金属材料第六章优秀课件
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第六章金属材料塑性变形(1)
第六章金属材料塑性变形(1)
第2节 多晶体金属的塑性变形
一、多晶体的塑性变形特点
1.不均匀的塑性变形过程
在多晶体金属中，由于每个晶粒的晶格位向都不同，
其滑移面和滑移方向的分布便不同，故在在同一外力
作用下，每个晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受的
分切应力便不同。施密特因子较大(接近1/2)，分切
应力较大的必将首先发生滑移变形，通常称这种位向
第6章 金属材料的塑性变形
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形
一、滑移变形的概念 二、滑移与切应力 三、滑移与位错的运动
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形 一、滑，晶体的一部分沿着一定的晶面(滑移面)的一定
滑移方向上的分切应力为：
称为施密特定律，τc是一常数，但 材料的屈服强度σs则随拉力轴相对 于晶体的取向不同而不同，即晶体
材料存在各向异性。
第六章金属材料塑性变形(1)
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形 三、滑移与位错的运动
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形 三、滑移与位错的运动
的晶粒为处于“软位向”；而滑移面或滑移方向处于
或接近于与外力相平行或垂直，即施密特因子较小
(接近0)的晶粒则处于“硬位向”，它们所受的分切
应力将较小，较难发生滑移。由此可见，由于多晶体
金属中每个晶粒所取的位向不同，金属的塑性变形将
会在不同晶粒中逐批发生，是个不均匀的塑性变形过
程。
第六章金属材料塑性变形(1)
方向(滑移方向)相对于晶体的另一部分发生的相对滑
动。
第六章金属材料塑性变形(1)
第2节 多晶体金属的塑性变形
一、多晶体的塑性变形特点
1.不均匀的塑性变形过程
在多晶体金属中，由于每个晶粒的晶格位向都不同，
其滑移面和滑移方向的分布便不同，故在在同一外力
作用下，每个晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受的
分切应力便不同。施密特因子较大(接近1/2)，分切
应力较大的必将首先发生滑移变形，通常称这种位向
第6章 金属材料的塑性变形
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形
一、滑移变形的概念 二、滑移与切应力 三、滑移与位错的运动
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形 一、滑，晶体的一部分沿着一定的晶面(滑移面)的一定
滑移方向上的分切应力为：
称为施密特定律，τc是一常数，但 材料的屈服强度σs则随拉力轴相对 于晶体的取向不同而不同，即晶体
材料存在各向异性。
第六章金属材料塑性变形(1)
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形 三、滑移与位错的运动
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形 三、滑移与位错的运动
的晶粒为处于“软位向”；而滑移面或滑移方向处于
或接近于与外力相平行或垂直，即施密特因子较小
(接近0)的晶粒则处于“硬位向”，它们所受的分切
应力将较小，较难发生滑移。由此可见，由于多晶体
金属中每个晶粒所取的位向不同，金属的塑性变形将
会在不同晶粒中逐批发生，是个不均匀的塑性变形过
程。
第六章金属材料塑性变形(1)
方向(滑移方向)相对于晶体的另一部分发生的相对滑
动。
第六章金属材料塑性变形(1)
浙教版科学《金属材料》ppt精品课件6
资料显示，经专业化回收处置，1吨废弃电脑中，可回收黄金0.
制造飞机的材料中，大资量源使用丰铝合富金，为无什毒么不轻使用便纯铝耐呢？磨耐腐蚀 美观、易加工
阅读课本P38合金的内容，思考
钢 不锈钢 B.
课题1 金属材料
钛和钛合金是21世纪的重要金属材料，它们具有优良 的性能，如熔点高，密度小，可塑性好，机械性能好， 抗腐蚀能力强，钛合金与人体很好的“相容性”。根
钢 不锈钢 B.
