金属材料与热处理-4
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《金属材料与热处理》第四章铁碳合金
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学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
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学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
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学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
金属材料及热处理(最新版)
7、索氏体：在等温转变C形线鼻尖所得到的较细片状铁素体+较细片状渗碳体叫之索氏 体。等温转变温度 600－670oC（珠光体的一种）HB250－320，HRC24－32。
8、屈氏体：同上是珠光体的一种，更细片状铁素体+更细片状渗碳体叫之为屈氏体， 形成温度 600－550oC。HB330－400（HRC32－38）。
6
生产中防止回火脆性的方法主要有： z 回火后进行快速冷却（油或水冷）为消除重新产生的热应力，则在回火后可再进行
Ms， γ Fe转变为α Fe，碳原子全部被保留在α Fe中，形成一种过饱和的固溶体组织，这就
是马氏体。这种转变也称非扩散形转变。马氏体金相显微组织呈针状，黑色针状物为马氏 体，白色基体称为残余奥氏体。性能十分脆硬。HB可达 600－700（HRC60－65）。淬火即可 获得这种组织。硬度取决于C含量，低C钢淬不硬，含C量高于 0.8％，硬度几乎不再增加了。 马氏体的转变随C含量增高而降低含碳量 0.5％时Mz约 0oC，Ms290oC随着含C增Ms下降，C量 小于 0.8％时Mz也随C ↑ 而下降，0.9 以上时Mz在-100oC附近下降不大。奥氏体向马氏体的转 变有一个很大的特点：奥氏体不能百分之百转化为马氏体总有较少的奥氏保留下来，称保 留下来的为残氏奥氏体。因奥氏体为γ Fe面心产方晶格，比容（单位重量的体积）较小，约 只有 0.122—0.125，而马氏体为α Fe过饱和固溶体，比容较大，约有 0.127－0.130，可见， 在转变过程中，在马氏体形成的同时还伴随着体积的膨胀，从而会对尚未转变的奥氏体造 成一内压力，合使其不易发生向马氏体的转变而被保留下来。Ms Mz点越低剩余奥氏体量也 就越多。
金属材料与热处理
一、金属材料及热处理
8、屈氏体：同上是珠光体的一种，更细片状铁素体+更细片状渗碳体叫之为屈氏体， 形成温度 600－550oC。HB330－400（HRC32－38）。
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生产中防止回火脆性的方法主要有： z 回火后进行快速冷却（油或水冷）为消除重新产生的热应力，则在回火后可再进行
Ms， γ Fe转变为α Fe，碳原子全部被保留在α Fe中，形成一种过饱和的固溶体组织，这就
是马氏体。这种转变也称非扩散形转变。马氏体金相显微组织呈针状，黑色针状物为马氏 体，白色基体称为残余奥氏体。性能十分脆硬。HB可达 600－700（HRC60－65）。淬火即可 获得这种组织。硬度取决于C含量，低C钢淬不硬，含C量高于 0.8％，硬度几乎不再增加了。 马氏体的转变随C含量增高而降低含碳量 0.5％时Mz约 0oC，Ms290oC随着含C增Ms下降，C量 小于 0.8％时Mz也随C ↑ 而下降，0.9 以上时Mz在-100oC附近下降不大。奥氏体向马氏体的转 变有一个很大的特点：奥氏体不能百分之百转化为马氏体总有较少的奥氏保留下来，称保 留下来的为残氏奥氏体。因奥氏体为γ Fe面心产方晶格，比容（单位重量的体积）较小，约 只有 0.122—0.125，而马氏体为α Fe过饱和固溶体，比容较大，约有 0.127－0.130，可见， 在转变过程中，在马氏体形成的同时还伴随着体积的膨胀，从而会对尚未转变的奥氏体造 成一内压力，合使其不易发生向马氏体的转变而被保留下来。Ms Mz点越低剩余奥氏体量也 就越多。
金属材料与热处理
一、金属材料及热处理
第四章 非合金钢-《金属材料与热处理》中职通用第七版
或通入空气、富氧空气甚至纯氧等)使钢液中的碳、硅、锰、 磷、硫等杂质元素氧化。
3.加入造渣材料使杂质元素的氧化生成物进入炉渣而被 排除或生成气体而逸出。
4.氧化终了时，钢液中不可避免地溶解了过多的氧，以 及生成部分氧化铁。为此，必须加脱氧剂进行脱氧，并使 脱氧生成物进入炉渣而与钢液分离。
5.根据所炼钢种的要求加入合金元素，调整成分，调整 钢液温度，然后出钢。
析出，而将在长期搁置时以细小分散的氮化物析出，从而使
钢的韧性显著下降，导致工件易于脆性破坏，这种现象称为 时效。
7.氢 尽管氢在钢中含量不多，但即使是微量氢的存在也会造
成氢脆等缺陷，因而是有害元素。
§4-2 非合金钢的分类
一、按非合金钢的含碳量分类
1.低碳钢 含碳量≤0.25%。
2.中碳钢 含碳量为0.25%~0.6%。
§4-3 非合金钢的牌号与用途
一、非合金钢的牌号表示方法
二、常用非合金钢的性能和用途
1.碳素结构钢
2.优质碳素结构钢
3.碳素工具钢
4.铸造碳钢
§4-4 低碳钢与高碳钢的冲击试验
