金属材料学(全套课件)讲课教案

在金属表面电镀一层耐 腐蚀的金属，提高耐蚀
性。
合金化
通过改变金属的成分， 提高其耐蚀性。
缓蚀剂
添加缓蚀剂抑制金属腐 蚀的化学反应速度。
金属材料在特定环境下的耐腐蚀性
01
02
03
04
酸性环境
钢铁、不锈钢等对酸有一定的 耐蚀性，但不同金属差异较大
。
碱性环境
铝、镁等金属在碱性环境中容 易发生腐蚀。
海洋环境
04 金属材料的腐蚀与防护
CHAPTER
金属材料的腐蚀机理
电化学腐蚀
金属与电解质溶液接触，通过电极反应发生的腐 蚀。
化学腐蚀
金属与非电解质直接反应，生成金属氧化物的腐 蚀。
生物腐蚀
金属在有微生物的环境下发生的腐蚀。
金属材料的防腐蚀方法
涂层保护
在金属表面涂覆防腐蚀 涂层，隔离金属与腐蚀
介质。
电镀
金属材料的化学性能是指其在各种环 境中的稳定性，包括耐腐蚀性、抗氧 化性、耐候性等。
耐腐蚀性是指金属材料抵抗腐蚀的能 力，抗氧化性是指金属材料在高温下 抵抗氧化的能力，耐候性是指金属材 料在自然环境中抵抗光、热、水、大 气等因子的作用的能力。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指其在受力作用下的行为表现，包括强度、塑性、韧性、 硬度等。
详细描述
金属材料主要是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有 金属特性的工程材料，如铁、铝、铜等。根据成分和用途， 金属材料可以分为钢铁、有色金属、贵金属等类型。
金属材料的特性与用途
总结词
金属材料具有导电性、导热性、延展性等特性，广泛应用于建筑、机械、电子 等领域。
详细描述
金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，这些特性使得金属在建筑、机 械、电子等领域得到广泛应用。例如，钢铁用于制造桥梁和建筑结构，铜用于 电线和电缆，铝用于包装和航空航天领域。

合金的特性：
根据以上实验可得到合金与组成它们的纯金属的性质有何异同？
1、 一般地，合金的硬度和强度高于组成它们的纯金属。
2、 合金的熔点低于组成它们的纯金属。
3、 一般地，合金的抗腐蚀性能强于组成它们的纯金属。
合作探究
延展性
导电性
导热性
密度
硬度
金属
良好
良好
良好
大多密度较大
一般较大
非金属
不具有延展性
大多较差（石墨较好）
大多为热的不良导体（石墨较好）
大多密度较小
一般较小，但差异很大（金刚石硬度极大，而石墨硬度就较小）
金属一定能导电、导热，但能导电导热的单质不一定 是金属。如非金属石墨也能导电，也能导热。
为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？
用来铸造硬币的金属材料需要具有什么性质？
资源丰富无毒轻便耐磨耐腐蚀美观、易加工
金称为形状记忆合金。
记忆合金
1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。
状态
固态
铝、锌、铁、碳、硫、磷
汞、溴
液态
金属都有特殊的金属光泽，非金属大多无光泽
金属大多呈银白色或灰色，非金属大多外表暗淡
金属常温下呈固态，汞除外，非金属常温下大多是气态或固态，溴除外
总结一下
金属
非金属
光泽
特殊的金属光泽
大多数无金属光泽
颜色
大多数银白色或灰色（铜：紫红色，金：金黄色）
多种颜色，大多外表暗淡
钢
(1)成分

用途
由学生自主完成，并以此评价学生对基础知识的掌握情况。
4、通过常见的盐导出碳酸盐的复习；并通过 评价练习评价学生对碳酸盐性质的理解，得出“用
物质的性质解决问题”的方法；
常见的盐：
氯化钠：调味品，融雪剂，医药等； 食盐 NaCl 碳酸钙：建筑材料，补钙剂大理石，石灰石 CaCO3
碳酸钠：工业原料 侯德榜 纯碱，苏打 Na2CO3
食盐是日常生活中最常见、最熟悉的一种盐，但把盐 等同于食盐是较常见的误解。本课题一开始通过食盐中毒 事件就提醒学生注意二者的区别，让学生体会到学习化学 知识对提高国民素质的重要性；通过对盐的用途的学习可 以进一步让学生感受到化学来源于生活，生活离不开化学。 本节课的地位由此可见一斑。
二、教学目标与重点
努力学习 勇攀高峰！
《盐的复习》
一、教材与课标
《盐》是九年级化学下册课本第十一单元课题1的内容， 主要介绍常见的盐的组成、用途，分离提纯物质，碳酸盐 的性质及检验方法，复分解反应及其发生的条件，溶解性 表等内容。除此之外，第六、八、十、十一单元都有涉及 盐的知识，所以归纳盐的性质也是本节课的重点内容。
形状记忆合金
一、几种常见的金属 1、金属材料的发展史 2、金属的物理性质 3、物质用途的的决定因素 二、合金 1、定义 2、特性 3、常见的合金
1、（2013，宿迁）下列应用在高铁上的
材料中，不属于金属材料的是 （ B）
A．不锈钢
B．玻璃
C．铝合金
D．铜线
2.下列金属中导电性能最好的
（ D）
A．铜 B．铝 C．铁 D．银
盐的性质：
1：盐能与活泼金属单质反应
2：某些盐能与酸反应
3：某些盐与碱 4：盐与盐之间反应