② 大量开发和使用代用品，如塑料； 随着我国金属用量的不断增加，再生利用废旧金属对于缓解资源短缺具有重要作用，意义深远。
1、制作电线的金属材料一般是
()
C、合金的强度、硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能等也更好。
③ 防止金属锈蚀； 这些比金还要“坚硬”的18K金里，只有75%是金，而其余25%则是银和铜。
课题1 金属材料
金属之最
• 地壳中含量最多的金属元素—— 铝 • 人体中含量最高的金属元素── 钙 • 目前世界年产量最高的金属── 铁 • 导电、导热性最好的金属── 银 • 硬度最高的金属── 铬 • 熔点最高的金属── 钨 • 熔点最低的金属── 汞
课题1 金属材料
练一练
• 1、金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的 应用。 下列性质属于金属共性的是：( B ) A、硬度很大 B、有良好的导电、导热性 C、银白色金属 D、熔点很高
课题1 金属材料
• 金十分柔软。而一些价钱比金便宜的K 金，为什么比金还要“坚硬”呢？
K金是金(Au)混合其他金属而成的合金。加入了其他 金属后，金便改变了本来的结构，以至不容易扭曲。
你知道18K金是什么意思吗？
金的纯度可以用百分比来表示；譬如九九金表 示金的纯度达99.9%。另一种表示纯度的方法：纯 金24K。这些比金还要“坚硬”的18K金里，只有 75%是金，而其余25%则是银和铜。
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学完本课题你应该知道
1.金属具有很多共同的物理性质。例如：常温下它们都 是固体（汞除外），有金属光泽，大多数为电和热的优 良导体，有延展性，密度较大，熔点较高。 2.物质的性质，在很大程度上决定了物质的用途，但这 不是唯一的决定因素。在考虑物质的用途时，还需要考 虑价格、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是 否易于回收和对环境的影响等多种因素。 3.金属材料包括铁、铝、铜等纯金属和合金。 在金属中 加热熔合某些金属或非金属而制得的合金，其性能会发 生改变。合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更 高，抗腐蚀性能等也更好，因此，合金具有更广泛的用 途。
如何改善菜的色、香、味以 及营养价值？ 宝石为什么会如此绚丽多彩？ “钢铁”是同一种物质吗？
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请根据下表分析，什么是合金？ 《金属材料》PPT优质课件人教版6
纯铁 生铁
含碳量
2%~4.3%
含其他元素
Si、Mn
性 能 质软 比纯铁硬
铁合金
钢
0.03%~2% Mn；Cr、Ni；W；Si 锰钢韧性好，硬度大；
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分组汇报你们所搜集到的合金 及其主要成分、性能和用途
合金
主要成分
性能
用途
请将你所搜集的资料课后以小报形式展示
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21世纪的重要金属材料——Ti和钛合金
熔点高 密度小 可塑性好 易于加工 机械性能好 抗腐蚀性能非常好
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学完本课题你应该知道
1.金属具有很多共同的物理性质。例如：常温下它们都 是固体（汞除外），有金属光泽，大多数为电和热的优 良导体，有延展性，密度较大，熔点较高。 2.物质的性质，在很大程度上决定了物质的用途，但这 不是唯一的决定因素。在考虑物质的用途时，还需要考 虑价格、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是 否易于回收和对环境的影响等多种因素。 3.金属材料包括铁、铝、铜等纯金属和合金。 在金属中 加热熔合某些金属或非金属而制得的合金，其性能会发 生改变。合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更 高，抗腐蚀性能等也更好，因此，合金具有更广泛的用 途。
如何改善菜的色、香、味以 及营养价值？ 宝石为什么会如此绚丽多彩？ “钢铁”是同一种物质吗？
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请根据下表分析，什么是合金？ 《金属材料》PPT优质课件人教版6
纯铁 生铁
含碳量
2%~4.3%
含其他元素
Si、Mn
性 能 质软 比纯铁硬
铁合金
钢
0.03%~2% Mn；Cr、Ni；W；Si 锰钢韧性好，硬度大；
