材料学中常用分析方法第四讲 RBS 有关金属材料分析手段78页PPT

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一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
力学性能：金属材料受外部负荷时，从开始受力 直到材料破坏的全部过程中所呈现的力学特征，称为 力学性能。
它是衡量金属材料使用性能的重要指标。力学性 能主要包括强度、塑性、硬度和韧性等。
1、强度
金属材料的强度性能表示金属材料对变形和断裂的抗 力，它用单位截面上所受的力（称为应力）来表示。 常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度等。
钢材的名称、用途、冶炼和浇注方法等，则用汉语 拼音字母表示，如沸腾钢用“F”(沸)，锅炉钢用“g”( 锅)，容器用钢用“R”(容)，焊接用钢用“H”(焊)，高级 优质钢用“A”，特级优质碳素钢用“E”等。
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二、钢材和有色金属的分类、 编号及性能
(二)钢材的编号
1．碳素钢的编号
(1)碳素结构钢
一般结构钢和工程用热轧钢板、型钢均属此类。按 照GB700—88的规定，钢的牌号由代表屈服强度的字 母、屈服强度值、质量等级符号、脱氧方法符号等四 部分按顺序组成，如Q235—A．F，Q235—B等。
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一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
（1）屈服强度 钢材在拉伸过程中，当拉应力达到某一数
值而不再增大时，其变形却继续增加，这个拉 应力值称为屈服强度。 （2）抗拉强度
金属材料在破坏前所承受的最大拉应力。
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一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
2、塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形的能力。表示 金属材料塑性性能有伸长率、断面收缩率及冷弯角等。
二、钢材和有色金属的分类、 编号及性能
(二)钢材的编号
2．合金结构钢的编号
合金结构钢的钢号由三部分组成：数字+化学元素符号+数字。 前面的两位数字表示平均碳含量的万分之几，合金元素以汉字或 化学元素符号表示，合金元素后面的数字，表示合金元素的百分 含量。当元素的平均含量<1．5％时，则钢号中只标出元素符号 而不标注含量；其合金元素的平均含量≥1．5％、≥2．5％、≥3 ．5％……时，则在元素后面相应标出2、3、4、……如 “16Mn”钢，从钢号可知：其平均含碳量为0．16％，平均含锰 量为<1．5％。

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σ(F)
σb
b
σσs e
s e
k
(ΔL)
ε
图1－2 低碳钢拉伸曲线
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2. 塑性变形
（1）屈服强度 ➢ 屈服点：即试样在拉伸过程中力不再增加（保持恒
定）仍能继续伸长（变形）时的应力。在拉伸曲线 上s点对应的应力为屈服点。
σs=Fs/S0 式中 σs——屈服点（ MPa ）；
小
洛氏硬度的优点。
负 荷
显微维氏硬度计
维
氏
硬
度
计
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维氏硬度也可按对角 线的d值从表中查出，d 值为两对角线的算术平 均值。维氏硬度的结果 表示方法为：
硬度值+HV+试验载 荷／+载荷保持时间 （10~15秒不标注）。
例如，640HV30／20 表示在试验力30kgf作 用下保持载荷20秒测 定的维氏硬度值为640。
钢
➢ 材料的b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB
黄铜 球墨铸铁
对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB
HB
对于铸铁： b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
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2）洛氏硬度
Hale Waihona Puke ➢ 洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 ➢ 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的
1.拉伸试验
➢ 拉伸试验： 即静拉伸力对试样轴向拉伸, 测量力和相应的伸长,一般拉 至断裂以测定其力学性能的 试验。
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拉 伸 试 验 机
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随所受外力的增加，金属相继产生三 种行为 ：弹性 变形、 塑性变 形、断 裂