氮在高温下能溶于fe或fe中急速冷却后并不立即析出而将在长期搁置时以细小分散的氮化物析出从而使钢的韧性显著下降导致工件易于脆性破坏这种现象称为时效
第四章 非合金钢
§4-1 杂质元素对非合金钢性能的影响
一、炼钢过程概述 1.采用不同的热源将原料(生铁、废钢等)熔化。 2.采用不同的方法(如加入氧化铁，使接触氧化性炉气，
3.高碳钢 含碳量≥0.60%。
二、按非合金钢的质量等级分类
1.普通碳素钢 2.特殊质量碳素钢 3.优质碳素钢
三、按非合金钢的用途分类
1.碳素结构钢 2.碳素工具钢
3.加入造渣材料使杂质元素的氧化生成物进入炉渣而被 排除或生成气体而逸出。
4.氧化终了时，钢液中不可避免地溶解了过多的氧，以 及生成部分氧化铁。为此，必须加脱氧剂进行脱氧，并使 脱氧生成物进入炉渣而与钢液分离。
5.根据所炼钢种的要求加入合金元素，调整成分，调整 钢液温度，然后出钢。
析出，而将在长期搁置时以细小分散的氮化物析出，从而使
钢的韧性显著下降，导致工件易于脆性破坏，这种现象称为 时效。
7.氢 尽管氢在钢中含量不多，但即使是微量氢的存在也会造
成氢脆等缺陷，因而是有害元素。
§4-2 非合金钢的分类
一、按非合金钢的含碳量分类
1.低碳钢 含碳量≤0.25%。
2.中碳钢 含碳量为0.25%~0.6%。
§4-3 非合金钢的牌号与用途
一、非合金钢的牌号表示方法
二、常用非合金钢的性能和用途
1.碳素结构钢
2.优质碳素结构钢
3.碳素工具钢
4.铸造碳钢
§4-4 低碳钢与高碳钢的冲击试验
氮在高温下能溶于fe或fe中急速冷却后并不立即析出而将在长期搁置时以细小分散的氮化物析出从而使钢的韧性显著下降导致工件易于脆性破坏这种现象称为时效
第四章 非合金钢
§4-1 杂质元素对非合金钢性能的影响
一、炼钢过程概述 1.采用不同的热源将原料(生铁、废钢等)熔化。 2.采用不同的方法(如加入氧化铁，使接触氧化性炉气，
3.高碳钢 含碳量≥0.60%。
二、按非合金钢的质量等级分类
1.普通碳素钢 2.特殊质量碳素钢 3.优质碳素钢
三、按非合金钢的用途分类
1.碳素结构钢 2.碳素工具钢
4、金属材料与热处理--特种设备用金属材料
对于压力容器专用钢板，由材料制造单位直接向
压力容器制造单位供货时，双方商定钢板质量证 明书的份数；由非制造单位供货时，材料制造单 位应当分别为每张钢板出具质量证明书； 压力容器制造单位从非材料制造单位取得压力容 器材料时，应当取得材料制造单位提供的质量证 明书原件或者加盖材料供应单位检验公章和经办 人章的复印件（压力容器专用钢板除外）；压力 容器制造单位应当对所取得的压力容器用材料及 材料质量证明书的真实性和一致性负责。
熔炼方法：压力容器受压元件用钢，应当是氧气转炉或者
电炉冶炼的镇静钢。对标准抗拉强度下限值大于或者等于 540MPa的低合金钢板和奥氏体-铁素体不锈钢钢板，以及用 于设计温度低于-20℃的低温钢板和低温锻件，还应当采用炉 外精炼工艺。
化学成分（熔炼分析）
用于焊接的碳素钢和低合金钢
C≤0.25%、P ≤0.035%、S ≤0.035% 压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢 基本要求 P ≤0.030%、S ≤0.020% 标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材 P ≤0.025%、S ≤0.015% 用于设计温度低于-20℃且标准抗拉强度下限值小于 540MPa的钢材P ≤0.025%、S ≤0.012% 用于设计温度低于-20℃且标准抗拉强度下限值大于或 等于540MPa的钢材 P ≤0.020%、S ≤0.010%
艺性能； 材料的质量、规格与标志，应当符合相应材料的国家标准 或行业标准的规定，其使用方面的要求应当符合安全技术 规范引用标准的规定； 压力容器专用钢板（带）的制造单位应当取得特种设备制 造许可证； 材料制造单位应当在材料的明显部位作出清晰、牢固的钢 印标志或采用其它方法的标志，实施制造许可的专用材料 ，质量证明书和材料上的标志内容还应包括制造许可标志 和许可证编号； 材料制造单位应当向材料使用单位提高质量证明书，材料 质量证明书的内容应当齐全、清晰，并且盖有制造单位质 量检验章；
金属材料与热处理第六版习题册答案
金属材料与热处理习题册答案绪论一、填空题1、成分、组织、热处理、性能之间。
2、石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代、人工合成材料时代。
3、成分、热处理、性能、性能。
二、选择题：1、A2、B3、C三、简答题1、掌握金属材料与热处理的相关知识对机械加工有什么现实意义？答：机械工人所使用的工具、刀夹、量具以及加工的零件大都是金属材料.所以了解金属材料与热处理后相关知识.对我们工作中正确合理地使用这些工具.根据材料特点正确合理地选择和刃磨刀具几何参数；选择适当的切削用量；正确选择改善零件工艺必能的方法都具有非常的现实意义。
2、如何学好《金属材料与热热处理》这门课程？答：在学习过程中.只要认真掌握重要的概念和基本理论.按照材料的成分和热处理决定组织.组织决定其性能.性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际.认真完成作业和实验等教学环节.是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构和结晶1-1金属的晶体结构一、填空题1、非晶体晶体晶体2、体心立方面心立方密排立方体心立方面心立方密排立方3、晶体缺陷点缺陷面缺陷二、判断题1、√2、√3、×4、√三、选择题1、A2、C3、C四、名词解释1、晶格与晶胞：P5答：将原子简化为一个质点.再用假想的线将它们连接起来.这样就形成了一个能反映原子排列规律的空间格架.称为晶格；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