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分组汇报你们所搜集到的合金 及其主要成分、性能和用途
合金
主要成分
性能
用途
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21世纪的重要金属材料——Ti和钛合金
熔点高 密度小 可塑性好 易于加工 机械性能好 抗腐蚀性能非常好
《金属材料与热处理》第六章至第七章
第六章 铸铁（P108）
第一节 铸铁的组织与分类
三、铸铁的分类： 铸铁的分类： 2、按石墨形态不同分： 、按石墨形态不同分： （1）普通灰铸铁：石墨呈曲片状 ）普通灰铸铁： （2）可锻铸铁：石墨呈团絮状 ）可锻铸铁： （3）球墨铸铁：石墨呈球状 ）球墨铸铁： （4）蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状 ）蠕墨铸铁：
＜0.1%
2、性能：强度和塑性超过灰铸铁和可锻铸铁，接近铸钢，而 、性能：强度和塑性超过灰铸铁和可锻铸铁，接近铸钢， 铸造性能和切削性能比铸钢要好。 铸造性能和切削性能比铸钢要好。 3、牌号及用途： 、牌号及用途： 球铁”二字的汉语拼音字母字头“ 由“球铁”二字的汉语拼音字母字头“QT”，后面的一组表 ， 示最小抗拉强度和断后伸长率数值的数字组成。 示最小抗拉强度和断后伸长率数值的数字组成。 用途见P114 表6-3 用途见
第六章 铸铁（P108）
第二节 常用铸铁简介
一、灰铸铁： 灰铸铁： 1、成分与组织：2.77-3.6%C、1.0-2.2%Si、S＜0.15%、P＜0.3% 、成分与组织： 、 、 ＜ 、 ＜ 2、性能和孕育处理（变质处理）：就是在浇注前往铁水中投 ）：就是在浇注前往铁水中投 、性能和孕育处理（变质处理）： 入少量硅铁、硅钙合金等作为孕育剂， 入少量硅铁、硅钙合金等作为孕育剂，使 铁水内产生大量 均匀分布的晶核，使石墨片及基体组织得到细化。 均匀分布的晶核，使石墨片及基体组织得到细化。 3、牌号及用途： 、牌号及用途： 灰铁”二字的汉语拼音字母字头“ 由“灰铁”二字的汉语拼音字母字头“HT”及后面的一组表 及后面的一组表 示最小抗拉强度数值的数字组成。 示最小抗拉强度数值的数字组成。 用途见P111 表6-1 用途见
第六章 铸铁（P108）
第二节 常用铸铁简介
《金属材料》金属和金属材料6PPT课件 图文
K金
K金的“K”是外来语“Karat” 一词的缩写， 完整的表示法是这样的:Karat gold（即K黄金）， 1 K金的计量方法是：纯金为24 K（即100％含金 量），1 K的含金量约是4.166％。按照国际标准， K金分为 24 种，即从1 K到24 K。
铂金
1.铂金（英文Platinum缩写Pt）稀有，是因为铂金的储 量远远低于黄金。 2.铂金纯净，是因为铂金首饰通常含有 90% 的纯铂金。 而且铂金的白色光泽自然天成，长期佩戴也不会褪色。 3.铂金坚硬，是因为铂金的密度高，强度几乎是黄金的 2倍。 4.铂金的延展性也好，一克铂金可以拉出 2 公里长的细 丝。
一、几种重要的金属
东汉晚期的青铜奔马(马踏 飞燕)，现已成为我国的旅 游标志。
河北沧州铁狮子，铸造于 953 年， 距今已有1 000 余年的历史。
【交流讨论】
1.你所知道的金属或金属制品还有哪些？ 2.它们各自是用什么材料制成的？ 3.金属材料分哪几类？ 4.目前世界上应用广泛的金属材料有哪些？ 归纳总结： 金属材料包括纯金属以及它们的合金。 应用广泛的金属有：铜、铁、铝等。
熔点最高的金属── 钨 延性最好的金属── 铂 密度最大的金属── 锇 硬度最大的金属── 铬
熔点最低的金属── 汞 展性最好的金属── 金 密度最小的金属── 锂 硬度最小的金属── 铯
【思考与讨论】
1.为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？ 2.银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不 用银制？ 3.为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用 锡制的话，可能会出现什么情况？ 4.为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金 会怎样？
铁合金 钢： 含碳量为0.03% ～ 2%
生铁的用途:生铁硬度大，抗压，性脆，可以铸造成型，
科粤版版化学九年级下册第六章 金 属 课件(共40张PPT)
知识点 几种金属矿物
铁矿石可以根据其颜色、光泽、密度、磁性、条痕等性质加 以区分,如赤铁矿为红褐色;磁铁矿为黑色,有磁性,能导电。
知识ห้องสมุดไป่ตู้ 钢铁是怎样炼成的