详细描述
冲击试验是通过在试样上施加冲击载荷，观察其断裂时的吸收能量和断裂口形貌来评估金属材料的冲击韧性。该方法对于评估金属材料在承受冲击载荷时的安全性和可靠性具有重要意义。
金属材料分析方法应用实例
总结词：钢铁材料的化学分析是确定其化学成分的有效手段。详细描述：通过化学分析，可以精确测定钢铁材料中的碳、硫、磷、硅、锰等元素含量，从而评估其机械性能和加工性能。总结词：钢铁材料的化学分析通常采用光谱分析法、质谱分析法和色谱分析法等。详细描述：光谱分析法利用光谱学的原理，通过测定材料对不同波长光的吸收和发射特性，确定其化学成分；质谱分析法利用质谱仪测定材料中元素的离子流强度，从而确定其含量；色谱分析法则利用不同物质在色谱柱上的吸附或溶解性能差异，分离和测定材料中的化合物。
利用物理原理和性质对金属材料进行分析的方法。
总结词
利用X射线在晶体中的衍射现象，分析金属材料的晶体结构和相组成。
X射线衍射法
通过电子显微镜观察金属材料的微观形貌、晶体结构和缺陷等。
电子显微镜法
通过测量金属材料在不同温度下的物理性质变化，研究其热稳定性和热物性参数。
热分析技术
对金属材料进行力学性能测试，评估其机械性能的方法。
详细描述
总结词
质谱分析法是一种通过测量物质粒子的质量来分析物质组成的方法。
详细描述
质谱分析法通过离子化样品中的粒子，然后测量这些粒子的质量，从而确定其组成。该方法具有高灵敏度、高分辨率和高准确性等优点，广泛应用于化学、生物、医学等领域。
物理分析法
VS
利用原子光谱的特性和变化规律，分析金属材料的元素组成和含量。
详细描述
滴定分析法基于化学反应的定量关系，通过滴定实验中加入的滴定剂与被测组分之间的化学反应，测定出被测组分的含量。该方法具有操作简便、准确度高、适用范围广等优点，是化学分析中常用的一种方法。

详细描述
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谢谢您的观看
通过高能机械球磨和长时间低温退火处理，制备具有纳米级晶粒和优异性能的金属材料。
金属材料的加工工艺
通过将熔融的金属倒入模具中，冷却凝固后获得所需形状和尺寸的金属零件。
铸造工艺
通过施加外力，使金属坯料变形，获得所需形状和尺寸的金属零件。
锻造工艺
通过熔融或压接金属零件，使它们连接在一起，形成完整的金属结构。
2023
金属材料课件ppt
目录
contents
金属材料概述金属材料的制备与加工常见金属材料及其性能特点金属材料的应用与前景金属材料的发展趋势与挑战案例分析与实践应用
金属材料概述
01
金属材料是指以金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
定义
金属材料包括纯金属、合金、金属间化合物、特种金属材料等。
功能金属材料是指具有特殊功能和用途的金属材料，如形状记忆合金、超导合金等，具有高灵敏度、高韧性等特点，广泛应用于医疗、能源等领域。
简介
功能金属材料包括形状记忆合金、超导合金、磁性合金等。
分类
功能金属材料的特殊功能和用途决定了其独特的性能特点，如形状记忆合金具有形状记忆效应，超导合金具有零电阻和强磁性等。
性能特点
功能金属材料及其性能特点
金属材料的应用与前景
04
航空航天领域的应用
航空航天领域是金属材料的重要应用领域，包括铝合金、钛合金、钢等金属材料。
钛合金在航空航天领域的应用也越来越广泛，如喷气发动机的叶片、火箭发动机等。
铝合金在航空航天领域应用广泛，如飞机机身、机翼、起落架等。
钢在航空航天领域的应用也十分重要，如飞机起落架、火箭壳体等。
案例三：不锈钢在建筑领域的应用

即用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以 相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后 卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的 一种压痕硬度试验。
金属材料的主要性能课件
布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力表示：
H(B HS B )0 W .102 2F
D (D D 2d2)
式中：F—试验力（N）； D—球体直径（mm）； d—压痕平均直径（mm）。
➢ 金属材料的力学性能：金属
材料在外力作用下表现出来
塑性
的特性，如弹性、塑性、强 弹性
刚度
度、硬度和韧性等。 ➢ 力学性能判据（指标）：用
来表征材料力学性能的各种 临界值或规定值，可通过试
强度
金属力 学性能
韧性
硬度
验测定。
金属材料的主要性能课件
１.弹性
弹性： 即物体在外力 作用下改变其形状 和尺寸，当外力卸 除后物体又回复到 原始形状和尺寸的 特性。
HRA(HRC)=100-h
HRB=130-h
h —— 残余压痕深度增量，用0.002mm为单位 表示。 100,130 ——相应标尺满量程值。
金属材料的主要性能课件
优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件
缺点：测量数值分散
应用：淬火钢，调质钢批量生产零件
当HRC为20-67时有效 例如：50HRC
伸长率
压缩率
塑性
断面收缩率
金属材料的主要性能课件
（1）伸长率
➢ 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 ×100%
式中
δ——伸长率（%）；
L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。

