的強度和韌性相匹配），生產中把淬火及高溫回火的復合熱處理工藝稱為“調質”。調質廣泛用于受力構件，如螺栓、連桿，軸類零件等。高溫回火>500oC高溫回火到92第四節(jié)鋼的表面淬火及化學熱處理一鋼的表面淬火表面淬火是不改變零件表面化學成分，而只通過強化手段改變表面組織狀態(tài)的熱處理方法。1火焰加熱表面淬火2感應加熱表面淬火二鋼的化學熱處理化學熱處理是將工件置于一定溫度的化學介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變表層的化學成分、組織結構和性能的熱處理工藝。第四節(jié)鋼的表面淬火及化學熱處理一931鋼的滲碳滲碳的方法又分為固體滲碳、鹽浴滲碳及氣體滲碳三種。2鋼的滲氮主要指氣體滲氮。3碳氮共滲常用氣體碳氮共滲法。4離子滲氮。5其它化學熱處理法。1鋼的滲碳滲碳的方法又分為固體滲94第五節(jié)熱處理技術發(fā)展狀況一鋼的強韌化處理1形變熱處理:高溫形變熱處理、中溫形變熱處理。2復相熱處理。3亞溫淬火、高溫淬火。二高能量密度表面熱處理1激光熱處理。2電子束淬火。3超高頻脈沖淬火。第五節(jié)熱處理技術發(fā)展狀況一鋼的強95三微機在熱處理中的應用1溫度控制2時間控制3工藝參數控制4動作控制此外，微機還可用于熱處理零件設計、材料分析、車間管理等諸多方面。三微機在熱處理中的應用96第三章常用的金屬材料碳素鋼一常存元素對鋼的性能的影響1硫硫是冶煉時由礦石和燃料帶到鋼中的雜質元素，煉鋼時難以除盡。硫對鋼的主要影響是“熱脆性”。2磷磷也是由礦石和燃料帶入的雜質，在煉鋼時難以除盡。磷對鋼的主要影響是“冷”脆性。第三章常用的金屬材料973錳錳主要來自煉鋼脫氧劑。脫氧后殘留在鋼中的錳可溶解于鐵素體和滲碳體中，使鋼的強度和硬度提高，并可減輕硫的不良影響。所以，錳是鋼中的有益元素。4硅硅也是作為脫氧劑而加入到鋼中的，能溶于a-Fe中，形成固溶體，從而提高鋼的強度和硬度。3錳錳主要來自煉鋼脫氧劑。脫氧后殘留98二碳鋼的分類1按鋼的含碳量分低碳鋼---含碳量小于0、25%。中碳鋼---含碳量在0、25%---0、60%。高碳鋼---含碳量大于0、60%。2按鋼的質量分碳鋼質量的高低，主要根據鋼中含有雜質硫、磷的多少來劃分普通碳素鋼---含硫小于0、050%；含磷小于0、045%。優(yōu)質碳素鋼---含硫小于0、035%；含磷小于0、035%。高級優(yōu)質碳素鋼---含硫小于0、030%；含磷小于0、035%。二碳鋼的分類993按用途分類碳素結構鋼---用于制造機械零件和工程構件的碳鋼、含碳量大都在0、70%以下。碳素工具鋼---用于制造各種工具、量具、模具等，一般含碳量在0、70%以上。3按用途分類100三碳素結構鋼根據質量，可分為碳素結構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼。1碳素結構鋼含碳量一般在0、06%---0、038%之間，硫、磷的含量較高，價格便宜，用途廣。大量用于金屬結構件和機械零件，在滿足性能的情況下優(yōu)先選用。鋼號表示方法：

如：Q235-A-F三碳素結構鋼根據質量，可分為碳素結構鋼和優(yōu)質碳素結101如：Q235-A-F數值---表示屈服點的大小。（Mpa)A---質量等級符號，A、B、C、D四個等級A級最差，D級最好。F---脫氧程度符號，”F”表示沸騰鋼，”Z”表示鎮(zhèn)靜鋼，”b”表示半鎮(zhèn)靜鋼，”TZ”表示特殊鎮(zhèn)靜鋼。Z和TZ可以在鋼號中省略。Q---鋼材的屈服點“屈’的拼音首位字母。如：Q235-A-F數值---表示屈服點的大小。（Mpa)1022優(yōu)質碳素結構鋼雜質比碳素結構鋼要少，表面質量、組織結構的均勻性要好。并可經過熱處理來進一步改善力學性能，常用做比較重要的機械零件。鋼號表示方法：用兩位數字表示如45即表示含碳量為哦、45%的優(yōu)質碳素結構鋼。優(yōu)質碳素結構鋼根據含錳量的不同可分為普通含錳量鋼（小于0、80%），和較高含錳量鋼（0、70---1、2%）。鋼號表示方法在數字后面標出元素符號Mn,或漢字“錳”。如65Mn.2優(yōu)質碳素結構鋼雜質比碳素結構鋼要少，表面質量、組織103若為沸騰鋼或某種專用鋼種，則在鋼號后面標出規(guī)定的符號。如10F10表示含碳量0、10%，F表示沸騰鋼。如20g20表示含碳量0、20%，g鍋爐漢語拼音第一個字母。表示鍋爐專用鋼。