一氧化碳还原氧化铁实验的注意事项: ①反应条件:高温,若无酒精喷灯可在酒精灯火焰上加一个金属网罩。 ②CO有剧毒,实验应在通风橱中进行,未反应完的气体要进行尾气处理;尾 气处理方法有收集法、燃烧法(将CO转变为无毒的CO2)以防止污染空气。 ③操作顺序:CO要“早出晚归”,酒精喷灯要“迟到早退”。即实验开始先 通入CO,排尽装置内的空气,防止CO 与空气混合,导致加热时发生爆炸;实验 完毕后要继续通入 CO气体,直到玻璃管冷却,防止高温下的铁与空气接触 被氧化。
第六章 金属
6.2 金属的化学性质
知识点 变化多样的化学性质
铝制品具有很好的抗腐蚀性,是因为铝与空气中的氧气反应表 面生成一种致密的氧化铝薄膜,对铝起防护作用。因此,家用的 铝锅、铝盆具有很好的抗腐蚀性,但长时间使用,其表面会变暗, 这是铝与空气中的氧气反应,生成氧化铝的缘故。
知识点 变化多样的化学性质
知识点 钢铁是怎样炼成的
检验一氧化碳还原氧化铁生成物的方法: (1)取适量反应后的黑色粉末,看是否能被磁铁完全吸引。 (2)取适量反应后的黑色粉末于试管中,加入足量的稀盐酸,若黑色粉末全部 溶解,产生气泡,溶液变为浅绿色,则黑色粉末为铁。
知识点 钢铁是怎样炼成的
很多金属(如铜、锌、锡、铅等)的冶炼跟铁类似,都是在加热条件下将金
低,铁元素的化合价由0价变为+2价,化合价升高。
知识点 置换反应
刷易错
(1)有单质和化合物参加的反应不一定是置换反应,
如:CH4+2O2
《金属材料》优秀课件人教
Si
+14 2 8 4
C
+6 2 4
硅是构成岩石和许
碳是构成有机
多矿物的主要元素
物的主要元素
1、硅与碳的原子结构相似，最外层均有4个电子
2、硅与碳结构相似，因而性质相似
3、硅与碳既不易失去电子，也不易得到电子， 主要形成四价化合物．
（一）二氧化硅(SiO2)
地球上存在的天然二氧化硅统称为硅石。
硅石
硅 _____
构成了地壳中大部分的岩石、沙子 和土壤的主要成份是什么？
硅的氧化物及硅酸盐
硅的存在与分布的特点
（1）含量多 （2）化合态
达26.3% 硅的氧化物和硅酸盐
（3）分布广 岩石、沙子和土壤
自然界中有没有游离态的硅？
没有游离态，硅是一种亲氧元素，在自然界
中它总是与氧相互化合的(与碳不同)
由下列结构示意图你能得到什么结论？
坚硬难熔固体 高
大 不溶于水
无色气体 低
小 溶于水
与水反应
不反应
CO2+H2O==H2CO3
化 学
与碱反应
SiO2+2NaOH =Na2SiO3+Ｈ2O
CO2+2NaOH =Na2CO3+Ｈ2O
性 与碱性氧
高温
高温
质 化物反应 SiO2+Na2O==Na2SiO3 CO2+Na2O==Na2CO3
氧化性
石英钟 （3）水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、
高级工艺品和眼镜片 （4）玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品
（二）硅酸 ( H2SiO3 )
实验4-1 ：试管中加入2ｍL Na2SiO3饱和溶液，滴入1
材料科学基础课件第六章金属及合金的回复与再结晶
二、储存能及内应力的变化
1.储存能的变化
冷变形造成的偏离平衡位置 大、能量较高的原子，在加热 过程中向能量较低的平衡位置 迁移，使内应力得以松弛，储 存能随之逐渐释放出来。
2.残余内应力的变化
在回复阶段，第一类内应力 得到较为充分的消除，第二类 或第三类内应力部分得到消除。
1－纯金属；2－不纯金属；3－合金。
回复机制：
空位与间隙原子的合并
①空位迁移到金属的自由表面或 晶界处而消失；
②空位与间隙原子合并，空位与 间隙原子同时消失；
③空位与位错发生交互作用而消 失；
④空位聚集成空位片，然后崩塌 成位错环而消失。
位错环
空位聚集成空位片，然后崩塌成位错环
第六章 金属及合金的回复与再结晶－§6.2 回复
2.中温回复
2.再结晶阶段的变化
硬度和强度显著下降，塑性和韧性 显著提高，电阻率显著地降低。
再结晶阶段位错密度下降明显，点 缺陷继续减少，导致上述性能变化。
冷拉伸变形后的工业纯铜在加 热时性能的变化
第六章 金属及合金的回复与再结晶－§6.2 回复
第二节 回复（Recovery）
回复是冷变形金属在较低温度加热时，在光学显微组织发生改变前所产 生的某些亚结构和性能变化的过程。
冷变形金属在加热过程中能量的释放
在再结晶阶段，因冷变形造成的残余内应力得以完全消除。
第六章 金属及合金的回复与再结晶－§6.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化
三、性能的变化
1.回复阶段的变化
硬度和强度略有下降，塑性和韧性 略有提高，电阻率较显著地降低，应 力腐蚀倾向显著减小。
回复阶段位错密度减少有限，但点 缺陷数量明显降低，导致上述性能的 变化。
第六章材料科学基础
弹性模量： 原子间结合 力的反映和 度量。
§6.1.1 普弹性
图 弹性变形与塑性变形
普弹性：应力与应变间符合线性关系，即满足虎克定律；
加上或去除应力时应变都能瞬时达到平衡