2、特点
不锈钢的主要特点是：(1)耐腐蚀性好；(2)经不同表面加工可
形成不同的光泽度和反射能力；(3)安装方便；(4)装饰效果好，
具有时代感。
PPT课件
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（二）普通不锈钢装饰制品及应用
建筑装饰用不锈钢制品包括薄钢板、管材、型材及各 种异型材。主要的是薄钢板，其中，厚度小于2mm的 薄钢板用得最多。
PPT课件29PPT课件 Nhomakorabea30
（4 ）不锈钢
（一）不锈钢的基本知识 1、定义
不锈钢是加铬元素为主并加其他元素的、具有优良不锈蚀牲 的合金钢，铬含量越高，钢的抗腐蚀性越好。通常铬含量为 12%以上，除铬外，不锈钢中还含有锰Mn、钛Ti、镍Ni、硅Si 等元素，这些元素都能影响不锈钢的强度、塑性、韧性和耐 蚀性。 不锈钢的耐腐蚀原理，是由于铬的性质比铁活泼，在不锈钢 中，铬首先与环境中的氧化合，生成一层与钢基材牢固结合 的致密氧化膜层，称作钝化膜，它能使合金钢得到保护，不 致锈蚀。
黑色金属又分为： (1)、碳素结构钢（非合金结构钢） (2)、低合金高强度结构钢 (3)、彩色钢板 (4)、不锈钢
PPT课件
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(1).碳素结构钢
碳素结构钢，英文名：carbon structural steel， 碳素钢的一种。含碳量约0.05%～0.70%，个 别可高达0.90%。可分为普通碳素结构钢和优 质碳素结构钢两类。用途很多，用量很大，主 要用于铁道、桥梁、各类建筑工程，制造承受 静载荷的各种金属构件及不重要不需要热处理 的机械零件和一般焊接件。
彩色涂层钢板的常用涂料是聚酯（PE）、其 次还有硅改性树脂（SMP）、高耐候聚酯 （HDP）、聚偏氟乙烯（PVDF）等，涂层结 构分二涂一烘和二涂二烘，涂层厚度一般在表 面20-25u，背面8-10u，建筑外用不应该低于 表面20u，背面10u。彩色涂层钢板通常引用 的标准是美国ASTM A527（镀锌）、ASTM AT92（镀铝锌），日本JIS G3302，欧洲 EN/0142，韩国KS DPP3T课5件 06，宝钢Q/BQB420。13

XJZ-1型金相显微镜的光学原理
(2) 照明系统 照明系统一般包括光源、照明器、光阑、滤色片等。
XJL-02型立式金相显微镜明场照明系统
a. 光源 光源应具有足够的发 光强度且要求发光均 匀，发热程度要低并 易于对亮度、位置进 行调节。色温希望高 和光谱连续性好。 光源一般有低压钨丝 灯、卤钨灯、氙灯、 超高压汞灯和碳弧灯 几种。光源的照明方 式有科勒照明和临界 照明之别。
4×型金相显微镜的机械结构 1—载物台 2—镜臂 3—物镜转换器4—微动座 5—粗动 调焦手轮 6—微动调焦手轮 7—照明装置 8—底座 9— 平台托架 10—碗头组 11—视场光阑 12—孔径光阑
(1) 光学系统 由灯泡发出的一束光
线，经过透镜组、反光镜 会聚于孔径光阑，随后经 过聚光镜，再将光线聚焦 在物镜后焦面，最后光线 投射到试样上。从试样磨 面反射回来的光线复经物 镜、辅助透镜、半反射镜 及棱镜造成一个放大倒立 的实像，由目镜再次放大 在明视距离处形成虚象。
材料分析技术(金相分析技术)
第一章 光学金相显微镜 的结构与使用
金相显微镜的构造与使用按 结构型式分为：台式、立式 、卧式。此外还有紫外、红 外、高温、低温、偏光、相 衬、干涉等各种特殊用途的 金相显微镜。
任何一种金相显微镜均 主要由光学系统、照明系统 、机械系统、附件装置(包括 摄影或其它装置)组成。
暗场照明
(3) 光阑 光阑分为孔径光阑和视场光阑。 孔径光阑。孔径光阑的调节可以改变成象光束的大小和 控制进入光学系统的光通亮。 缩小孔径光阑，孔径角变小，这时光束只通过物镜 的中心部分，利于消除物镜的单色象差，图象清晰，能 提高景深，提高相的衬度。 但孔径角小，会降低物镜的分辨能力。适当的增大孔 径光阑，会增大亮度和提高鉴别能力。 为了充分发挥物镜的分辨能力，又能兼顾景深，获得