3、单晶体与多晶体答：只由一个晶粒组成称为单晶格.多晶格是由很多大小.外形和晶格排列方向均不相同的小晶格组成的。
五、简答题书P6□1-2纯金属的结晶一、填空题1、液体状态固体状态2、过冷度3、冷却速度冷却速度4、晶核的产生长大5、强度硬度塑性二、判断题1、×2、×3、×4、×5、√6、√三、选择题1、C、B、A2、B3、A4、A四、名词解释1、结晶与结晶潜热 (P8)答：（1）结晶：是金属从高温液体状态.冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
金属材料与热处理 模块四 课题三 铁碳合金的组织和Fe-C合金相图
渗碳体的晶格
渗碳体的显微组织
必备知识
5.珠光体（P） 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物， 用符号P表示。它是铁素体和渗碳体层 片相间、交替排列形成的混合物。其 显微组织图如图4-18所示其中白色为 铁素体基体，黑色线条为渗碳体。珠 光体的含碳量为0.77%，由于珠光体 是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的 混合物，所以其力学性能是两者的综 合，强度较高，硬度适中，具有一定 的塑性。
Fe—Fe3C相图中七个特性点的温度、含碳量以及含义
点的符号
A C D E G S P
温度℃ 1538 1148 1227 1148 912 727 727
含碳量（%）
含义
0
纯铁熔点
4.3
共晶点，L⇌Ld(A+Fe3C)
6.69
渗碳体的熔点
2.11
碳在奥氏体（γ-Fe）中的最大溶解度点
0
纯铁的同素异构转变点，α—Fe⇌γ-Fe
（2）AECF线。 固相线，对应成分的液态合金冷却到此线上的对应点时完成结晶过程，变为固态，此线之下为 固相区域。在液相线与固相线之间是液态合金从开始结晶到结晶终了的过渡区，所以此区域液相与固相并存。AEC 区内为液相合金与固相奥氏体，CDF区内为液相合金与固相渗碳体。
（3）GS线 。奥氏体冷却时析出铁素体的开始线 （或加热时铁素体转变成奥氏体的终止线），又称A3线。奥氏 体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果。
（4）ES线 。 碳在奥氏体（γ-Fe）中的溶解度曲线，又称ACm线。 奥氏体的溶碳能力沿该线上的对应点变化。 在1148℃时，碳在奥氏体中的溶解度为2.11%（E点的含碳量），在727℃时降到0.77%（S点的含碳量）。在AGSE区 内为单相奥氏体。含碳量较高（>0.77%）的奥氏体，在从1148℃缓冷到727℃的过程中，由于其溶碳能力降低，多 余的碳会以渗碳体的形式从奥氏体中析出，称为二次渗碳体（Fe3CⅡ）。
工程材料与热处理 第4章 金属的塑性变形与再结晶
一、滑移
滑移只能在切应力 作用下才会发生, 不同金属产生滑移 的最小切应力(称 滑移临界切应力) 大小不同。钨、钼、 铁的滑移临界切应 力比铜、铝的要大。
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一、滑移
由于位错每移出 晶体一次即造成 一个原子间距的 变形量, 因此晶 体发生的总变形 量一定是这个方 向上的原子间距 的整数倍。
滑移带
17
二、位错滑移机制
通过位错的移动实现滑移时： 1、只有位错线附近的少数原子移动； 2、原子移动的距离小于一个原子间距； 所以通过位错实现滑移时，需要的力较小；
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二、位错滑移机制
金属的塑性变形是由滑移这种方式进行的， 而滑移又是通过位错的移动实现的。所以， 只要阻碍位错的移动就可以阻碍滑移的进 行，从而提高了塑性变形的抗力，使强度 提高。金属材料常用的五种强化手段（固 溶强化、加工硬化、晶粒细化、弥散强化、 淬火强化）都是通过这种机理实现的。
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链条板的轧制
材料为Q345（16Mn) 1200 钢 的自行车链条经 1000 过五次轧制，厚度由 3.5mm压缩到1.2mm， 800 总变形量为65%，硬 600 度从150HBS提高到 400 275HBS；抗拉强度从 200 510MPa提高到980MPa； 0 使承载能力提高了将近 一倍。
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大， 所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金 属的塑性更好。 金、银、铜、铝等金属的塑性高于铁、铬 等金属；而铁的塑性又高于锌、镁等金 属。
15
二、位错滑移机制
滑移非刚性滑动，而是由位错的移动实现 的（1934年提出 ）。
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二、位错滑移机制
滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移 并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动, 而是通 过位错的运动来实现的。 在切应力作用下,一个多余半 原子面从晶体一侧到另一侧运动, 即位错自左向右移动 时, 晶体产生滑移。
金属材料与热处理教材习题答案
《金属材料与热处理》教材习题答案作者：陈志毅绪论1．金属材料与热处理是一门怎样的课程？答：金属材料与热处理这门课程的内容主要包括金属材料的基本知识、金属的性能、金属学基础知识和热处理的基本知识等。
2．什么是从属与从属材料？答：所谓金属是指由单一元素构成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质。
如金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。
而合金是指由一种金属元素与其它金属元素或非金属元素通过熔炼或其它方法合成的具有金属特性的材料，所以金属材料是金属及其合金的总称，即指金属元素或以金属元素为主构成的，并具有金属特性的物质。
3．怎样才能学好金属材料与热处理这门课程？答：金属材料与热处理是一门从生产实践中发展起来，又直接为生产服务的专业基础课，具有很强的实践性，因此在学习时应结合生产实际，弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其组织，组织决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；认真完成作业和实验等教学环节，就完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶1．什么是晶体和非晶体？它们在性能上有什么不同？想一想，除了金属，你在生活中还见过哪些晶体？答：原子呈有序、有规则排列的物质称为晶体；而原子呈无序、无规则堆积状态的物质称为非晶体。
晶体一般具有规则的几何形状、有一定的熔点，性能呈各向异性；而非晶体一般没有规则的几何形状和一定的熔点，性能呈各向同性。
生活中常见的食盐、冰糖、明矾等都有是典型的晶体。
2．什么是晶格和晶胞？金属中主要有哪三种晶格类型？它们的晶胞各有何特点？答：假想的能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格。
晶格是由许多形状、大小相同的小几何单元重复堆积而成的。
我们把其中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元称为晶胞。
金属中主要有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三种晶格类型，体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心；面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的中心；密排六方晶格的晶胞是一个正六棱柱，原子除排列于柱体的每个顶点和上、下两个底面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子。
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授人以鱼不如授人以渔
司母戊鼎是商后期(约公元前十四世纪至公元前十 一世纪)铸品,原器1939年3月出土于河南安阳侯家庄武 朱明工作室 官村。此鼎形制雄伟，重达 832.84公斤，高133厘米、 zhubob@ 口长110厘米、口宽79厘米，是迄今为止出土的最大最 重的青铜器。司母戊鼎初为乡人私自挖掘,出土后因过 大过重不易搬迁,私掘者又将其重新掩埋。司母戊鼎在 1946年6月重新出土。新中国成立后,于1959年入藏中国 历史博物馆。 此鼎器形庞大浑厚,其腹部铸有“司母戊”3字;是 商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。司母戊鼎的鼎身和鼎 足为整体铸成,鼎耳是在鼎身铸好后再装范浇铸的。铸 造这样高大的铜器，所需金属料当在1000千克以上，且 必须有较大的熔炉。经测定,司母戊鼎含铜84.77%,锡 11.64%,铅2.79%，其他0.8%。与古文献记载制鼎的铜锡 比例基本相符。司母戊鼎充分显示出商代青铜铸造业的 生产规模和技术水平。
（a）记忆合金（b）马 达 （c）蚂 蚁 授人以鱼不如授人以渔
（d） 人
实例：用钛-镍形状记忆合金制造的人造卫星天线 科学家用当时刚刚发现不久的形状记忆合金丝制成 朱明工作室 zhubob@ 了如图a所示的抛物线形天线。在宇宙飞船发射之前， 首先将抛物面天线折叠成一个小球，如图b所示，这样 很容易就能装进宇宙飞船上的登月舱内。当登月舱在月 球上成功着陆后，只需利用太阳的辐射能对小球加温如 图c所示，折叠成球形的天线因具有形状 “ 记忆 ” 功能便会自然展开，恢复到原始的抛物面形状，如图d 所示 。
朱明工作室
zhubob@
新型合金之一储氢合金：
朱明工作室 Ti- Fe 、La-Ni储氢合金可用于以H2为燃料的汽车钛 zhubob@ 合金：亲生物金属人造骨头
授人以鱼不如授人以渔
新型合金之二形状记忆合金：