弹性的实质是原子作用势 的不对称性。
可以用双原子模型来解释。
图 双原子模型
弹性变形的主要特点是： (1)可逆性 去掉外力，变
s k s cos cos
τk称为临界分切应力，与金属 的晶体结构、纯度、加工状 态、试验温度与加载速度有 关，而与外力的大小、方向 及作用方式无关。
图 镁单晶屈服应力与晶体取向的关系
k取决于金属的本性，不受，的影响； 或＝90时，s ；
k＝scoscos s的取值 ，＝45时，s最小，晶体易滑移；
形就消失。 (2)线性 应力和应变间满
足直线关系。 (3)弹性变形量小 一般说
来，金属材料和陶瓷材料 的弹性变形很小，高聚物 材料的弹性变形可以比较 大。
E G
G E
2(1 )
弹性模量是材料结合强度的标志之一。主要的影响因素有： （1）结构 弹性模量与原子序数呈周期性变化趋势。 （2）温度的影响 T升高，热振动加剧，晶格势能发生变
螺位错的双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面的过程。
9. 滑移的表面痕迹 单滑移：
单一方向的滑移带； 多滑移：
相互交叉的滑移带； 交滑移：
波纹状的滑移带。
滑移的位错机制
① 位错的运动是晶体的滑移 滑移是位错在切应力作用下沿着滑移面逐步移动形成的。
② 位错的增殖——弗兰克－瑞德位错源 ③ 位错的交割与塞积
图 工业纯铜中的滑移线
滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相 对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面） 和晶向（滑移方向）产生相对位移，且不 破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
§6.1.1 普弹性
图 弹性变形与塑性变形
普弹性：应力与应变间符合线性关系，即满足虎克定律；
加上或去除应力时应变都能瞬时达到平衡
弹性的实质是原子作用势 的不对称性。
可以用双原子模型来解释。
图 双原子模型
弹性变形的主要特点是： (1)可逆性 去掉外力，变
s k s cos cos
τk称为临界分切应力，与金属 的晶体结构、纯度、加工状 态、试验温度与加载速度有 关，而与外力的大小、方向 及作用方式无关。
图 镁单晶屈服应力与晶体取向的关系
k取决于金属的本性，不受，的影响； 或＝90时，s ；
k＝scoscos s的取值 ，＝45时，s最小，晶体易滑移；
形就消失。 (2)线性 应力和应变间满
足直线关系。 (3)弹性变形量小 一般说
来，金属材料和陶瓷材料 的弹性变形很小，高聚物 材料的弹性变形可以比较 大。
E G
G E
2(1 )
弹性模量是材料结合强度的标志之一。主要的影响因素有： （1）结构 弹性模量与原子序数呈周期性变化趋势。 （2）温度的影响 T升高，热振动加剧，晶格势能发生变
螺位错的双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面的过程。
9. 滑移的表面痕迹 单滑移：
单一方向的滑移带； 多滑移：
相互交叉的滑移带； 交滑移：
波纹状的滑移带。
滑移的位错机制
① 位错的运动是晶体的滑移 滑移是位错在切应力作用下沿着滑移面逐步移动形成的。
② 位错的增殖——弗兰克－瑞德位错源 ③ 位错的交割与塞积
图 工业纯铜中的滑移线
滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相 对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面） 和晶向（滑移方向）产生相对位移，且不 破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
第六章 金属材料性能与塑性变形
储能
？？？
减震
恒力碟簧支吊架
第二节 弹性变形
1.2.5 滞弹性
（1）突然加载OA，产生瞬时应 变Oa ,而后产生附加应变Ah （2）快速卸载Be，产生瞬时应 变He 而后产生附加应变eO
滞弹性
在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附 加弹性应变的现象。
产生原因：可能与金属中点缺陷的移动有关。 在仪表和精密机械中，选用重要传感元件的材料时，需要考虑滞弹性问题。
P 载 荷 (N)
b
e p Pp s
(MPa) k
Pk
0
lk b （低碳钢的拉伸力-伸长曲线）
l
lu
l伸长 0 (mm)
p
b
k
u
（低碳钢的应力-应变曲线）
k
(%)
低碳钢的应力-应变曲线 (M Pa) b k
a
a′
0a段 aa ′段 a ′b段
弹性变形 阶段 塑性变形 阶段
但是，通常拉开n分之一个原子间距就发生了塑性变形——塑性变 形机理取代弹性变形
第二节 弹性变形
1.2.2 胡克定律