钴的特殊性，它开启γ相区，但却使Α3温度略微升 高，这使钴产生了一些反常的行为（如降低钢的 淬透性）。
扩大γ相区相图
δ
A4
温
度 A3
γ
A1 α
Fe
扩大γ相区相图的特点
合金元素在铁基体中最大固溶度
合金元素在γ-Fe中有限固溶，当合金元素含 基体中缺陷处的原子排列混乱程度将明显影响溶质偏聚程度，故不同缺陷处的溶质偏聚程度将不相同
大多数合金元素即可固溶也可形成第二相
钢中第二相种类
碳化物 氮化物 硼化物 金属间化合物 非金属化合物（夹杂物） 单质如铜、石墨
固溶合金元素对相图的影响1
扩大γ相区的奥氏体形成元素 （使Α3温度降 低，Α4温度升高 ）：
－开启γ相区：主要有锰、钴和镍三种元素 －扩大γ相区：主要有碳、氮、铜、金、锌等
元素
开启γ相区相图
δ
A4
温 度
A3
γ
α
Fe
锰对Fe-Fe3C相图奥氏体区的影响
1500 1400 1300
温 1200 度， ℃ 1100
1000 900 800 700 600
0.35Mn 2.5Mn
4Mn
9Mn
6.5Mn
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
合金化后称为铁素体
钢中基础相
γ-铁 ,912—1394℃ 稳定,面心立方点阵, 912 ℃点阵 常数0.36468nm,计算最小原子间距（即配位数12时 原子直径）0.25787nm，理论摩尔体积 0.730163×10-5m333。α→γ相变时体积变化约0.66%。室温下γ铁点阵常数0.35782nm，计算最小 原子间距（即配位数12时原子直径）0.25302nm,理 论摩尔体积0.689728×10-5m33。

物理性能
化学性能
热处理可以改变金属材料的化学性能 ，如耐腐蚀性、抗氧化性等。例如， 不锈钢经过热处理后，其耐腐蚀性会 得到显著提高。
热处理对金属材料的物理性能也有显 著影响，如导热性、导电性、磁性等 。
04
金属材料的力学性能
金属的拉伸性能
拉伸试验
通过拉伸试验测定金属材料的强 度、塑性和韧性等力学性能指标
02
金属材料的晶体结构
金属的晶体结构类型
01
体心立方晶格（BCC）
体心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其中心有一个原子，八个顶点上
各有一个原子。具有此晶格的金属有铬、钨、钼、铁、铌等。
02 03
面心立方晶格（FCC）
面心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其八个顶点上各有一个原子，六 个面的中心各有一个原子。具有此晶格的金属有铝、铜、镍、铅、金等 。
铝合金
密度小、比强度高、耐腐蚀性好，用于航空 航天、汽车、电子等领域。
钛合金
比强度高、耐腐蚀性好、高温性能优异，用 于航空航天、医疗等领域。
金属材料的发展趋势与挑战
高性能化
轻量化
发展更高强度、更高韧性、更耐腐蚀的金 属材料，以满足高端制造的需求。
通过合金化、复合化等手段降低金属材料 的密度，以适应节能减排的要求。
包括模具设计、熔炼、浇注、冷却、落砂、清理 等步骤，影响铸件的质量和性能。
铸造合金
常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铝合金等，具有 不同的铸造性能和机械性能。
金属的压力加工与成型工艺
压力加工
01
通过外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸
和性能的加工方法。
成型工艺
02
包括锻造、轧制、挤压、拉拔等，可生产各种形状和规格的金

