第2章 金属材料基础知识
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
（1）固溶体——溶质原子溶入溶剂晶格而仍 然保持溶剂晶格类型的金属晶体，称为固 溶体。即固态下组元之间互相溶解，形成 均匀固相。
又分为：
置换固溶体： 间隙固溶体：
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
置换固溶体： 当溶质原子代替了部 分溶剂原子、占据溶剂晶 格的某些结点位置时，形 成的固溶体为——置换固 溶体。 如黄铜。
第2章
金属材料基础知识
§1 金属及合金的晶体结构及结晶 一、晶体的概念
自然界的物质可分为晶体和非晶体。
晶体——是指其原子按一定秩序有规律排列且有明显熔点 的物质，如金刚石、合金、金属。
非晶体——是指其原子不按一定秩序、非规则排列，且没 有明显熔点的物质，如松香、玻璃、沥青。
金属是晶体材料，其所以有较高的强度、塑性、硬度、 导 电、导热、各向异性等都与原子排列有关。
因此，促使和保持晶粒细化是金属冶炼和热加工过程中的一项重要任务。 其影响因素很多，但主要取决于晶核的数目。晶核越多，晶粒越细小。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
细化晶粒的途径：
（1）增加冷却速度。以增加晶核的数目。
（2）进行变质处理，增加外来晶核。 （3）压力加工、热处理，结晶附加振动。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
四、金属的同素异构转变
同素异构转变——金属在固态下，由 于温度变化（加热、冷却）而改变金属晶 格类型的过程，由于类似于结晶过程（有形 核与核长大过程）称为二次结晶，或重结晶。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
说明：
1.上述的同素异构转变对钢铁材料的热处理意义 很大，其中的 转变极为
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
二、常见金属晶格类型 2．面心立方晶格：其晶胞是一个立方体，原子 分布于立方体各结点和各面的中心处，如Al、 Cu、等。具有很高塑性。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
三、金属的结晶
——金属由液态变为固态的过程 为金属的结晶，就是原子从无规律到 有规律排列的过程。
1．金属结晶温度 （1）理论结晶温度To： 平衡时结晶温度。 （2）实际结晶温度Tn： 低于理论结晶温度的温度。 （3）过冷度： ΔT=To—Tn为过冷度。
§3 工业用钢
二、碳素钢（碳钢） 以Fe、C为主要元素的合金，常用含 碳量＜1.5%的范围，另外还含有硅(Si)、 锰(Mn)、硫(S)、磷(P)等杂质元素。 碳素钢中的含碳量对钢的组织、性能 影响很大。 如图所示。
§3 工业用钢
钢中杂质对性能也有一定影响： 硫S：有害元素，易产生热脆，使钢在热加工 时易于产生裂纹； 磷P：有害元素，易产生冷脆，使钢的塑性、 韧性下降，尤其在低温时脆性急剧增加； 硅Si：有益元素，可提高钢的强度和硬度； 锰Mn：同上。并可形成MnS，从而消除S的 有害影响。
五、合金的晶体结构 1．合金的概念： 合金——两种或两种以上金属元素或金 属元素与非金属元素熔合而成具有金属特 性的物质称为合金。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
组元：组成合金的最基本单元。 如：钢（Fe+C）、黄铜（Cn+Zn），稳 定的化合物也可视为组元。 相：凡化学成分和晶格结构相同，并与其他 部分有界面分开的均匀组成部分，称为相。
§3 工业用钢
在铁碳相图中，含碳量＜2.11%的铁碳合金 都称之为钢。
§3 工业用钢
一、钢的分类 1.按成分分类：碳素钢、合金钢； 2.按用途分类：结构钢、工具钢、特殊性能钢； 3.按质量分类：普通钢、优质钢、高级优质钢； 4.按脱氧程度分类：镇静钢、半镇静钢、沸腾 钢；……
常用的是按用途分类：
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
关于晶体的术语：
1. 晶格：把每个原子中心看成一个点，把这 些点用直线连接起来形成空间格架。
晶体结构
晶格
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
2. 晶胞：组成晶格最基本几何单元。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
二、常见金属晶格类型 1．体心立方晶格：其晶胞是一个立方体，原 子分布于立方体各结点和体的中心处，如 Cr、Mo、W 等金属。 其特点：强度和塑性好。