朱明工作室 钛镍合金合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的 zhubob@ 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。形状记忆 效应可用下图所示的简单实验演示，原本弯弯曲曲的形状 记忆合金丝（a）经拉直后（b），只要放入盛有热水的烧 杯中，合金丝就会迅速恢复到和原来一摸一样的弯弯曲曲 的形状（c）。
授人以鱼不如授人以渔
一.铜及铜合金 铜及其合金是人类应用最早的金属，目前工业上使用 朱明工作室 zhubob@ 的主要有工业纯铜、黄铜、青铜。 1.工业纯铜
纯铜呈玫瑰红色，因表面经常形成一层紫红色的氧化 物 ， 俗 称 紫 铜 、 电 解 铜 。 其 熔 点 为 1083℃ ， 密 度 为 8.96g/cm3，为面心立方晶格。
授人以鱼不如授人以渔
第三套人民币硬币 1元硬币： 铜镍合金 5角硬币：铜锌合金 2角硬币： 铜锌合金 1角硬币： 铜锌合金 第四套人民币硬币 1元硬币： 钢芯镀镍 5角硬币： 铜锌合金 1角硬币： 铝镁合金 第五套人民币硬币 1元硬币： 钢芯镀镍 5角硬币： 钢芯镀铜合金 1角硬币： 铝合金
授人以鱼不如授人以渔
授人以鱼不如授人以渔
实例：用钛-镍形状记忆合金制造的医用腔内支架的 应用原理示意
朱明工作室
zhubob@
（a）预压缩
（b）受热扩张后
（c）植入腔道内效果
授人以鱼不如授人以渔
实例：用钛-镍形状记忆合金在其它领域的应用 作为一类新兴的功能材料，形状记忆合金的很多新 朱明工作室 zhubob@ 用途正不断被开发。记忆合金还可以制成任意变形的眼 镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加 热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以 用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加 加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。
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6.青铜
除 黄 铜 、 白 铜 以 外 的 铜 合 金 均 称 为朱明工作室 青铜。 zhubob@ 工业上常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。一般都有高 的耐蚀性、较高的导电导热性及良好的切削加工性。分为 压力加工青铜，代号为Q+第一个主加元素的化学符号及其 名义质量分数-数字（其它合金元素的名义质量分数）， 如QSn4-3表示含锡4％，含锌3％。 铸造青铜，代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名 义 质 量 分 数 + 合 金 元 素 2 及 其 名 义 质 量 分 数 +„„ 如 ZCuSn10Zn2。
(a) 原始形状
(b) 拉 直 授人以鱼不如授人以渔
(c) 加热后恢复
形状记忆合金不仅单次“记忆”能力几乎可达百分 之百，即恢复到和原来一模一样的形状，更可贵之处在 朱明工作室 zhubob@ 于这种“记忆”本领即使重复500万次以上也不会产生 丝毫疲劳断裂。因此，形状记忆合金享有“永不忘本”、 “百折不挠”等美誉，被比作一个人应具有的永不变节、 坚贞不屈的精神和气节。 形状记忆合金（a）能撑起自重100倍以上的重量， 马达（b）的驱动力可达自重的50倍，而蚂蚁（c）和人 （d）则分别是20倍和2倍。
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3.压力加工普通黄铜：也叫二元黄铜，是Cu-Zn二 元合金。根据含锌量，可分为（小于39％）单相（α ） 朱明工作室 zhubob@ 黄铜和（39％～45％）双相（α ＋β ）黄铜两种。 ①α 相是锌溶于铜中的固溶体，溶解度随温度的下 降而增大，为面心立方晶格，塑性好，可冷热加工。 ②α ＋β 相是以电子化合物CuZn为基的固溶体，室 温下较脆，但加热到450℃以上时，塑性良好。其性能 随锌含量增加，起初强度和塑性都提高，而后由于出现 了β 相，强度继续升高，但塑性下降，直至全部为β 相 时，强度塑性急剧下降，如下页图所示。 其牌号为H+铜的名义质量分数，如H62。而H70、 H68又称为三七黄铜，因强度高，塑性好常用来制作枪 弹壳和炮弹筒，有“弹壳黄铜”之称。
纯铜的性能特点：具有很高的导电导热性，仅次于银； 化学稳定性高，抗大气腐蚀性好，无磁性，塑性好，但强 度低。
牌号：工业纯铜牌号为T+顺序号，共有T1,T2, T3,T4； 序号越大，纯度越低（见下图）。
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纯铜牌号
纯度
铋
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2.黄铜 黄铜以锌为主要合金元素的铜基合金。它具有良好 朱明工作室 zhubob@ 的力学性能、加工成形性、导电性和导热性，价格较低， 是有色金属中应用最广的金属材料。可分为普通和特殊 黄铜两类，按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜。
③铍青铜：以铍为主要合金元素的铜基合金。有很高 的强度、硬度疲劳极限和弹性极限，耐蚀、耐热、无磁性、 导电导热性好，受冲击无火花，冷热加工，铸造性能均好。 常用牌号有QBe2，主要用于制作高级精密的弹性元件，如 弹簧、膜片。特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和发条， 高速高温高压下的轴承、衬套。