《金属材料》PPT课件
《金属材料》是一门关于金属材料基本概念、性质和应用的课程。本课件将 为您介绍金属材料的重要性和用途，以及其在工业生产中的作用。
第一部分：引言
本部分将简要介绍课程内容，目第二部分：金属材料的结构与性质
金属的原子结构
了解金属的原子结构对理解金属材料的性质至 关重要。
金属材料的物理性质
探索金属材料的热导性、导电性和磁性等物理 性质。
晶体结构与晶体缺陷
晶体结构和晶体缺陷直接影响金属材料的力学 和物理性质。
金属材料的力学性质
了解金属材料的强度、韧性和塑性等力学性质。
第三部分：金属材料的加工和制备
金属材料的加工方式
介绍金属材料的各种加工方式， 如锻造、铸造和冲压。
热处理技术
金属材料在工业生产中的 应用案例
通过实际案例，了解金属材料在 工业生产中的重要作用。
第五部分：金属材料的发展趋势
1
金属材料的发展历程
回顾金属材料的历史发展，从古代冶金
金属材料未来的发展方向
2
到现代工艺。
展望金属材料未来的发展趋势，如轻质
化和高强度化。
3
金属材料的新材料与新技术
介绍金属材料领域新兴的材料和技术， 如纳米材料和3D打印。
讨论金属材料的热处理方法， 如退火、淬火和回火。
金属材料的制备技术
探索金属材料的制备技术，如 合金化和粉末冶金。
第四部分：金属材料的应用
金属材料的应用范围
金属材料的特点与优缺点
了解金属材料在制造业、建筑业 和航空航天业等领域的广泛应用。
探索金属材料的优点，如强度和 导电性，以及其缺点，如腐蚀和 重量。
总结
在本课程中，我们详细了解了金属材料的基本概念、性质和应用，以及它们 在工业生产中的重要作用。希望本次课程能够给大家带来新的启发和对金属 材料的深入认识。

3、56克铁锌合金产生多少氢气的问题
课题3 金属资源的利用和保护
知识点1 金属矿物；铁的冶炼 1.例：有磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、黄 铁矿（主要成分是FeS2）、赤铁矿（主要成 分是Fe2O3），请从多角度分析三种矿石中 哪种不适合炼铁？原因是什么？
银白色铝露置于空气中，表面会逐渐变暗， 生成一层致密的薄膜—氧化铝；氧化铝薄膜 可以阻止内部的铝进一步氧化，从而对铝制 品起保护作用。因此，铝制品具有很好的抗 腐蚀性。2Mg+O2 = 2MgO
4Al+3O2 = 2Al2O3
2.铁与氧气的反应
（1）常温下在干燥的空气中，铁很难与氧气 发生反应。 （2）常温下在潮湿的空气中，铁与空气中的 氧气和水共同作用会生成暗红色疏松的物 质——铁锈（主要成分是三氧化二铁） （3）铁丝在氧气中燃烧时 现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热， 生成一种黑色固体。 3Fe+2O2 点燃 Fe3O4
几个问题
1、把锌放入硝酸铜 硝酸银的混合溶液 中，充分反应后向固体加硫酸看是否 有气泡的问题。
2、把铁 铜的混合物放入硝酸银溶液中 的问题。
3、设计方案验证金属的活动性顺序。
4、金属和盐溶液反应后，金属质量变 化的问题。
总结： 1、金属距离越远越先反应。 2、 先排顺序
一般不用中间产物（有时用酸）
（3）其他几种合金的成分、性能和用途
合金 主要成分
主要性能
主要用途
黄铜 铜、锌 焊锡 锡、铅
强度大、可塑性强、 机器零件、仪表、
易加工、耐腐蚀
日用品
熔点低
焊接金属
硬铝 铝、铜、 强度和硬度大、密度 火箭、飞机、轮
镁、硅 小 、耐腐蚀
船等制造业