(一) 简单应力状态的胡克定律 1．单向拉伸
y
y
2．剪切和扭转
x z y
E
y
E
（1-1）
G
E G 3．E、G的关系 2(1 )
断口特征
第一节 应力－应变曲线
1.1.1 脆性材料的拉伸性能
在拉伸时只产生弹性变形，不产生或产生微量的塑性变形 强度高、塑性差的材料：玻璃、陶瓷、高强钢、铸铁
材料完全脆性的－ 曲线
弹性变形阶段 应力-应变成正比
E G
？？？
减震
恒力碟簧支吊架
第二节 弹性变形
1.2.5 滞弹性
（1）突然加载OA，产生瞬时应 变Oa ,而后产生附加应变Ah （2）快速卸载Be，产生瞬时应 变He 而后产生附加应变eO
滞弹性
在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附 加弹性应变的现象。
产生原因：可能与金属中点缺陷的移动有关。 在仪表和精密机械中，选用重要传感元件的材料时，需要考虑滞弹性问题。
P 载 荷 (N)
b
e p Pp s
(MPa) k
Pk
0
lk b （低碳钢的拉伸力-伸长曲线）
l
lu
l伸长 0 (mm)
p
b
k
u
（低碳钢的应力-应变曲线）
k
(%)
低碳钢的应力-应变曲线 (M Pa) b k
a
a′
0a段 aa ′段 a ′b段
弹性变形 阶段 塑性变形 阶段
但是，通常拉开n分之一个原子间距就发生了塑性变形——塑性变 形机理取代弹性变形
第二节 弹性变形
1.2.2 胡克定律
(一) 简单应力状态的胡克定律 1．单向拉伸
y
y
2．剪切和扭转
x z y
E
y
E
（1-1）
G
E G 3．E、G的关系 2(1 )
断口特征
第一节 应力－应变曲线
1.1.1 脆性材料的拉伸性能
在拉伸时只产生弹性变形，不产生或产生微量的塑性变形 强度高、塑性差的材料：玻璃、陶瓷、高强钢、铸铁
材料完全脆性的－ 曲线
弹性变形阶段 应力-应变成正比
E G
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Ø 晶界沉淀强化：如在晶界上形成Cr23C6钉扎晶界的运动 Ø 减少晶界数量：晶粒度在2~4级比较好
第六章 耐热钢
第三节 热强钢
一、珠光体热强钢
在650 C以下有较好的热强性，而且工艺性能好，价格便宜 1. 低碳珠光体耐热钢（锅炉管子用钢）
加或减少的数值表示，单位为g/m2。 v 质量增加常用于冷却后氧化物仍然紧密附着在金属表面上的材
料，如高合金钢的氧化。 v 质量减少常用于碳钢、低合金钢或氧化物容易剥落的材料。 v 减小质量或增加质量的程度越小，钢的稳定性越高。
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
v提高钢热稳定性的合金化原理 Ø含碳量：在0.1~0.2%左右，碳过高会形成Cr23C6等碳化物， 妨碍钢表面氧化膜的连续性 Ø主加元素：Cr, Ni, Mn，目的是形成单相组织，提高基体电 极电位，形成钝化膜，其中Cr是最主要的提高钢抗氧化性的 元素 Ø辅加元素：Al, Si等，形成Al2O3, SiO2等钝化膜，但含量不能 太高，否则会增加钢的脆性
（3）Cr-Mn-N型，如Cr20Mn9Ni2Si2N v 特点：工艺性能好，抗氧化性好，承载能力均较好 v 使用温度8 金属的热强性
热强性：钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和 破坏的能力。
一、高温下金属材料的力学性能
热强性包括材料高温条件下的瞬时性能和长时性能。
ü 加入强碳化物形成元素：Cr, W, Mo, Nb, Ti等 ü 加入形成金属间化合物的元素：Al, Ni, Ti等 v 增加晶界滑动阻力
Ø 净化晶界：S, P等在晶界偏聚使晶界弱化，应尽量降低其含量 （如何降低？）加入B、稀土等元素，形成高熔点稳定化合物，作为晶核，
使易熔杂质从晶界转入晶内。
Ø 填补晶界上的空位：主要是加入B元素可填充晶界空位，阻碍 晶界原子扩散
瞬时性能：加热到一定温度，保温一定时间（使试样热透）后 的力学性能。如高温拉伸、高温冲击和高温硬度等。
长时性能：材料在高温及载荷共同长时间作用下所测得的性能。 常见的性能指标有蠕变极限、持久强度、应力松弛、高温 疲劳强度和冷热疲劳。
1. 蠕变 ：材料在一定应力作用下缓慢地产生塑性变形的现象
第六章 耐热钢
ü 选择奥氏体钢 ü 加入降低奥氏体层错能的元素：Cr, Mo等
第六章 耐热钢
第二节 金属的热强性 二、提高钢热强性的途径
（2）提高钢材的高温变形抗力 v 增加位错运动的阻力
Ø 固溶强化：加入熔点高、扩散激活能大的元素(Cr, W, Nb等) Ø 第二相强化：加入合金元素，形成高温下稳定的第二相粒子
2. 持久强度
v 在给定温度下，恰好使材料经过规定时间发生断裂的应力 值
第六章 耐热钢
第二节 金属的热强性
二、钢热强性的影响因素及其提高途径
1.影响耐热钢热强性的因素