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7.本任务的结论（课本P129）： 根据对铜合金性能特点及主要用途的分析，依据发 朱明工作室 zhubob@ 动机散热器使用性能要求，最好选用普通黄铜制造，例 如H68。
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朱明工作室
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战国初期的曾侯乙编钟（青铜器）
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司母戊鼎是中国商代后期（约公元前16世纪至公元 前11世纪）王室祭祀用的青铜方鼎，1939年3月19日在 朱明工作室 zhubob@ 河南省安阳市武官村一家的农地中出土，因其腹部著有 “司母戊”三字而得名，现藏中国国家博物馆。 司母戊鼎器型高大厚重，又称司母戊大方鼎，高 133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重832.84千克， 鼎腹长方形，上竖两只直耳（发现时仅剩一耳，另一耳 是后来据另一耳复制补上），下有四根圆柱形鼎足，是 中国目前已发现的最重的青铜器。该鼎是商王祖庚或祖 甲为祭祀其母所铸。
朱明工作室
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金属材料与热处理 ---7
主讲: 朱明
高级技师、经济师、工程师 高级技能专业教师 汽车维修高级考评员
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模块八 有色金属
朱明工作室
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金属元素除了铁、锰和铬之外，统称有色金属。有 色金属种类繁多，本模块仅介绍铜及铜合金、铝及铝合 金、轴承合金的分类、编号方法、性能特点及用途。
锡能显著提高耐蚀性，主要用于船舶及汽车的零件；
铅能改善切削加工性能，提高耐磨性，故铅黄铜用 于钟表零件； 硅能显著提高黄铜的机械性能、耐蚀性，具良好铸 造性能，用于船舶及化工零件。
其牌号为H+主加元素符号+铜及各合金元素的名义 质量分数，如HPb59-1。
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5.铸造黄铜：采用铸造方法来生产的黄铜。其代号 为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数，如： 朱明工作室 zhubob@ ZCuZn38、ZCuZn40Pb2等。
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①锡青铜：以锡为主要添加元素的铜基合金。耐蚀、 耐磨、强度高、弹性好，常用牌号有QSn4-3等，用于弹簧、 朱明工作室 zhubob@ 轴瓦、衬套等耐磨零件。 ②铝青铜：以铝为主要合金元素的铜基合金。它有良 好的力学性能，耐蚀、耐磨，有良好的铸造性能，受冲击 无火花。常用牌号有QAl9-4，QAl5等，用于轴套、齿轮、 蜗轮、管路配件等。
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任务一：选择材料制造汽车发动机散热器
朱明工作室
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汽车发动机散热器的材料可选用导热性好的银、铜、 金、铝等，不过金和银的价格较高，而铝的延展性不如 铜，所以在生产中广泛使用铜合金。见下面的对比： 热传导系数的定义为：每单位长度、每度K（绝对 温度），可以传送多少瓦数的能量，单位为： “w/m·K”，该数值越大说明导热性能越好。 1.纯银导热系数为429。 2.纯铜导热系数为401； 黄铜导热系数为108.9/； 铍铜导热系数为195。 3.纯金导热系数为317。 4.纯铝导热系数为240。
司母戊鼎是商后期(约公元前十四世纪至公元前十 一世纪)铸品,原器1939年3月出土于河南安阳侯家庄武 朱明工作室 官村。此鼎形制雄伟，重达 832.84公斤，高133厘米、 zhubob@ 口长110厘米、口宽79厘米，是迄今为止出土的最大最 重的青铜器。司母戊鼎初为乡人私自挖掘,出土后因过 大过重不易搬迁,私掘者又将其重新掩埋。司母戊鼎在 1946年6月重新出土。新中国成立后,于1959年入藏中国 历史博物馆。 此鼎器形庞大浑厚,其腹部铸有“司母戊”3字;是 商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。司母戊鼎的鼎身和鼎 足为整体铸成,鼎耳是在鼎身铸好后再装范浇铸的。铸 造这样高大的铜器，所需金属料当在1000千克以上，且 必须有较大的熔炉。经测定,司母戊鼎含铜84.77%,锡 11.64%,铅2.79%，其他0.8%。与古文献记载制鼎的铜锡 比例基本相符。司母戊鼎充分显示出商代青铜铸造业的 生产规模和技术水平。
（a）记忆合金（b）马 达 （c）蚂 蚁 授人以鱼不如授人以渔
（d） 人