钢号
Q235-A.F
所属类 大致含碳 别 量/%
性能 特征
用途 举例
45
T10A
16Mn
本章结束。
（2）金属化合物：合金中各组元的原子， 按一定的整数比化合而成的，并具有 金属性质的物质。 它是单相组织，是合金中的强化相。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
（3）机械混合物： 组成合金各组元在固态下既不溶解，也不化合， 按一定比例机械混合而成的物质。 它可以是纯金属，固溶体也可以是化合物， 各自混合也可相互之间混合，各自保持自己的晶 格及性能，其性能是各组成相性能的算术平均值。
§3 工业用钢
碳素钢又分为： 1.普通碳素结构钢（以＜16mm厚时，最小 σs值来标注，含碳量＜ 0.25%）， Q215、 Q235、Q255… 2.优质碳素结构钢（以平均含碳量的万分数 来命名标注，含碳量0.02~0.75% ），如45 钢、20钢、65钢…… 3.碳素工具钢（以T为符号，并标出含碳量的 千分数，含碳量0.77~1.5% ），如T10、 T12……
重要，它是金属材料具有热处理性能的基本条件。 2.同素异构转变时，由于原子排列密度的变化，将伴 随着金属体积的变化。如： 比 大，故由 的原子排列密度 Fe 转变成 将发生体积
Fe Fe 膨胀，反之亦然，这样的体积变化会使金属内部产生内应
Fe
力—组织应力。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
§3 工业用钢
三、合金钢 为了改善钢的某些性能而有意识加入一些合金 元素的钢。 1.合金结构钢：如20Cr、40Cr、38CrMnSi… 2.合金工具钢：如9SiCr、CrWMn、W18Cr4V… 3.特殊性能钢：不锈钢、磁钢、耐磨钢…
§3 工业用钢
作业： P23-1、2、3； 补充题 1.填表: 2.钢和铁在成分上、组织上有 何区别？
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
2．金属结晶过程：
结晶经历了两个基本过程，即形核和核长大的过 程，边形核边长大。
金属结晶过程示意图
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
3．细化晶粒： 每个晶核长大为一个晶粒，晶粒间的交界 面称为晶界。 晶粒的大小、粗细是影响材料力学性能的 重要因素，同一成分的金属，其晶粒越细， 则加强了金属内部结合力，提高了金属的σb、 HB、δ、αk。
纯金属在固态只有一个相，在液态时也只有一个相，合金固态时 可能一个相，也可能是多相。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
组织：
按照显微镜下各相的形态特征不 同，分为不同的组织。
组织在研究金属加热、冷却变化和性能变化 时是非常重要的概念。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
2．固态合金的基本相结构 （1）固溶体 （2）金属化合物 （3）机械混合物
§2 铁碳合金
一、铁碳合金的基本组织组成物： （2）奥氏体（A）：C溶在 Fe 中 形成的间隙固溶体，保持面心立方晶格。 2.11%C（1148℃）,727℃时，0.77%C； 有一定强度、硬度， b 400 Mpa ， HBS =160-200， 45% 。
§2 铁碳合金
b 750 Mpa, HB 180 , 20 ~ 25%, K 0..3 0.4MJ / m
2
§2 铁碳合金
一、铁碳合金的基本组织组成物： （5）莱氏体（Ld）： 727℃以上是A+Fe3C组成的机械混合物， 727℃以下是P+Fe3C的机械混合物， 固定金
二、铁碳合金状态图 铁碳合金状态图表明各种成分的铁碳合金在 结晶过程中，其成分、温度组织性能之间的关 系及变化规律的图解，又是制订铸、锻、焊、 热处理等热加工工艺的重要依据。
铁碳合金分为—— 钢：亚共析钢（C%＜0.77%）： 低碳钢(C%≤0.25%) 中碳钢(0.25 %＜C%＜0.60%) 高碳钢(C%≥0.60%) 共析钢（C% ＝0.77 %） 过共析钢（C% ＞0.77 %） 铸铁：亚共晶铸铁（C% ＜0.43 %） 共晶铸铁（C% ＝0.43 %） 过共晶铸铁（C% ＞0.43 %）
§2 铁碳合金
是由铁和碳组成的二元合金，也称为黑 色金属，即钢和生铁，是工业上用的最广 泛的金属材料。
§2 铁碳合金
一、铁碳合金的基本组织组成物： 1. 铁素体（F） 2. 奥氏体（A） 3. 渗碳体（Fe3C） 4. 珠光体（P） 5.莱氏体（Ld)
§2 铁碳合金