v影响耐热钢的软化因素。随着温度的升高，钢的原子间结 合力降低，原子扩散系数增大，从而导致钢的组织由亚稳态 向稳定态过渡。
v形变断裂方式的变化。低温时 滑移方式；高温时 滑移、 扩散形变及晶界的滑动与迁移
金属材料第六章
第六章 耐热钢
引言
耐热钢概念：在高温下工作并具有一定强度和抗氧化、耐 腐蚀能力的钢种。
各种动力机械，如热电站中的锅炉和蒸汽轮机、航空和舰艇用的燃汽轮 机以及原子反应堆工程等结构中的结构件是在高温状态下工作。
要求钢在高温下应具有： v抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化性能； v在一定介质中耐腐蚀的能力以及足够的韧性； v具有良好的加工性能及焊接性； v按照不同用途具有合理的组织稳定性。
第六章 耐热钢
第二节 金属的热强性
2、钢热强性的提高途径
（1）阻碍基体软化过程
v 提高钢的回复和再结晶温度 Ø -Fe的再结晶温度为450~600 C， -Fe再结晶温度为800 C
v 阻碍原子的扩散 Ø 选择原子排列密集的结构 奥氏体钢 ü 912C时，-Fe的自扩散系数是-Fe的240倍 ü Ni在-Fe中的扩散系数比在-Fe中高1400倍 ü 527 C时，N在-Fe中的扩散系数比在-Fe中高1500倍 Ø 加入自扩散慢且又阻碍铁原子扩散的元素 Mo, W, Co等 Ø 阻碍刃位错的攀移（如何实现？）
第六章 耐热钢
引言
v 主要包括: Ø 热稳定性钢：高温下抗氧化、抗高温介质腐 蚀的钢种。炉底板、炉栅 失效形式为高温氧化，承载不大。 Ø 热强钢：高温下具有一定抗氧化性并具有足 够的强度而不产生大量变形和断裂的钢种。 高温螺栓、涡轮叶片
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
一、钢的热稳定性及其提高途径 v 钢的热稳定性是指钢在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀的能力。 v 钢的抗氧化性高低一般用单位时间、单位面积上氧化后质量增
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
二、主要钢种
2. 奥氏体型热稳定性钢 （1）在奥氏体不锈钢基础上加入Si, Al，如Cr18Ni25Si2等
v 特点：工艺性能好，抗氧化性好，热强性好，但太贵了 v 使用温度达到1100 C的炉用构件、渗碳箱等
（2）Fe-Al-Mn型（无铬镍抗氧化钢），如6Mn18Al5Si2Ti v 特点：便宜，但抗氧化能力较差 v 使用温度达到950 C的炉用构件
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
二、主要钢种 1. 铁素体型热稳定性钢
v 在铁素体不锈钢基础上加入Si, Al，进一步提高钢 的抗氧化性
v 钢种：Cr13Si3, Cr18Si2, Cr25Si2, Cr13SiAl等 v 特点：抗氧化性很好，但晶粒粗大，韧性低 v 用途：低于800~1000 C下工作的炉用构件
第二节 金属的热强性 一、高温下金属材料的力学性能 2. 蠕变 v 蠕变机制
（1）基体软化 （2）位错运动
（3）晶界滑动
（4）扩散形变
第六章 耐热钢
第二节 金属的热强性
一、高温下金属材料的力学性能
1. 蠕变
v 蠕变极限：高温及长期载荷作用下材料的塑性变形抗力指 标，有两种表示方法： Ø 一定温度下，使试样产生规定蠕变速率的应力值 Ø 一定温度下，在规定的时间t内使试样产生一定蠕变伸 长的应力值
第六章 耐热钢
第三节 热强钢
一、珠光体热强钢
在650 C以下有较好的热强性，而且工艺性能好，价格便宜 1. 低碳珠光体耐热钢（锅炉管子用钢）
加或减少的数值表示，单位为g/m2。 v 质量增加常用于冷却后氧化物仍然紧密附着在金属表面上的材
料，如高合金钢的氧化。 v 质量减少常用于碳钢、低合金钢或氧化物容易剥落的材料。 v 减小质量或增加质量的程度越小，钢的稳定性越高。
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
v提高钢热稳定性的合金化原理 Ø含碳量：在0.1~0.2%左右，碳过高会形成Cr23C6等碳化物， 妨碍钢表面氧化膜的连续性 Ø主加元素：Cr, Ni, Mn，目的是形成单相组织，提高基体电 极电位，形成钝化膜，其中Cr是最主要的提高钢抗氧化性的 元素 Ø辅加元素：Al, Si等，形成Al2O3, SiO2等钝化膜，但含量不能 太高，否则会增加钢的脆性
（3）Cr-Mn-N型，如Cr20Mn9Ni2Si2N v 特点：工艺性能好，抗氧化性好，承载能力均较好 v 使用温度8 金属的热强性
热强性：钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和 破坏的能力。
一、高温下金属材料的力学性能
热强性包括材料高温条件下的瞬时性能和长时性能。