实例：用钛-镍形状记忆合金制造的人造卫星天线 科学家用当时刚刚发现不久的形状记忆合金丝制成 朱明工作室 zhubob@ 了如图a所示的抛物线形天线。在宇宙飞船发射之前， 首先将抛物面天线折叠成一个小球，如图b所示，这样 很容易就能装进宇宙飞船上的登月舱内。当登月舱在月 球上成功着陆后，只需利用太阳的辐射能对小球加温如 图c所示，折叠成球形的天线因具有形状 “ 记忆 ” 功能便会自然展开，恢复到原始的抛物面形状，如图d 所示 。
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新型合金之一储氢合金：
朱明工作室 Ti- Fe 、La-Ni储氢合金可用于以H2为燃料的汽车钛 zhubob@ 合金：亲生物金属人造骨头
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新型合金之二形状记忆合金：
朱明工作室 钛镍合金合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的 zhubob@ 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。形状记忆 效应可用下图所示的简单实验演示，原本弯弯曲曲的形状 记忆合金丝（a）经拉直后（b），只要放入盛有热水的烧 杯中，合金丝就会迅速恢复到和原来一摸一样的弯弯曲曲 的形状（c）。
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一.铜及铜合金 铜及其合金是人类应用最早的金属，目前工业上使用 朱明工作室 zhubob@ 的主要有工业纯铜、黄铜、青铜。 1.工业纯铜
纯铜呈玫瑰红色，因表面经常形成一层紫红色的氧化 物 ， 俗 称 紫 铜 、 电 解 铜 。 其 熔 点 为 1083℃ ， 密 度 为 8.96g/cm3，为面心立方晶格。
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第三套人民币硬币 1元硬币： 铜镍合金 5角硬币：铜锌合金 2角硬币： 铜锌合金 1角硬币： 铜锌合金 第四套人民币硬币 1元硬币： 钢芯镀镍 5角硬币： 铜锌合金 1角硬币： 铝镁合金 第五套人民币硬币 1元硬币： 钢芯镀镍 5角硬币： 钢芯镀铜合金 1角硬币： 铝合金
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实例：用钛-镍形状记忆合金制造的医用腔内支架的 应用原理示意
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（a）预压缩
（b）受热扩张后
（c）植入腔道内效果
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实例：用钛-镍形状记忆合金在其它领域的应用 作为一类新兴的功能材料，形状记忆合金的很多新 朱明工作室 zhubob@ 用途正不断被开发。记忆合金还可以制成任意变形的眼 镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加 热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以 用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加 加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。
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6.青铜
除 黄 铜 、 白 铜 以 外 的 铜 合 金 均 称 为朱明工作室 青铜。 zhubob@ 工业上常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。一般都有高 的耐蚀性、较高的导电导热性及良好的切削加工性。分为 压力加工青铜，代号为Q+第一个主加元素的化学符号及其 名义质量分数-数字（其它合金元素的名义质量分数）， 如QSn4-3表示含锡4％，含锌3％。 铸造青铜，代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名 义 质 量 分 数 + 合 金 元 素 2 及 其 名 义 质 量 分 数 +„„ 如 ZCuSn10Zn2。
(a) 原始形状
(b) 拉 直 授人以鱼不如授人以渔
(c) 加热后恢复
形状记忆合金不仅单次“记忆”能力几乎可达百分 之百，即恢复到和原来一模一样的形状，更可贵之处在 朱明工作室 zhubob@ 于这种“记忆”本领即使重复500万次以上也不会产生 丝毫疲劳断裂。因此，形状记忆合金享有“永不忘本”、 “百折不挠”等美誉，被比作一个人应具有的永不变节、 坚贞不屈的精神和气节。 形状记忆合金（a）能撑起自重100倍以上的重量， 马达（b）的驱动力可达自重的50倍，而蚂蚁（c）和人 （d）则分别是20倍和2倍。
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3.压力加工普通黄铜：也叫二元黄铜，是Cu-Zn二 元合金。根据含锌量，可分为（小于39％）单相（α ） 朱明工作室 zhubob@ 黄铜和（39％～45％）双相（α ＋β ）黄铜两种。 ①α 相是锌溶于铜中的固溶体，溶解度随温度的下 降而增大，为面心立方晶格，塑性好，可冷热加工。 ②α ＋β 相是以电子化合物CuZn为基的固溶体，室 温下较脆，但加热到450℃以上时，塑性良好。其性能 随锌含量增加，起初强度和塑性都提高，而后由于出现 了β 相，强度继续升高，但塑性下降，直至全部为β 相 时，强度塑性急剧下降，如下页图所示。 其牌号为H+铜的名义质量分数，如H62。而H70、 H68又称为三七黄铜，因强度高，塑性好常用来制作枪 弹壳和炮弹筒，有“弹壳黄铜”之称。