一、铁碳合金的基本组织组成物： 1.铁素体（F）：C溶解在 Fe 中形成的间 隙固溶体，保持体心立方晶格。 0.0008%-0.0218%C（727℃）与纯铁相近， HBS=80， 50， 45% % b 250 Mpa ，ψ=80%，αk=2MJ/m2。 其组织结构见图1-14(a)。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
间隙固溶体： 当溶质原子在溶剂晶 格中不是占据溶剂晶格的 结点位置时，而是嵌入空 隙位置时，所形成的固溶 体为——间隙固溶体。
如图1-12所示，此时会形 成晶格畸变，产生固溶强化。 即由于溶质原子的溶入，使固 溶体的强度和硬度升高，塑性 下降的现象。
§1 金属及合金的晶体结构及结晶
一、铁碳合金的基本组织组成物： （3）渗碳体（Fe3C）：是铁与碳形成的金属化 合物，6.69%C， HBW ＞ 800， ， b 30 Mpa 0% ， αk=0。
§2 铁碳合金
一、铁碳合金的基本组织组成物： （4）珠光体（P）：是铁素体和渗碳体 成的机械混合物，是软F和硬Fe3C相间的 混合物，性能介于两者之间，强度、硬度 较高。有固定的含碳量为0.77%C。
燃煤发电厂金属材料介绍1-火电厂用钢种类
第一章.火电机组用钢
2.火电机组用钢分类
按冶炼方法分类
平炉钢可分为酸性平炉钢、碱性平炉钢'。 转炉钢可分为酸性转炉钢、碱性转炉钢'。 电炉钢可分为电弧炉钢、电渣炉钢、感应炉 钢、真空感应炉钢、真空自耗炉钢、电子束 炉钢'。
第一章.火电机组用钢
2.火电机组用钢分类
综合分类
(1)普通钢 a.碳素结构钢： Q195；Q215(A、B)；Q235(A、B、 C)； Q255(A、B)； Q275'。 b.低合金结构钢 c.特定用途的普通结构钢
前言
发展超临界(SC)和超超临界(USC)火电机组，提高蒸汽参 数对提高火力发电厂效率的作用是十分明显的'。随着蒸汽 温度和压力的提高，电厂锅炉的效率在大幅度提高，供电 煤耗大幅度下降'。 典型的超临界火电机组锅炉蒸汽参数一般为23.5MPa～ 26.54MPa、主汽温度能达到566℃或600℃及以上'。超临界 火电机组具有显著的节能和改善环境的效果'。 在发展超超临界机组时，提高蒸汽参数遇到的主要技术难 题是金属材料耐高温、耐高压问题'。
普通钢 磷含量≤0.045%，硫含量≤0.055%；或磷、 硫含量≤0.050% 优质钢 磷、硫含量均≤0.040%
第一章.火电机组用钢
一.火电厂用钢特点及其分类 2.火电机组用钢分类
按品质分类 （硫、磷含量）
高级优质钢
磷含量≤0.035%，硫含量≤0.030%
特级优质钢
磷含量≤0.0155%，硫含量≤0.025%
(5)专业用钢 如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、 压力容器用钢、农机用钢等'。
第一章.火电机组用钢
2.火电机组用钢分类
金属材料基础知识
金属材料基础知识1. 引言金属材料是人类使用最广泛的材料之一，应用于各种领域，如建筑、航空、汽车、电子等。
本文将介绍金属材料的基础知识，包括金属的特性、组织结构、合金等方面。
2. 金属的特性金属具有许多独特的特性，如良好的导热性、导电性、延展性和塑性。
这些特性使得金属成为制造各种器件和构件的理想选择。
此外，金属还具有良好的强度和硬度，能够承受较大的载荷。
3. 金属的组织结构金属的组织结构是由金属原子的排列方式和晶体结构决定的。
常见的金属组织结构包括等轴晶粒、柱状晶粒和层状晶粒。
这些结构对金属的性能有着重要影响，不同的结构具有不同的力学性能和导电性能。
4. 金属的力学性能金属的力学性能包括强度、硬度、韧性和延展性等。
强度是指金属抵抗外力破坏的能力，硬度是指金属表面抵抗变形和划伤的能力，韧性是指金属在断裂前能吸收外部能量的能力，而延展性是指金属的拉伸或扭曲变形能力。
5. 金属的热处理金属的热处理是通过控制金属的加热和冷却过程来改变金属的性能。
常见的热处理方法包括退火、淬火和回火。
退火可以提高金属的韧性和延展性，淬火可以提高金属的硬度和强度，回火可以降低金属的脆性。
6. 金属的腐蚀与保护金属容易遭受腐蚀，导致金属的性能下降甚至损坏。
为了保护金属材料，可以采取物理防护和化学防护措施。
物理防护包括涂层和电镀等，化学防护包括阳极保护和缓蚀剂等。
7. 合金的应用合金是由两种或更多种金属元素混合而成的材料。
通过改变合金的成分和比例，可以获得不同的性能。
合金常用于耐高温、耐磨损等特殊环境的应用，如航空发动机、汽车发动机等。
8. 小结金属材料是具有特殊特性和广泛应用的材料。
了解金属材料的基础知识对于正确选择和使用金属材料至关重要。
本文介绍了金属的特性、组织结构、力学性能、热处理、腐蚀与保护以及合金的应用等方面的知识，希望对读者有所帮助。
通过深入学习和研究金属材料，我们可以更好地利用金属的优势，推动技术和社会的发展。
中职《金属加工与实训-基础常识与技能训练》--第2章-常用工程材料
