金属所第一讲[材料科学的物理基础讲座]
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材料科学基础第一节金属变形概述PPT课件
滑移面为(001),并不是fcc的滑移面，故为
不动位错，由于位错 [110]与1[110]为不动位
错，造成其运动阻力增大，6故强度增大。
三、位错的增殖
1.F-R源 作用于弯曲位错线上的外加切应力：
Gb 2R
R—位错线弯曲半径 后退 下40 页
●图8-19
CD位错两端被钉扎， 当其受切应力作用时,会 发生弯曲由前面所介绍 的知识,弯曲严重两处位 错必为异号位错,相互抵 消,使位错线形成了位错 环而扫出晶体，CD位 错在线张力的作用下拉
12
（3）在不同滑移面的交线上，通过位错反 应形成固定位错，在被定扎的位错后面产生 位错的塞积，它将阻碍后续位错的继续运动。
二、滑移面及滑移方向
●为什么滑移面都是原子最密排面，滑移 方向都是最密排方向？
后退 下页
13
●三种典型金属的滑移面及滑移方向
晶格点 阵类型
fcc
滑移面
111
滑移方向
110
110
(3)1cm长的位错线上铁原子数为：
n 1cm
7
12.8 61 08cm4.0310 后退 下46 页
因位错线长为 10 8 cm，故位错线上总的铁原子数为
n8
78
15
2 1n 0 1 4 .0 1 3 0 10 4 .0 1 30
(4)偏聚于位错线下方的碳原子总数为：
n n 15 c 24.03 10
后退 下页
28
●扩展位错的交滑移：首先扩展位错会 先束集，然后交滑移到另一滑移面，再 分解为两个不完美位错，中间夹一层错； 层错能大，则d减小，扩展位错易于交滑 移。
●螺位错的交滑移
●扩展位错的交滑移
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第一章金属材料的基础知识PPT课件
32
3.按冶炼方法分类： 按炉别分：
转炉钢 转炉为梨形容器，因装料和出钢时需倾转炉体而得名。
电炉钢 电炉钢 主要是各种炼各种优质合金钢，它利用电极与炉
料之间的电弧产生的热量完成熔炼的过程。 4. 按脱氧程度和浇注制度分：
沸腾钢 脱氧不完全的钢，因为这种钢液在钢锭模中冷凝时残
存的氧与碳发生反应。
FeO + C → Fe +CO CO气体使钢沸腾。 镇静钢 脱氧完全，基本上没有上述反应，钢液平静。 半镇静钢
只有一种金属元素的物质叫纯金属 由两种或两种以上的金属元素（或
金属与非金属元素）熔合在一起形 成的具有金属特性的物质叫合金。
7
金属材料就是指金属及合金。
当各个金属原子相互在一起形成固体
时，各金属原子与其价电子脱离变成
正离子，按照一定的几何形式排列，
并在其占据的位置上作高频率的振动,
价电子呈自由电子的形式在各离子间
27
炼钢炉中加入石灰是为了除去对钢的性质很 有害的S、P等杂质。 P2O5 +3CaO =Ca3(PO4)2 SiO2 + CaO = Ca SiO3 SO2 + CaO +O2 =Ca SO4 MnO + SiO2 =Mn SiO3
氧化后生成的CO气体很容易除去，其他氧化 物在熔剂的作用下变成熔渣除去。所有的 氧化反应都是强放热反应，能保持高温而 无须另外加热。
22
用纯氧代替空气可以克服由于空气 里的氮气的影响而使钢质变脆，以及 氮气排出时带走热量的缺点。在除去 大部分硫、磷后，当钢水的成分和温 度都达到要求时，即停止吹炼，提升 喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜， 钢水从出钢口注入钢水包里，同时加 入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水 合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭， 钢锭可以再轧制成各种钢材。
3.按冶炼方法分类： 按炉别分：
转炉钢 转炉为梨形容器，因装料和出钢时需倾转炉体而得名。
电炉钢 电炉钢 主要是各种炼各种优质合金钢，它利用电极与炉