若為沸騰鋼或某種專用鋼種，則在鋼號后面標出規(guī)定的符號。104優(yōu)質碳素結構鋼中的08F,10F含碳量低，塑性好，焊接性能好，主要用于制造冷沖壓零件和焊接件。15、20、25屬于滲碳鋼，經滲碳淬火后，表面硬度可達到60HRC以上，而心部有一定的強度和韌性，可用于制造表面要求硬度高，耐磨，并承受沖擊載荷的零件。30、35、40、45、50等鋼屬于調質鋼，經調質后，可獲得良好的綜合機械性能，主要用于要求強度、塑性、韌性都較高的零件，如齒輪、套筒、軸類等。60鋼以上的鋼屬于高碳鋼，主要用來制造具有較高強度、耐磨性和彈性的零件，如氣門彈簧、彈簧墊圈、板簧等彈性零件和耐磨件。優(yōu)質碳素結構鋼中的08F,10F含碳量低，塑性好，焊接性能好105四碳素工具鋼含碳量在0、65%---1、35%之間，根據含硫量的不同，分為優(yōu)質碳素工具鋼和高級優(yōu)質碳素工具鋼。鋼號表示方法T+數字如：T10AT---碳的第一個字母10---含碳量1、0%A---高級優(yōu)質碳素工具鋼的用途T7T8用于制造要求韌性稍高的工具，如：沖頭，鑿子，木工工具；T9T10T11用于要求中等韌性，高硬度的工具，如：手工鋸條、絲錐、鈑牙等；T12T13具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造量具、銼刀、鉆頭、刮刀等。四碳素工具鋼106五鑄鋼鑄鋼一般用于制造形狀復雜，力學性能要求較高的機械零件，含碳量在0、20%---0、60%之間。鋼號表示方法示例：ZG200---400ZG---鑄、鋼的第一個字母200---曲服強度不小于200Mpa400---抗拉強度不小于400Mpa五鑄鋼107合金鋼合金鋼是在碳素鋼的基礎上，為了改善鋼的性能，在冶煉時有目地的加入一些元素，如：硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、鐇、鈦、鋁、硼、鈮、鋯和稀土元素等。使鋼的性能進一步提高，以滿足不同的需要。一合金元素在鋼中的作用1強化鐵素體或奧氏體。2形成合金碳化物。3改變鋼的室溫組織。4細化晶粒。5提高鋼的淬透性。6提高耐回火性。合金鋼合金鋼是在碳素鋼的基礎上，為了改善鋼的性能，在冶煉時有108二合金鋼的分類及編號1合金鋼的分類按化學成分---低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼。按含硫、磷多少分---優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼。按用途分---合金結構鋼、合金工具鋼、特殊鋼。合金結構鋼的編號原則上采用“二位數字+化學元素符號+數字”表示。當合金元素的質量分數少于1.5%時，只標元素符號，如果質量分數大于1.5%、2.5%、3.5%時，則相應的以2、3、4表示。二合金鋼的分類及編號10940Cr40---表示含碳量為0、40%。Cr---表示鉻，其后無數字，鉻的質量分數小于1.5%。40Cr40---表示含碳量為0、411060Si2Mn60---含碳量0、60%Si2—硅的質量分數2%Mn—錳的質量分數小于1、5%。60Si2Mn60---含碳量0、60%111合金工具鋼的編號與合金結構鋼含碳量標法不同，大于或等于1、0%時，在鋼號中不標出，小于1、0%時，則在鋼號前以千分之幾表示。9Mn2V9—碳的質量分數為0、9%Mn—錳的質量分數為2、0%V—鐇的質量分數小于1、5%合金工具鋼的編號與合金結構鋼含碳量標法不同，大于或等于1、0112三合金結構鋼1低合金結構鋼鋼號表示方法Q295Q—表示屈服強度第一個字母295—屈服強度295Mpa2合金滲碳鋼3合金調質鋼4合金彈簧鋼5滾動軸承鋼6超高強度鋼三合金結構鋼113四合金工具鋼合金工具鋼按用途可分為刃具鋼、量具鋼和模具鋼三類。1刃具鋼---有低合刃具鋼和高速鋼。2合金量具鋼---具有高硬度、高耐磨性、尺寸穩(wěn)定性幾足夠的韌性。3合金模具鋼---冷作模具鋼和熱作模具鋼。四合金工具鋼114五特殊性能鋼1不銹耐酸鋼---鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼2耐熱鋼---抗氧化鋼和熱強鋼，前者用于長期在高溫下工作，如加熱爐的底板，后者主要用于鍋爐制造、汽輪機葉片等。3耐磨鋼---高錳鋼是目前主要的耐磨鋼，它的主要特點是鋼的表面在高壓和沖擊下能迅速硬化，變的硬而耐磨。五特殊性能鋼115鑄鐵鑄鐵是碳的質量分數大于2、11%，并且含有少量硅、錳、硫、磷等雜質的鐵碳合金。根據碳在合金中存在的不同形態(tài)，鑄鐵可以分為以下幾種：白口鑄鐵、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵。鑄鐵鑄鐵是碳的質量分數大于2、11%116灰鑄鐵