第一节 非合金钢低合金钢和合金钢 三、合金钢的分类、牌号及用途
P.29
合金钢 种类较多，在工业上具有重要用途。它具有高强度、高硬度、高 耐磨性及特殊的物理、化学性能等；价格较高；用于制作重要的轴、齿轮、凸 轮弹簧、工具、刀具、模具等。合金钢制作的机械零件大多需要热处理后使用。
1. 合金钢的分类
（1）按钢的质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类） 优质钢 硫、磷的含量较低，如：20CrMnTi、40Cr等。 特殊质量钢 硫、磷的含量控制严格。如：38CrMoA、W18Cr4V等。
普通质量钢 有害杂质硫、磷的含量较多。 如：Q235。 优质钢 有害杂质硫、磷的含量较低。如：45、T7。 特殊质量钢 有害杂质硫、磷的含量控制严格。如：T7A、T12A。
第一节 非合金钢低合金钢和合金钢 一、非合金钢的分类、牌号及用途
P.23
1.非合金钢的分类
（3）按用途分类 结构钢 主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一
P.22
第2章 常用工程材料
P.22
工程材料 是指在生活、生产和科技领域中，用于制造结构件、机器、工 具和功能部件的各类材料的统称。
工程材料的类别 工程材料按其特性， 可分为金属材料和非金属材料。 工程材料按其组成特点， 可分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属 材料和复合材料四大类。 工程材料按其使用性能， 可分结构材料与功能材料两大类，其中结构材料 是作为承力结构的材料， 主要利用的是结构材料的学性能; 功能材料主要利用 的是其光、电、磁、热、声等特殊功能性能。 从工程材料应用领域分， 可分为信息材料、能源材料、建筑材料、机械工 程材料、生物材料、航空航天材料等。
用途：合金渗碳钢 20Cr、20CrMnTi ，活塞销、汽车变速箱齿轮等。 合金调质钢 40Cr、45Mn2，机床主轴、重要齿轮、连杆、曲轴等。 合金弹簧钢 60Si2Mn，大尺寸弹簧、板簧等。
机械工程材料 第二章 金属的晶体结构与结晶
均匀长大
树枝状长大
2-2
晶粒度
实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。 晶粒细小金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。
标准晶粒度共分八级， 一级最粗，八级最细。 通过100倍显微镜下的 晶粒大小与标准图对 照来评级。
2-2
• 影响晶粒度的因素
• （1）结晶过程中的形核速度N（形核率） • （2）长大速度G（长大率）
面心立方晶 格
912 °C α - Fe
体心立方晶 格
1600
温 度
1500 1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700 600 500
1534℃ 1394℃
体心立方晶格
δ - Fe
γ - Fe
γ - Fe
912℃
纯铁的冷却曲线
α – Fe
体心立方晶 格
时间
由于纯铁具有同素异构转变的特性，因此，生产中才有可能通过 不同的热处理工艺来改变钢铁的组织和性能。
2-3
• 铁碳合金—碳钢+铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 Fe、C为组元，称为黑色金属。 Fe-C合金除Fe和C外，还含有少量Mn 、Si 、P 、 S 、 N 、O等元素，这些元素称为杂质。
2-3
• 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC。 • 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 • 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
2-2
物质从液态到固态的转变过程称为凝固。 材料的凝固分为两种类型：
金属材料学基础理论知识
3
1 按其最高价氧化物的颜色分
黑色金属---包括铁、铬、锰三种。 有色金属---除黑色金属以外的其它金属 称为有色金属。如铜、铝和镁等。
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4
2 按密度大小分
重金属---密度大于每立方厘米4.5克。 轻金属---密度小于每立方厘米4.5克。
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5
3---按储量和价值分 稀有金属和贵重金属。
根据成品钢脱氧程度的不同，可分为镇 静钢、半镇静钢和沸腾钢三种。
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17