料之间的电弧产生的热量完成熔炼的过程。 4. 按脱氧程度和浇注制度分：
沸腾钢 脱氧不完全的钢，因为这种钢液在钢锭模中冷凝时残
存的氧与碳发生反应。
FeO + C → Fe +CO CO气体使钢沸腾。 镇静钢 脱氧完全，基本上没有上述反应，钢液平静。 半镇静钢
只有一种金属元素的物质叫纯金属 由两种或两种以上的金属元素（或
金属与非金属元素）熔合在一起形 成的具有金属特性的物质叫合金。
7
金属材料就是指金属及合金。
当各个金属原子相互在一起形成固体
时，各金属原子与其价电子脱离变成
正离子，按照一定的几何形式排列，
并在其占据的位置上作高频率的振动,
价电子呈自由电子的形式在各离子间
27
炼钢炉中加入石灰是为了除去对钢的性质很 有害的S、P等杂质。 P2O5 +3CaO =Ca3(PO4)2 SiO2 + CaO = Ca SiO3 SO2 + CaO +O2 =Ca SO4 MnO + SiO2 =Mn SiO3
氧化后生成的CO气体很容易除去，其他氧化 物在熔剂的作用下变成熔渣除去。所有的 氧化反应都是强放热反应，能保持高温而 无须另外加热。
22
用纯氧代替空气可以克服由于空气 里的氮气的影响而使钢质变脆，以及 氮气排出时带走热量的缺点。在除去 大部分硫、磷后，当钢水的成分和温 度都达到要求时，即停止吹炼，提升 喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜， 钢水从出钢口注入钢水包里，同时加 入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水 合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭， 钢锭可以再轧制成各种钢材。
金属材料基础知识讲座
金属材料基础知识
Hale Waihona Puke 一、金属材料常见加工方法 铸造：冶炼好的液态金属浇注到铸型（或模
具）中凝固成毛坯或成品的成形方法。如轧 机牌坊、机床床身等。 焊接：采用加热、加压或两者并用的方法将 金属材料连接到一起的成形方法。如天车、 轮船、桥梁等。 压力加工：在一定压力下（加热或不加热） 使金属材料成形的方法。如锻造、轧制等。
4、铁碳相图
5、铁碳相图简介 ①、铁碳合金按其含碳量及室温组织分类： A、工业纯铁（〈0.0218%C〉）显微组织为铁素体。 B、钢（0.0218%～2.11%C），其特点是高温组织为单 相奥氏体，具有良好的塑性，适用于锻造、轧制，工业 上应用广泛。根据其室温组织又将其分为三类：
亚共析钢（＜0.77%C）—组织为铁素体和珠光体；
6）N：氮能溶于铁素体，在钢空冷或淬火情况下形成
含氮量过饱和的α固溶体。这种固溶体在591℃时最大 溶氮量为0.1%，随着温度降低，氮在铁中的溶解度急 剧下降，并以Fe4N形式析出。因此含氮的淬火钢易引 起时效硬化，使强度、硬度升高，塑性、韧性下降。这 种时效硬化现象对锅炉钢板、化工容器及深冲零件都是 不利的，因为这样可造成局部地区脆化，影响锅炉及化 工容器的安全使用，所以从时效的角度考虑N是有害元 素。但是，如果钢中含有Al、V、Nb等合金元素时，能 形成弥散度很高的AlN、VN、NbN等特殊氮化物，使 铁素体强化并细化晶粒，此时钢的强度和韧性都可显著 提高。 7）H：氢的原子半径很小，能以离子或原子形式溶入 液态或固态钢中，溶入固态钢中便形成间隙固溶体。随 着钢中含氢量的增加，钢的塑性、韧性急剧降低，引起 所谓氢脆。如果氢在钢中聚集成分子状态析出，在局部 区域形成很高的压力，造成钢材的内部裂纹，在断口上 呈现银灰色斑点，即白点。使钢的断裂强度降低，因此 氢是钢中的有害杂质。
Hale Waihona Puke 一、金属材料常见加工方法 铸造：冶炼好的液态金属浇注到铸型（或模
具）中凝固成毛坯或成品的成形方法。如轧 机牌坊、机床床身等。 焊接：采用加热、加压或两者并用的方法将 金属材料连接到一起的成形方法。如天车、 轮船、桥梁等。 压力加工：在一定压力下（加热或不加热） 使金属材料成形的方法。如锻造、轧制等。