纯铜的性能特点：具有很高的导电导热性，仅次于银； 化学稳定性高，抗大气腐蚀性好，无磁性，塑性好，但强 度低。
牌号：工业纯铜牌号为T+顺序号，共有T1,T2, T3,T4； 序号越大，纯度越低（见下图）。
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2.黄铜 黄铜以锌为主要合金元素的铜基合金。它具有良好 朱明工作室 zhubob@ 的力学性能、加工成形性、导电性和导热性，价格较低， 是有色金属中应用最广的金属材料。可分为普通和特殊 黄铜两类，按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜。
③铍青铜：以铍为主要合金元素的铜基合金。有很高 的强度、硬度疲劳极限和弹性极限，耐蚀、耐热、无磁性、 导电导热性好，受冲击无火花，冷热加工，铸造性能均好。 常用牌号有QBe2，主要用于制作高级精密的弹性元件，如 弹簧、膜片。特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和发条， 高速高温高压下的轴承、衬套。
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7.本任务的结论（课本P129）： 根据对铜合金性能特点及主要用途的分析，依据发 朱明工作室 zhubob@ 动机散热器使用性能要求，最好选用普通黄铜制造，例 如H68。
授人以鱼不如授人以渔
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战国初期的曾侯乙编钟（青铜器）
授人以鱼不如授人以渔
司母戊鼎是中国商代后期（约公元前16世纪至公元 前11世纪）王室祭祀用的青铜方鼎，1939年3月19日在 朱明工作室 zhubob@ 河南省安阳市武官村一家的农地中出土，因其腹部著有 “司母戊”三字而得名，现藏中国国家博物馆。 司母戊鼎器型高大厚重，又称司母戊大方鼎，高 133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重832.84千克， 鼎腹长方形，上竖两只直耳（发现时仅剩一耳，另一耳 是后来据另一耳复制补上），下有四根圆柱形鼎足，是 中国目前已发现的最重的青铜器。该鼎是商王祖庚或祖 甲为祭祀其母所铸。
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金属材料与热处理 ---7
主讲: 朱明
高级技师、经济师、工程师 高级技能专业教师 汽车维修高级考评员
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模块八 有色金属
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金属元素除了铁、锰和铬之外，统称有色金属。有 色金属种类繁多，本模块仅介绍铜及铜合金、铝及铝合 金、轴承合金的分类、编号方法、性能特点及用途。
锡能显著提高耐蚀性，主要用于船舶及汽车的零件；
铅能改善切削加工性能，提高耐磨性，故铅黄铜用 于钟表零件； 硅能显著提高黄铜的机械性能、耐蚀性，具良好铸 造性能，用于船舶及化工零件。
其牌号为H+主加元素符号+铜及各合金元素的名义 质量分数，如HPb59-1。
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5.铸造黄铜：采用铸造方法来生产的黄铜。其代号 为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数，如： 朱明工作室 zhubob@ ZCuZn38、ZCuZn40Pb2等。
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①锡青铜：以锡为主要添加元素的铜基合金。耐蚀、 耐磨、强度高、弹性好，常用牌号有QSn4-3等，用于弹簧、 朱明工作室 zhubob@ 轴瓦、衬套等耐磨零件。 ②铝青铜：以铝为主要合金元素的铜基合金。它有良 好的力学性能，耐蚀、耐磨，有良好的铸造性能，受冲击 无火花。常用牌号有QAl9-4，QAl5等，用于轴套、齿轮、 蜗轮、管路配件等。
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任务一：选择材料制造汽车发动机散热器
朱明工作室
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汽车发动机散热器的材料可选用导热性好的银、铜、 金、铝等，不过金和银的价格较高，而铝的延展性不如 铜，所以在生产中广泛使用铜合金。见下面的对比： 热传导系数的定义为：每单位长度、每度K（绝对 温度），可以传送多少瓦数的能量，单位为： “w/m·K”，该数值越大说明导热性能越好。 1.纯银导热系数为429。 2.纯铜导热系数为401； 黄铜导热系数为108.9/； 铍铜导热系数为195。 3.纯金导热系数为317。 4.纯铝导热系数为240。