思考与讨论 1.现代建筑物的门窗广泛使用铝合金，你能说 说为什么不用纯铁或纯铝吗？
纯铁制品容易生锈，质量较大，使用不便。 纯铝制品硬度较小，抗压性较弱。
2.你觉得合金的性质与纯金属相比有哪些改变 呢？哪一类应用更广泛？
①合金的导电性比各成分金属导电性都弱。 ②合金的熔点比各成分金属熔点都低。 ③合金强度或硬度比各成分金属都高。
……
2.金属的性质与用途的关系
1.根据金属的物理性质，我们可以推测出它 的用途。 有金属光泽—可以用来做装饰品。 熔点高，不易熔化—__可__以__用__来_灯__丝__。 比较硬— ___可__以__用_来__做__钻__头_____ _。 有延展性—_可__以__用__来__做__金__属_箔__片____。 有导电性—_可__以__用__来__做__电__线_______。 有导热性—_可__以__用__来__做__炊__具_______。
注意点：
（1）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。
（2）金属在常温下，除汞是液态外，一般都是固 态。非金属在常温，除溴是液态外，一般都是气态 或固态 。
思考与讨论 现有一种单质，要分辨它是金属还是非金属， 你可以用到哪些方法？
答：1.放在光照下，根据颜色光泽可分辨 2.手拿单质在火边烤，根据导热性可分辨 3.用硬物重击单质，可根据可锻性来分辨 4.用力拉单质，可根据延展性来分辨 5.做导电性实验，可根据导电性来分辨
2．我们可以设计一些实验方案，或通过调查来 分析金属的物理性质，证实它们有哪些用途。
举例分析常见的金属有哪些物理性质，以及 分别有什么用途，析结果填入表2-1中。
表2-1 记录表
金属名称 铜

根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
钢类 普通质量钢
碳素钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
合金钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
优 质 钢 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.035
高级优质钢 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.025 特级优质钢 ≤0.025 ≤0.020 ≤0.025 ≤0.015
3、热处理适用范围: 只适用于固态下发生 相变的材料，不发生 固态相变的材料不能 用热处理强化。
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4、热处理分类
依加热、冷却方式等不同，将热处理工艺分类如下：
普通热处理
退火 正火 淬火 回火
热处 理
表面淬火—感应加热、火焰加热 、电接
表面热处理
触加热等。
化学热处理—渗碳、氮化、碳氮共渗、
铸铁具有许多优良的性能及 生产简便、成本低廉等优 点，因而是应用最广泛的 材料之一。
铸 铁 分 为 :灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
第37页/共44页
（1）灰铸铁
➢ 石墨以片状形态存在的铸铁称 为灰铸铁。由于片状石墨存在， 其石墨尖端的应力集中现象， 使灰铸铁的抗拉强度及塑性低。 灰铸铁的牌号为HT后加三位数 字。三位数字表示最低的抗拉 强度（MPa）。例如HT200、 HT250和HT300等共六种。
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3、按冶炼方法分类：
平炉炼钢
按炉别分 按脱氧程度分
平炉钢
转炉炼钢
转炉钢 电炉钢
沸腾钢：脱氧不充分，浇注时C与O反应
发生沸腾。这种钢成材率高，但不致密.
镇静钢:脱氧充分，组织致密，成材率低.
半镇静钢：介于前两者之间。

主要40Cr、40MnB等。合金元素总量<2.5％，淬透性低，综合力学性 能及工艺性能好，可用于制造中小截面零件。如汽车、拖拉机轴、连 杆、齿轮。
（3） 在一定温度下，在规定时间内材料断裂所能承受的最大应力—持久强度
（4） 持久塑性 （5）抗松弛性
3.工艺性能
铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能。
4.物理性能： 是金属的固有属性。
主要有：密度、熔点、导热性、导P电PT性课、件热膨胀性、磁性等
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材 使用性能 料 的 性 能 工艺性能
力学性能
编号： 铸造碳钢：ZG 平均含碳量的万分数 工程用铸钢：ZG ——
屈服强度 抗拉强度
ZG25（ ZG 230-450）
（Mpa）
性能:一定强度、良好塑、韧性、焊接性、铸造性
用途：400-450ºC以下铸件，用于隔板、蒸汽
室、喷嘴室、轴PP承T课件盖
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铸铁 分类及其应用
PPT课件
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氮使钢的塑性、韧性降低而脆性增大
氧使钢的强度和塑性降低，增加钢的热脆性
锰硅—有益元素 硫磷氢氧氮—有害元素
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碳钢的编号、性质和用途
1、碳素结构钢
编号：Q—质量等级•脱氧程度
Q 235—A • F
用途：金属构件、型钢、垫片、铆钉、普通
小零件
2、优质碳素结构钢
编号：——平均含碳量的万分数
P 0.035% 高级优质碳素结构钢：S 0.02%
P 0.03%
4、按脱氧程度分：沸腾钢（F） 镇静钢（Z） 半镇静钢（b）
PPT课件
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碳钢的分类
按冶炼方法分类
可分为平炉钢、转炉钢、电炉钢、特殊 冶炼炉钢等。