金属培训教材金相

同时，其他非铁金属也陆续实现工业化生产。
19世纪末，出现了新型的合金钢如高速工具钢、 高锰钢、镍钢和铬不锈钢，并在20世纪发展为门 类众多的合金钢体系。 铝合金、镁合金、铜合金、钛合金和难熔金属 及合金等也先后形成工业规模生产。

20世纪中叶，新金属材料研究发展迅猛。如非晶 态合金、金属基复合材料、金属间化合物结构材 料、金属纳米材料等。


其中质量等级最高的是D级，达到了碳素结构钢的 优质级，A、B、C三个等级均属于普通级范围。
脱氧方法符号在镇静钢和特殊镇静钢的牌号中
可省略。 •Q195、Q275不分质量等级，Q215、Q235、 Q255，当质量等级为“A”、“B”时，在保证力 学性能的要求下，化学成分可根据需方要求作 适当调整。
东汉时：反复锻打钢→最原始形变热处理工艺。 淬火技术:“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”
→现代的水淬、油淬。
我国冶铁技术在春秋末期有很大的突破，发明了 生铁经退火制造韧性铸铁和以生铁制钢的技术。 现代冶金技术的发展自19世纪中叶的转炉炼钢和 平炉炼钢开始。 19世纪末的电弧炉炼钢和20世纪中叶的氧气顶吹 转炉炼钢及炉外精炼技术，使钢铁工业实现了现 代化。
•3．按钢的用途分类:
碳素结构钢： 主要用于各种工程构件，如桥梁、船
舶、建筑构件等。也可用于不太重要 的机件。 主要用于制造各种机器零件，如轴、 齿轮、弹簧、连杆等。
优质碳素结 构钢：
碳素工具钢： 主要用于制造各种工具，如刃具、模
具、量具等。
一般工程用 主要用于制造形状复杂且需一定强度、 铸造碳素钢： 塑性和韧性零件。
上图：吴王夫差矛和越王勾践剑 右上：青铜鼎 右下：商代青铜纵目人面像
上图 沧州铁狮子 铸于953年，重40余吨。 右图 当阳铁塔 铸于1061年，八棱13层， 塔体分段铸造
擂鼓礅二号墓编钟复制件 1981 年湖北擂鼓墩二号墓出土战国编钟一套，音律准确，音 色优美。其件数和规模仅次于曾侯乙编钟，总音域达5个8度以上， 可自己转调，奏出五声、六声、七声音阶构成的各种乐曲。须五人 合作演出，众声齐发，交响叠鸣。无愧为古代音乐之绝响。
轻金属(铝,镁,钛)
有色 金属
贵重金属(金,银,铜) 重金属(铜,锌,铅,镍)
稀有金属(钨钼钒铌钴) 放射金属(镭铀钍)
三、金属结构材料的应用情况
•1.总产量：钢铁材料占世界金属总产量的95％， 用量最大，且价格低廉。
2.
世界金属矿产储量：铁:5.1％，非铁金属中 铝:8.8％．镁:2.1％，钛:0.6％。 3.非铁金属冶炼较困难，所需能源消耗大，生产成 本高，限制了生产总量的增长幅度。
金属材料是现代文明的基础。
石器时代→青铜器时代→铁器时代
2.目前，人类还处在金属器时期。
比高分子材料更高的强度、模量、耐热性；
比陶瓷更高的韧性、可加工性、性能的可调节性、
导电性；
二、金属材料的分类
铸铁 金 属 材 料 工程构件用钢
黑色 金属
钢
机器零件用钢 工具钢 特殊性能用钢(不锈钢及耐热钢)
(3)若钢液脱氧不良，含有较多的FeO，还会 形成熔点更低（940℃）的（Fe+FeO+FeS）三 相共晶体，危害更大。 (4)铸钢件含S量高时会引起铸件在铸造应力作 用下发生热裂。 (5)S容易导致焊缝热裂，同时在焊接过程中， 生成SO2气体，以致焊缝中产生气孔和疏松。
(6)P也是在炼钢过程中不能除尽的元素。P可 固溶于α-Fe。但↓↓钢的韧性，特别是低温 韧性，称为冷脆。此外，P-Fe合金的结晶范 围很宽，因此P具有严重的偏析倾向。P可以 提高钢在大气中的抗腐蚀性能。 (7)S和P还可以改善钢的切削加工性能。
材料的发展使汽车和飞机等性能发生了突变
水陆两用汽车
轻型吊轨磁悬浮列车
MX-400空中汽车 美国莫勒潜心研究.被誉为“汽车演变 的里程碑”。飞机外形像一辆新颖别致的小汽车。空中飞 行依仗的是它有可转动的发动机及专门提供升力的风扇。 试用2年多来，它最高飞行时速超过了600多公里，比直升 机快2倍，可载4人，飞行最大高度9000米，航程1500公里。
（3）普通碳素结构钢的牌号表示方法
由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质 量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号 （F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。
• 标志符号Q来源于屈服点的汉语拼音字头Q； 屈服点数值共分195、215、235、255、275五个 强度等级；

等级符号：指这类钢所独用的质量等级符号，也 按S、P杂质多少来分，以A、B、C、D四个符号代 表四个等级，其中： A级wS≤0.05%, wP≤0.045%， B级wS≤0.045%, wP≤0.045%， C级wS≤0.04%, wP≤0.04%， D级wS≤0.035%, wP≤0.035%。
铁基固溶体 Me与钢中晶体缺陷的相互作用 钢铁中的碳化物和氮化物 钢中的金属间化合物 Fe-Fe3C相图及Me的影响
1.3 合金钢的分类、牌号
重点及基本要求:
• 1.了解碳钢中的常存元素及其影响，重点掌 握碳钢的分类与应用;