铁素体形成元素：Hα<Hγ,△H>0, Cα>Cγ, γ相区缩小。
奥氏体形成元素：Hα>Hγ，△H<0， Cα<Cγ，γ相区扩大。
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二、合金元素在铁基固溶体中的溶解度 1、间隙固溶体： γ－Fe中间隙尺寸大，故溶解度较大。 α－Fe中间隙尺寸小，故溶解度较小。
2、置换固溶体： 铁素体形成元素在α－Fe中溶解度大；在γ－ Fe中小。 奥氏体形成元素在γ－Fe中溶解度大；在α－ Fe中小。
9
非合金钢 低合金钢 合金钢 Mn <1% 1~1.4% ≥1.4% Mo <0.05% 0.05~0.1% ≥0.10%
10
我国低合金钢从50年代开始研制，生产。 目前标准牌号约100个，以Mn为主，重点牌 号为16Mn，有些加入微量元素Mo，V，Nb， Cu，N，Re等。如按照国际标准划类，16Mn 等这类钢只能划为“非合金钢”，与我国历史、 现状和发展前途不适应。
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(2) 低于临界温度时不发生显著内吸附 不同原子都有一个发生显著内吸附的临界
温度： H：0℃以下； C，N：室温附近。 P：350℃； Nb，Mo：500℃。
3.原始浓度（C0） C0越低，产生显著晶界偏聚的时间也越长。
40
4. 多种溶质原子之间的相互作用 (1)畸变能差大的元素优先发生偏聚。（如铈的晶
主要包括：铸造性；锻造性；深冲性；冷弯 性；切削性；淬透性；焊接性等。
4
使用性能是保证能不能使用，而工艺性能是 保证能不能生产和制造的问题。 如建造九江长江大桥15MnVN钢的焊接性。
两者既有联系又有不同，有时是一致的，有时 互相矛盾。
如含铜时效钢06MnNiCuNb。
5
四.钢铁材料的分类 非合金钢; 低合金钢; 合 金 钢 高温合金; 铸 钢; 铸 铁

s=Fs /A0 ( MPa ) ☆ 抗拉强度——拉伸试样在拉断前所承受的最大应力
b = Fb/ A0 ( M Pa ) Fs—试样产生屈服时所承受的最大载荷,N Fb—-试样在拉断前所能承受 的最大载荷, N A0——试样原始截面积, ²
mm
金属不能在超过其 s 、 b 的条件下工作。因此作为强度 设计的依据. ???灰铸铁和20钢分别以何种强度为设计依据。
缩颈—
=（A0 –A1）/A0×100%
0
式中 A
—试样的原始截面积，mm²；
1
A
—试样拉断后,断口处横截面积，mm²；
说明：δ、ψ值愈大，表明材料的塑性 愈好。 良好的塑性是金属材料进行塑性加工 的必要 条件。
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二、硬度（HB、HR）
硬度:是材料抵抗更硬的物体压入其内的 能力。 它是材料性能的一个综合的物理量 ，表示 金属材 料在一 个小的 体积范 围内抵 抗塑性 变形、 压痕划 痕的能 力。是 衡量金 属软硬 的指标 。直接 影响金 属材料 的耐磨 性。 常用的有 布氏硬 度和洛 氏硬度
（孕育或变质处理）
（3）热处理和压力加工
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纯金属结晶的 冷却曲线规律
1）金属实际结晶温度低于理论结晶 温度； 理论结
0
晶温度T
与实际结晶温度Tm之差称为过冷 度，
0m
即：ΔT=T
-T
2）纯金属结晶在恒温下进行，结晶 冷却曲 线出现 水平线段
e — 弹性极限点
塑性变形阶段 (屈服)（曲线）:sb
S — 屈服点
颈缩阶段(断裂) （曲线） : bk
b — 极限载荷点 K — 断裂点

式中：V为新相体积；S为新、旧相的界面积；△GV和△Ge分别 表示形成单位体积新相时自由能和应变能；σ表示新、旧相界单位面 积的界面能。（液态形核只有前两项）
脱溶过程（以及其他固态相变）中，相变的阻力除了界 面能外，还包括弹性应变能。界面能和应变能的大小，不 但影响新相的形核方式，而且影响新相的形状。
本篇主要介绍目前工程中广泛应用的铝、镁、钛、铜 及其合金和相关材料，了解这些材料的典型性能特点，合 金化及热处理以及材料一般用途等。
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第八章 铝 合 金
第一节 铝合金中的合金元素 第二节 变形铝合金 第三节 铸造铝合金
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6
第一节 铝合金中的合金元素
概述
1、产量占有色金属首位；成本低廉（地壳含量8.2%）； 2、密度低（ 2.63～2.85g/cm3 ），比强度高； 3、导电，导热性好（纯铝的导电性仅次于Ag、Cu、Au
3）淬火后合金性能的变化 对铝合金及大多数有色金属合金而言：经过淬火，不
同合金的性能变化也大不相同。可能有四种情况：①σ↑， δ或ψ↓；②σ↓，δ或ψ↑；③σ↑，δ或ψ↑；④σ，δ或ψ基本无 变化。
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通常，变形铝合金在保持高塑性的情况下强度提高， 其塑性可能与退火状态相差无几。铸造铝合金淬火后强度 和塑性通常都有所提高。
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铝合金的为改善铝的机械性能，研究发现向铝中加入适量的某 些合金元素，并进行冷变形加工或热处理，可大大提高其 机械性能，其强度甚至可以达到钢的强度指标。
目前铝中主要可能加入的合金元素有Cu、Mg、Si、 Mn、Zn和Li等，它们可单独加入，也可配合加入。由此 得到多种不同工程应用的铝合金。除上述主加元素外，许