第二节 金属的性能
一 金属的物理性能和化学性能 1 金属的物理性能
密度 熔点 热膨胀性（线膨胀、体积膨胀） 导热性 导电性 磁性（铁磁性、顺磁性、抗磁性）
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18
2 金属的化学性能 耐腐蚀性 抗氧化性
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19
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13
2---炼钢
现代炼钢方法是以生铁为主要原料。首 先把生铁熔化成液态利用氧化作用将碳及其 它元素的含量调整到规定的范围之内，就得 到了钢。
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14
炼钢过程
炼钢的基本过程是氧化。向铁液中吹入纯 氧或加入铁矿石，在炼钢炉内氧与铁发生作用 使铁被氧化。
生成的氧化铁溶解在铁液中，与铁液中其 它元素产生一系列氧化反应。
二 金属的工艺性能
1 铸造性 2 锻压性 3 焊接性 4 切削加工性
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20
三 金属的力学性能
•
金属材料的力学性能是指金属在外加载荷(外 力或能量)作用下或载荷与环境因素(温度、介质和 加载速率)联合作用下所表现的行为。由于载荷施加 的方式多种多样，而环境、介质的变化又十分复杂， 所以金属在这些条件下所表现的行为就会大不相同， 致使金属材料力学性能所研究的内容非常广泛，它 已发展成为介于金属学和材料力学之 金属材料 的力学性能包括强度、硬度、塑性和韧性等性能。
金属材料基础
金属材料基础金属材料是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。
包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。
人类文明的发展的今天和社会的进步同金属材料关系十分密切。
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。
现代种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。
金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。
由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。
金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为机械性能）。
金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。
外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的力学性能也将不同。
常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
金属材料的分类随着科学技术的发展不仅新的金属材料品种不断出现，而且传统的金属材料，如钢铁、铜、铝等合金材料品种也日益增加。
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90 %以上的工业纯铁，含碳2 %〜4 %的铸铁，含碳小于2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
材料力学性能——第二章
一、缺口效应
（一）缺口试样在弹性状态下的应力分布（厚板）
理论应力集中系数
Kt max
与薄板相比， 厚板在垂直于板厚方向的收缩变形受到 约束，即：
z 0
z
1 E
[ z
(
x
y )]
z ( x y )
y＞ z＞ x
材料力学性能
一、缺口效应
（二）缺口试样在塑性状态下的应力分布（厚板）
一、应力状态软性系数α
(1)较硬的应力状态试验，主要用于塑性金属材料力学性能的测定。 (2)较软的应力状态试验，主要用于脆性金属材料力学性能的测定。
材料力学性能
第二节 压缩
一、压缩试验的特点
(1) 单向压缩试验的应力状态软性系数α=2，所以 主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能的测定。
(2) 拉伸时塑性很好的材料，在压缩时只发生压缩 变形而不断裂。
原因：
切应力：引起金属材料产生塑性变形以及韧性断裂。 正应力：引起金属材料产生脆性断裂。
反之亦然
1
材料力学性能
第一节 应力状态软性系数
材料在受到载荷作用时(单向拉伸)， max s
max k