2.第二节是本章重点。要求全面掌握Me对钢 的组织及性能的影响规律。难点是Me对钢中 基本合金相结构的影响; 3.掌握合金钢的分类、牌号.
超易切削钢和超高易切削钢
高温合金与难熔合金 •硬质合金与金属陶瓷 有序金属间化合物 金属基复合材料
共晶合金定向凝固材料
2．非晶（亚稳态）材料日益受到重视
超细纳米颗粒金属材料 快速冷凝金属非晶及微晶材料


3．材料的设计及选用科学化 按照指定的性能对材料进行结构、成分的科学设计。
本课程的目的、内容及学习要求
•4．按钢冶炼时的脱氧程度分类: 沸腾钢： 脱氧不彻底的钢，代号为F。
镇静钢： 脱氧彻底的钢，代号为Z。 半镇静钢： 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之 间，代号为b。 特殊镇静钢： 进行特殊脱氧的钢，代号为TZ。
三、碳钢的用途
1-普通碳素结构钢 （1）C%在0.06~0.38%范围内，主要用于一般工 程结构和普通零件，它通常轧制成钢板、钢带、 钢管、盘条、型钢、棒钢或各种型材（圆钢、 方钢、工字钢、钢筋等），可供焊接、铆接、 栓接等结构件使用。应用量很大（钢总产量的 70%以上）。 • （2）供货状态：热轧后空冷。一般不需再进行 热处理而直接使用。
出氮化物，使低碳钢的强硬度↑，塑韧性↓的 现象。
N是使钢产生蓝脆现象的主要原因。蓝脆是指 钢在加热到150~300℃时产生的硬度↑，塑韧 性↓的现象，因为钢在空气中加热到150~300 ℃时，由于氧化作用，钢的表面呈现蓝色。 （有害），但截断钢材时可加以利用。 N可以与V、Ti、Nb等形成稳定的氮化物，有 细化晶粒和沉淀强化，N也可↑钢的耐热性能。 (有利)。
金属材料学
学 时：80学时 理论课：48学时 实验课：32学时
绪
主要内容:
论
• 一、金属材料的历史地位 二、金属材料的分类 三、金属结构材料的应用情况 四、金属材料发展的历史 五、金属材料的发展现状及趋势 六、关于本课程
一、金属材料的历史地位
1.材料是衡量人类社会文明程度的标志之一。

4.非铁金属所创造的价值高，且有钢铁所不具备 的特殊性能，比强度高，耐低温、耐腐蚀等，产 量仍在迅速增长。
钢铁仍将是21世纪中国结构材料的支柱
丰富的矿产资源
•生产能源消耗低
可大批量生产
•低廉的生产成本和销售价格 优元前4300年：自然的金、铜及锻打、热加工等工艺 公元前3800年：人工冶炼的铜器； 公元前3000年：我国出现锡青铜——甘肃东乡马家 窑文化的青铜刀（含6~10％Sn）。 公元前2800年：铁的熔炼 公元前2000年：青铜器兴盛，编钟与武器（商、周、 春秋战国）
二、碳钢的分类
1．按钢中碳含量分为: 低碳钢，WC≤0.25%;
中碳钢，0.25%＜WC≤0.6%;
高碳钢，WC＞0.6%。 2．按钢的质量（品质）分为: 普通碳素钢：wS≤0.05%，wP≤0.045%。 优质碳素钢：wS≤0.035%，wP≤0.035%。 高级优质碳素钢：wS≤0.02%，wP≤0.03%。 特级优质碳素钢：wS≤0.015%，wP≤0.025%。
机身材料的变迁:钢--铝合金--钛材料--各种复合材料
世界贸易大厦基本 上是用铝合金贴面的. 在 “ 9 . 11 ” 事 件 中 ， 该 双子大楼遭到袭击， 毁于一旦。但它作为 一个大量使用铝合金 贴面的的雄伟建筑将 永远载入史册。
五、金属材料的发展现状及趋势
1．继续重视高性能的新型金属材料 高强度及超高强度金属材料
一、碳钢中的常存杂质—N、H、O（3） N是在冶炼时由炉料及炉气进入钢中的。 含过饱和N的钢在室温长时间放置或稍微加热 时,N逐渐以氮化铁的形式从F中弥散析出.使低 碳钢的强度、硬度↑，塑韧性↓（时效硬化） （有害）。 N还会使低碳钢产生应变时效(不利) ；
应变时效——含过饱和N的钢经受冷变形后析

1.1 碳钢概论
一、碳钢中的常存杂质-Mn和Si（1）
Mn和Si是炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存 而进入钢中的。 (1) Mn<0.8%。主要固溶于铁中。产生固溶强 化作用，↑钢的强度和硬度。 (2)适量的Mn和S可形成高熔点(1600℃)MnS夹 杂物。MnS在高温下具有一定的塑性，不会使 钢发生热脆，在加工过程中MnS呈条状沿轧向 分布。
非铁金属冶金方面:
19世纪80年代发电机的发明，使电解法提纯铜的 工业方法得以实现，开创了电冶金新领域； 用熔盐电解法将氧化铝加入熔融冰晶石，电解得 到廉价的铝，使铝成为仅次于铁的第二大金属；

20世纪40年代，用镁作还原剂从四氯化钛制得纯 钛，并使真空熔炼加工等技术逐步成熟后，钛及 钛合金的广泛应用得以实现。
(3) Si<0.5%。碳钢中的Si一般均可溶入铁中。 产生固溶强化作用，↑钢的强度和硬度;也可 形成SiO2夹杂物。 (4)夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑性、 韧性↓。当钢中含有大量硫化物夹杂时，轧成 钢板后会造成分层。