灰鑄鐵的組織和性能

[組織]：可看成是碳鋼的基體加片狀石墨。按基體組織的不同灰鑄鐵分為三類：鐵素體基體灰鑄鐵；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵；珠光體基體灰鑄鐵。

灰鑄鐵117[力學性能]：灰鑄鐵的力學性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關?；诣T鐵中的片狀石墨對基體的割裂嚴重，在石墨尖角處易造成應力集中，使灰鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性遠低于鋼，但抗壓強度與鋼相當，也是常用鑄鐵件中力學性能最差的鑄鐵。[力學性能]：灰鑄鐵的力學性能與基體118同時，基體組織對灰鑄鐵的力學性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強度和硬度最低，故應用較少；珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細小，有較高的強度和硬度，主要用來制造較重要鑄件；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵。

[其他性能]：良好的鑄造性能、良好的減振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性

同時，基體組織對灰鑄鐵的力學性能也119可鍛鑄鐵

用白口鑄鐵經過熱處理后制成的有韌性的鑄鐵。別名：馬鐵、瑪鋼、生產過程:首先澆注成白口鑄鐵件,然后經可鍛化退火(可鍛化退火使?jié)B碳體分解為團絮狀石墨)而獲得可鍛鑄鐵件.

可鍛鑄鐵的組織有二種類型：鐵素體(F)+團絮狀狀石墨(G)；珠光體(P)+團絮狀石墨(G)。

可鍛鑄鐵120性能及用途：白口鐵的加工性能極差，但是經過高溫回火后，有較高的強度和可塑性，可以切削加工。由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀，對基體的割裂作用較小,因此它的力學性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵并不能進行鍛壓加工?？慑戣T鐵的基體組織不同，其性能也不一樣，其中黑心可鍛鑄鐵具有較高的塑性和韌性，而珠光體可鍛鑄鐵具有較高的強度，硬度和耐磨性。主要用于制造汽車、拖拉機的后橋外殼、閥門、管件、曲軸、連桿、搖臂、活塞環(huán)等。性能及用途：121球墨鑄鐵球墨鑄鐵是近五十年來發(fā)展起來的新型材料，是將灰鑄鐵出爐澆鑄前加入少量的球化劑（純鎂或稀土鎂合金）、澆注后石墨結晶球狀，獲得球墨鑄鐵，從而提高了鑄鐵的力學性能。[組織]：基體+球狀石墨，基體的組織有多種，常見的如圖所示。

球墨鑄鐵122[性能]：球墨鑄鐵的強度、塑性與韌性都大大優(yōu)于灰鑄鐵，力學性能可與相應組織的鑄鋼相媲美。缺點是凝固收縮較大，容易出現縮松與縮孔，熔鑄工藝要求高，鐵液成分要求嚴格。