产生屈服 产生断裂
在复杂的应力状态下（用三个主应力表示成σ1、σ2、 σ3 ）
最大切应力理论： max
一、缺口效应 定义
在静载荷作用下，由于缺口的存在，而使其尖端出现应力、应变集中； 并改变了缺口前方的应力状态，由原来的单向应力状态变为两向或三向 应力状态； 并使塑性材料的强度增加，塑性降低。
材料力学性能
一、缺口效应
（一）缺口试样在弹性状态下的应力分布（薄板）
在拉应力σ的作用下，缺口的存在使 横截面上的应力分布不均匀： 轴向应力σy分布：σy在缺口根部最大， 随着距离x↑ ，σy ↓ ，所以在缺口根部 产生了应力集中的现象。 横向应力σx分布：缺口根部可自由变形， σx=0，远离x轴，变形阻力增大， σx↑， 达到一定距离后，由于σy↓导致σx ↓。
第2章金属材料的基础知识
相是指合金中具有同一的聚集状态、同一的结构和性质的均匀组 成部分。按照相的形态划分，分为液相和固相。固态合金中的相 结构，分为固溶体和金属化合物。
组织是指用肉眼或借助显微镜观察到材料具有独特微观形貌特征 的部分。组织反映材料的相组成、相形态、大小和分布状况，它 是决定材料最终性能的关键。
金属材料的基本知识
金属材料在不同的使用场合下，所要求的力 学性能、物理性能、化学性能以及工艺性能各 不相同。虽然都是金属材料，不同成分和不同 状态下的性能差异也非常大。造成金属材料性 能差异的主要原因是由于金属材料内部结构的 不同。
2.1 金属材料的基础知识
按照物质原子在三维空间排列方式的不同， 材料可分为晶体材料与非晶体材料两大类。
3）面缺陷
面缺陷是指晶体中有一维空间方向上尺寸 很小，另外两维方向上尺寸较大的缺陷。这类 缺陷主要是指晶界和亚晶界。
晶界和亚晶界处区域内的原子排列不整齐， 偏离其平衡位置，产生晶格畸变。
面缺陷对金属的塑性变形起着阻碍的作用， 强度、硬度较晶内高。因此金属内部的晶粒越 细小，晶界就越多，强度和硬度就越高。
（2）金属的实际晶体结构
在理想状态下，金属的晶体结构是原子排 列的位向或方式完全一致的晶格，这种晶体称 为单晶体。
单晶体需要通过特殊的方法才能获得，例 如生产半导体元件的单晶硅、单晶锗等。
单晶体在不同方向上具有不同性能的现象 称为各向异性。
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成 的晶体。
晶粒：多晶体是由许多微小的单晶体 构成的，这单晶体称为晶粒。
液体
2.1.1 纯金属的晶体结构与结晶
纯金属是指仅由同一种金属元素组成的金属。 汽车中的各种导电体、传热器等大多由纯铜、 纯铝等纯金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。
金属材料的基本知识
金属材料的基本知识金属材料是一类重要的材料，具有良好的导电性、导热性、可塑性和可焊性等特点。
金属材料广泛应用于建筑、汽车、机械制造、航空航天等行业。
本文将介绍金属材料的基本知识，包括金属的性质、金属的组织结构、金属的加工工艺以及金属的应用等内容。
1.金属的性质金属具有良好的导电性和导热性。
这是因为金属的结构中存在自由电子，电子可以自由移动，从而导致金属对电流和热的传导性能非常好。
此外，金属还具有高硬度、耐磨性和良好的韧性，使其在工程领域得到广泛应用。
2.金属的组织结构金属的组织结构主要有晶体结构和非晶态结构两种类型。
晶体结构是由晶粒组成的，晶粒是由原子周期排列形成的。
晶体结构的类型包括立方晶系、六方晶系、四方晶系等。
非晶态结构是指金属在快速冷却过程中形成的无序结构。
晶体结构和非晶态结构对金属材料的性能有着重要影响。
3.金属的加工工艺金属材料一般需要经过加工工艺才能获得所需形状和性能。
金属的加工工艺包括塑性加工、热处理和表面处理等。
塑性加工是指通过施加力量使金属材料发生塑性变形的工艺，包括锻造、轧制、拉伸等。
热处理是指通过加热和冷却控制金属的组织结构，改变其性能的工艺。
表面处理是指对金属材料的表面进行涂覆、喷涂、电镀等方式的处理，以提高金属材料的耐腐蚀性能和外观质量。
4.金属的应用金属材料广泛应用于各个领域。
在建筑领域，金属材料用于制作结构框架、铝合金门窗和金属屋面等。
在汽车和航空航天领域，金属材料用于制造车身、发动机和航空器部件等。
在机械制造领域，金属材料用于制造机床、工具和各种零部件等。
此外，金属材料还广泛应用于电子、能源和医疗器械等领域。
综上所述，金属材料具有良好的导电性、导热性、可塑性和可焊性等特点。
金属的组织结构、加工工艺和应用也是金属材料研究的重要内容。
金属材料的广泛应用和不断创新，为工业领域的发展做出了重要贡献。
然而，随着科技的不断进步，人们对金属材料的研究和应用也在不断深入，未来金属材料的发展仍然具有巨大潜力。
金属材料的基础知识
抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；