ü 加入强碳化物形成元素：Cr, W, Mo, Nb, Ti等 ü 加入形成金属间化合物的元素：Al, Ni, Ti等 v 增加晶界滑动阻力
Ø 净化晶界：S, P等在晶界偏聚使晶界弱化，应尽量降低其含量 （如何降低？）加入B、稀土等元素，形成高熔点稳定化合物，作为晶核，
使易熔杂质从晶界转入晶内。
Ø 填补晶界上的空位：主要是加入B元素可填充晶界空位，阻碍 晶界原子扩散
瞬时性能：加热到一定温度，保温一定时间（使试样热透）后 的力学性能。如高温拉伸、高温冲击和高温硬度等。
长时性能：材料在高温及载荷共同长时间作用下所测得的性能。 常见的性能指标有蠕变极限、持久强度、应力松弛、高温 疲劳强度和冷热疲劳。
1. 蠕变 ：材料在一定应力作用下缓慢地产生塑性变形的现象
第六章 耐热钢
ü 选择奥氏体钢 ü 加入降低奥氏体层错能的元素：Cr, Mo等
第六章 耐热钢
第二节 金属的热强性 二、提高钢热强性的途径
（2）提高钢材的高温变形抗力 v 增加位错运动的阻力
Ø 固溶强化：加入熔点高、扩散激活能大的元素(Cr, W, Nb等) Ø 第二相强化：加入合金元素，形成高温下稳定的第二相粒子
2. 持久强度
v 在给定温度下，恰好使材料经过规定时间发生断裂的应力 值
第六章 耐热钢
第二节 金属的热强性
二、钢热强性的影响因素及其提高途径
1.影响耐热钢热强性的因素
v影响耐热钢的软化因素。随着温度的升高，钢的原子间结 合力降低，原子扩散系数增大，从而导致钢的组织由亚稳态 向稳定态过渡。
v形变断裂方式的变化。低温时 滑移方式；高温时 滑移、 扩散形变及晶界的滑动与迁移
金属材料第六章
第六章 耐热钢
引言
耐热钢概念：在高温下工作并具有一定强度和抗氧化、耐 腐蚀能力的钢种。
各种动力机械，如热电站中的锅炉和蒸汽轮机、航空和舰艇用的燃汽轮 机以及原子反应堆工程等结构中的结构件是在高温状态下工作。
要求钢在高温下应具有： v抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化性能； v在一定介质中耐腐蚀的能力以及足够的韧性； v具有良好的加工性能及焊接性； v按照不同用途具有合理的组织稳定性。
第六章 耐热钢
第二节 金属的热强性
2、钢热强性的提高途径
（1）阻碍基体软化过程
v 提高钢的回复和再结晶温度 Ø -Fe的再结晶温度为450~600 C， -Fe再结晶温度为800 C
v 阻碍原子的扩散 Ø 选择原子排列密集的结构 奥氏体钢 ü 912C时，-Fe的自扩散系数是-Fe的240倍 ü Ni在-Fe中的扩散系数比在-Fe中高1400倍 ü 527 C时，N在-Fe中的扩散系数比在-Fe中高1500倍 Ø 加入自扩散慢且又阻碍铁原子扩散的元素 Mo, W, Co等 Ø 阻碍刃位错的攀移（如何实现？）
第六章 耐热钢
引言
v 主要包括: Ø 热稳定性钢：高温下抗氧化、抗高温介质腐 蚀的钢种。炉底板、炉栅 失效形式为高温氧化，承载不大。 Ø 热强钢：高温下具有一定抗氧化性并具有足 够的强度而不产生大量变形和断裂的钢种。 高温螺栓、涡轮叶片
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
一、钢的热稳定性及其提高途径 v 钢的热稳定性是指钢在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀的能力。 v 钢的抗氧化性高低一般用单位时间、单位面积上氧化后质量增
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
二、主要钢种
2. 奥氏体型热稳定性钢 （1）在奥氏体不锈钢基础上加入Si, Al，如Cr18Ni25Si2等
v 特点：工艺性能好，抗氧化性好，热强性好，但太贵了 v 使用温度达到1100 C的炉用构件、渗碳箱等
（2）Fe-Al-Mn型（无铬镍抗氧化钢），如6Mn18Al5Si2Ti v 特点：便宜，但抗氧化能力较差 v 使用温度达到950 C的炉用构件
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
二、主要钢种 1. 铁素体型热稳定性钢
v 在铁素体不锈钢基础上加入Si, Al，进一步提高钢 的抗氧化性
v 钢种：Cr13Si3, Cr18Si2, Cr25Si2, Cr13SiAl等 v 特点：抗氧化性很好，但晶粒粗大，韧性低 v 用途：低于800~1000 C下工作的炉用构件
第二节 金属的热强性 一、高温下金属材料的力学性能 2. 蠕变 v 蠕变机制
（1）基体软化 （2）位错运动
（3）晶界滑动
（4）扩散形变
第六章 耐热钢
第二节 金属的热强性
一、高温下金属材料的力学性能
1. 蠕变
v 蠕变极限：高温及长期载荷作用下材料的塑性变形抗力指 标，有两种表示方法： Ø 一定温度下，使试样产生规定蠕变速率的应力值 Ø 一定温度下，在规定的时间t内使试样产生一定蠕变伸 长的应力值