[性能]：球墨鑄鐵的強度、塑性與韌性都123牌號表示]：是由“QT”（“球鐵”兩字漢語拼音字首）后附最低抗拉強度σb值（MPa）和最低斷后伸長率的百分數表示。例如牌號QT700—2表示最低抗拉強度為600MPa、最低斷后伸長率δ為2％的球墨鑄鐵應用場合]：球墨鑄鐵的力學性能優(yōu)于灰鑄鐵，與鋼相近，可用它代替鑄鋼和鍛鋼制造各種載荷較大、受力較復雜和耐磨損的零件。如珠光體球墨鑄鐵常用于制造汽車、拖拉機或柴油機中的曲軸、連桿、凸輪軸、齒輪，機床中的主軸、蝸桿、蝸輪等。而鐵素體球墨鑄鐵多用于制造受壓閥門、機器底座、汽車后橋殼等。

牌號表示]：是由“QT”（“球鐵”兩124

蠕墨鑄鐵一、蠕墨鑄鐵的組織和性能[組織]：組織中具有蠕蟲狀石墨。鑄鐵液經蠕化處理后可得到具有蠕蟲狀石墨的蠕墨鑄鐵，方法為澆注前向鐵液中加入蠕化劑，促使石墨呈蠕蟲狀。[性能]：蠕蟲狀石墨的形態(tài)介于片狀與球狀之間，所以蠕墨鑄鐵的力學性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，其鑄造性能、減振性和導熱性都優(yōu)于球墨鑄鐵，與灰鑄鐵相近。

蠕墨125金屬學基礎知識課件126二、蠕墨鑄鐵的牌號及用途[牌號表示方法]：蠕墨鑄鐵的牌號是由“RuT”（“蠕鐵”兩字漢語拼音字首）后附最低抗拉強度值（MPa）表示。例如牌號RuT300表示最低抗拉強度為300MPa的蠕墨鑄鐵。[應用范圍]：蠕墨鑄鐵主要用于承受熱循環(huán)載荷、結構復雜、要求組織致密、強度高的鑄件，如大馬力柴油機的汽缸蓋、汽缸套、進（排）氣管、鋼錠模、閥體等鑄件。二、蠕墨鑄鐵的牌號及用途127有色金屬及硬質合金有色金屬具有許多優(yōu)良特性，如高的導電性和導熱性，較低的密度和熔點，良好的力學性能和工藝性能，是現代工業(yè)重要的組成部分。本節(jié)主要介紹銅、鋁、鈦和軸承合金，硬質合金。有色金屬及硬質合金有色金屬具有許多優(yōu)128銅及銅合金一工業(yè)純銅純銅呈紫紅色曾稱紫銅。有較高的導電性和導熱性，是最常用的導電和導熱材料。根據雜質含量不同，工業(yè)純銅分為三種：T1、T2、T3純度為99、95%---99、7%，編號越大，純度越低。二銅合金按合金的成分，銅合金可分為黃銅、青銅和白銅。

銅及銅合金一工業(yè)純銅純銅呈1291黃銅黃銅是以鋅為主加元素的銅合金，分為普通黃銅和特殊黃銅。普通黃銅---即銅鋅合金，具有良好的抵抗海水和大氣腐蝕的能力。標記示例：H68H---黃的第一個字母68---含銅量68%，其余為鋅，約占32%。特殊黃銅---在銅鋅合金中再加入鋁、錳、錫、鉛、鐵、鎳、硅等元素的銅合金稱為特殊黃銅。有壓力加工用黃銅和鑄造用黃銅。如：ZCuZn40Pb2表示含鋅量為40%，含鉛為2%，其余為銅58%的鑄造鉛黃銅。1黃銅黃銅是以鋅為主加元素的1302青銅除了黃銅和白銅以外的其它銅合金統稱為青銅,按主添加元素的種類分為：錫青銅、鋁青銅、硅青銅、鈹青銅等。也有壓力加工用青銅和鑄造用青銅。QAl5Q---青第一個字母Al5—含鋁5%。鑄造用青銅ZCuSn3Zn8Pb6Ni1表示含Sn3%、Zn8%、Pb6%、Ni1%的鑄造青銅2青銅除了黃銅和白銅以131錫青銅錫青銅具有良好的強度、硬度、耐蝕性和鑄造性。錫的含量在3%---14%之間。錫青銅的耐蝕性比純銅和黃銅都高，多用來制作耐磨零件和與酸、堿、蒸汽等接觸的零件。鋁青銅鋁青銅比黃銅和錫青銅有更好的耐蝕性、更高的力學性能、耐磨性能和耐熱性。常用來鑄造承受重載的耐蝕和耐磨損零件。鈹青銅是一種綜合性能較好的結構材料，主要用作彈性元件和耐磨零件。錫青銅錫青銅具有良好的強度、硬132鋁及鋁合金1純鋁銀白色，是自然界儲量較豐富的金屬元素。密度2、72g/cm3,具有良好的導電性、導熱性，僅次于銅、銀、金；良好的抗大氣腐蝕能力；良好的加工性能。2鋁合金變形鋁合金---鋁銅系、鋁鎂系、鋁鋅系等。鑄造鋁合金---鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系、鋁鋅系等。鋁及鋁合金1純鋁銀白色，133軸承合金用來制造軸瓦及其內襯的合金稱為軸承合金。軸承合金的理想組織，應由塑性好的軟基體和均勻分布在軟基體上的硬質點構成。1錫基軸承合金是一種典型的軸承合金這種合金的軟基體是銻在錫中的a固溶體,硬質點是化合物SnSb，錫基軸承合金具有適中的硬度，低的磨擦系數，較好的塑性和韌性，優(yōu)良的導熱性和耐蝕性，常用于重要的軸承。

軸承合金用來制造軸瓦及其內襯的合金稱1342鉛基軸承合金主要特點是價格低廉，用于制造中等負荷的軸承。它的軟基體是Pb-SnSb共晶體，硬質點是錫與銻的化合物。3鋁基軸承合金這類軸承合金不直接澆鑄成型，而是采用軸承合金帶和低碳鋼帶復合在一起軋成雙金屬帶，然后制成軸承。分為鋁銻鎂軸承合金和高錫鋁基合金。2鉛基軸承合金主要特點是135硬質合金1硬質合金的特點高硬度、高紅硬性、高耐磨性。室溫下硬度為86---93HRA,在900---1000度仍有很高的硬度?？箟簭姸雀?，但抗彎強度低，韌性差。2常用硬質合金鎢鈷類鎢鈷鈦類鎢鈦鉭（鈮）鈷類碳化鈦鎳鉬類硬質合金。硬質合金1硬質合金的特點136金屬材料學基礎理論知識金屬材料學基礎理論知識137金屬學基本知識金屬是指具有良好的導電性和導熱性、有一定的強度和韌性、并具有特殊金屬光澤的物質。金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主，其它金屬或非金屬元素為輔構成的，并具有金屬特性的工程材料，它包括純金屬和合金。金屬學基本知識金屬是指具有良好的導電性和138第一節(jié)金屬材料及分類第一節(jié)金屬材料及分類1391按其最高價氧化物的顏色分

黑色金屬---包括鐵、鉻、錳三種。有色金屬---除黑色金屬以外的其它金屬稱為有色金屬。如銅、鋁和鎂等。1按其最高價氧化物的顏色分黑色140按密度大小分

重金屬---密度大于每立方厘米4.5克。

輕金屬---密度小于每立方厘米4.5克。按密度大小分

重金屬---密度大于每立方厘米4.5克。

輕金1413---按儲量和價值分

稀有金屬和貴重金屬。3---按儲量和價值分

稀有金屬和貴重金屬。142二煉鐵與煉鋼煉鐵----現代鋼鐵工業(yè)生產生鐵的主要方法是高爐煉鐵。二煉鐵與煉鋼煉鐵----現代鋼鐵工業(yè)生產生鐵的主要方法是1431---煉鐵煉鐵用的多數是鐵的氧化物。含鐵比較多的并且具有冶煉價值的礦物稱為鐵礦石。煉鐵就是從鐵礦石中提取鐵及有用元素的過程。1---煉鐵煉鐵用的多數是鐵的氧化物。含鐵比較多的并且具有冶144高爐煉鐵的爐料高爐煉鐵的主要原料是鐵礦石、燃料和熔劑。高爐煉鐵的爐料高爐煉鐵的主要原料是鐵礦石、燃料和熔劑。145煉鐵示意圖煉鐵示意圖146煉鐵過程爐料從受料斗進入爐腔，高爐底部的爐缸和爐腹中裝滿焦碳。爐腰和爐身中則是鐵礦石、焦碳和石灰，層層相間，一直裝到爐喉。焦碳在1000oC---1200oC高溫下，迅速產生大量的熱，使風口附近爐腔中心溫度高達1800oC以上，由于底部焦碳很厚，燃燒不完全。因次，爐氣中存在大量一氧化碳氣體，在爐內造成了良好的還原性氣氛。煉鐵過程爐料從受料斗進入爐腔，高爐底147鐵礦石在570oC---1200oC之間受到一氧化碳氣體和紅熱焦碳的還原，形成了海棉狀鐵，這種鐵在1000oC---1200oC的高溫下會從一氧化碳和焦碳中溶入大量的碳---含碳量可達百分之四。因而鐵的熔點下降，于是就形成了生鐵。生鐵的熔點約為1200oC。因次經過溶碳作用之后，生鐵以液體狀態(tài)滴入爐缸。鐵礦石在570oC---1200oC148高爐產品

鑄造生鐵---這類生鐵斷口呈暗灰色。含硅量較高，用于機械制造廠生產鑄件。

煉鋼生鐵---這類生鐵斷口呈暗灰色。含硅量較低(1.5%),用于在煉鋼爐中煉鋼。高爐冶煉的副產品是煤氣和爐渣。煤氣有很高的經濟價值。高爐爐渣主要成分是氧化鈣、二氧化硅?？梢杂脕碇圃焖嘣蕖⒃u等建筑材料。高爐產品鑄造生鐵---這類生鐵斷口呈1492---煉鋼現代煉鋼方法是以生鐵為主要原料。首先把生鐵熔化成液態(tài)利用氧化作用將碳及其它元素的含量調整到規(guī)定的范圍之內，就得到了鋼。2---煉鋼現代煉鋼方法是以生鐵為主150煉鋼過程

煉鋼的基本過程是氧化。向鐵液中吹入純氧或加入鐵礦石，在煉鋼爐內氧與鐵發(fā)生作用使鐵被氧化。生成的氧化鐵溶解在鐵液中，與鐵液中其它元素產生一系列氧化反應。碳被氧化生成一氧化碳氣體，直接從鐵液中逸出，硅和錳被氧化生成二氧化硅和氧化錳。鐵液中的含碳量降低到一定程度時，氧化即告完成鐵液煉成了鋼液。煉鋼過程煉鋼的基本過程是氧化。向鐵液中151煉鋼方法現代煉鋼方法主要有轉爐煉鋼、電爐煉鋼和平爐煉鋼。

轉爐、平爐的主要產品是碳素鋼和低合金鋼，電弧爐的主要產品是合金鋼。煉鋼方法現代煉鋼方法主要有轉爐煉鋼、152煉鋼爐產品根據成品鋼脫氧程度的不同，可分為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼三種。煉鋼爐產品根據成品鋼脫氧程度的不同，可153第二節(jié)金屬的性能一金屬的物理性能和化學性能1金屬的物理性能密度熔點熱膨脹性（線膨脹、體積膨脹）導熱性導電性磁性（鐵磁性、順磁性、抗磁性）第二節(jié)金屬的性能一1542金屬的化學性能耐腐蝕性抗氧化性2金屬的化學性能155二金屬的工藝性能1鑄造性2鍛壓性3焊接性4切削加工性二金屬的工藝性能1156三金屬的力學性能

金屬材料的力學性能是指金屬在外加載荷(外力或能量)作用下或載荷與環(huán)境因素(溫度、介質和加載速率)聯合作用下所表現的行為。由于載荷施加的方式多種多樣，而環(huán)境、介質的變化又十分復雜，所以金屬在這些條件下所表現的行為就會大不相同，致使金屬材料力學性能所研究的內容非常廣泛，它已發(fā)展成為介于金屬學和材料力學之金屬材料的力學性能包括強度、硬度、塑性和韌性等性能。三金屬的力學性能

金屬材料的力學性能是指金157C:/DocumentsandSettings/Owner/桌面桌面C:\DocumentsandSettings\Owne158金屬材料的力學性能包括強度、硬度、塑性和韌性等性能。因為金屬構件的承載條件一般用各種力學參量(如應力、應變和沖擊能量等)來表示，因此，人們便將表征金屬材料力學行為的力學參量的臨界值或規(guī)定值稱為金屬材料力學性能指標，如強度指標、塑性指標、韌性指標等等。金屬材料的力學性能包括強度、硬度、塑性和韌性等性能。因為金屬159按載荷的作用性質分為靜載荷沖擊載荷交變載荷按載荷的作用性質分為靜160按載荷的作用方式分為拉伸載荷拉伸變形抗拉強度壓縮載荷壓縮變形抗壓強度彎曲載荷彎曲變形抗彎強度