4、铁碳相图
5、铁碳相图简介 ①、铁碳合金按其含碳量及室温组织分类： A、工业纯铁（〈0.0218%C〉）显微组织为铁素体。 B、钢（0.0218%～2.11%C），其特点是高温组织为单 相奥氏体，具有良好的塑性，适用于锻造、轧制，工业 上应用广泛。根据其室温组织又将其分为三类：
亚共析钢（＜0.77%C）—组织为铁素体和珠光体；
6）N：氮能溶于铁素体，在钢空冷或淬火情况下形成
含氮量过饱和的α固溶体。这种固溶体在591℃时最大 溶氮量为0.1%，随着温度降低，氮在铁中的溶解度急 剧下降，并以Fe4N形式析出。因此含氮的淬火钢易引 起时效硬化，使强度、硬度升高，塑性、韧性下降。这 种时效硬化现象对锅炉钢板、化工容器及深冲零件都是 不利的，因为这样可造成局部地区脆化，影响锅炉及化 工容器的安全使用，所以从时效的角度考虑N是有害元 素。但是，如果钢中含有Al、V、Nb等合金元素时，能 形成弥散度很高的AlN、VN、NbN等特殊氮化物，使 铁素体强化并细化晶粒，此时钢的强度和韧性都可显著 提高。 7）H：氢的原子半径很小，能以离子或原子形式溶入 液态或固态钢中，溶入固态钢中便形成间隙固溶体。随 着钢中含氢量的增加，钢的塑性、韧性急剧降低，引起 所谓氢脆。如果氢在钢中聚集成分子状态析出，在局部 区域形成很高的压力，造成钢材的内部裂纹，在断口上 呈现银灰色斑点，即白点。使钢的断裂强度降低，因此 氢是钢中的有害杂质。
《材料科学基础》培训讲座.pptx
650 Mb，1.3G
单面单层为4.7 Gb
特点 容量小，文本文件存储 CD光盘，价低，用量大
需专用驱动器，价格高，局 在广告图形用户
CD－RW和CD光盘，用量
• 飞机和材料
从莱特兄弟实现飞行的梦想以来，航空和航天器发生了巨变。为了飞得快 和远，就要采用强度高和比重小的材料，重视材料的比强度，即强度/比重 之比。因此，航空和航天器中铝、镁合金用量大。随着航空技术的进一步发 展，轻质和高比强度的钛合金、碳纤维高分子复合材料、硼纤维金属复合材 料等得到愈来愈多的采用。
材料科学基础的地位
人类社会发展的历史阶段常常用当时主要使用的材料来划分。从古代到现在 类使用材料的历史共经历了七个时代，各时代的开始时间：
石器时代（公元前10万年） 青铜器时代（公元前3000年） 铁器时代（公元前1000年） 水泥时代（公元0年） 钢时代（1800年） 硅时代（1950年） 新材料时代（1990年）
材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的发现、分析
了解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统一描绘或模型 以及解释这种结构与性能之间的关系。它包括下面的三个环节 核心是结构和性能。
材料工程：是工程的一个领域，其目的在于经济地，而又
社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。它包括下面的 个环节。
材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的 不同或者说各自强调的重点不同，它们之间并没有一 条明确的界限。
《材料科学基础》
《Foundations of Materials Science》
主讲：徐敏虹
绪论
一、《材料科学基础》的基本概念 二、《材料科学基础》的地位 三、学习《材料科学基础》的意义 四、《材料科学基础》的内容 五、如何学好《材料科学基础》
单面单层为4.7 Gb
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CD－RW和CD光盘，用量
• 飞机和材料
从莱特兄弟实现飞行的梦想以来，航空和航天器发生了巨变。为了飞得快 和远，就要采用强度高和比重小的材料，重视材料的比强度，即强度/比重 之比。因此，航空和航天器中铝、镁合金用量大。随着航空技术的进一步发 展，轻质和高比强度的钛合金、碳纤维高分子复合材料、硼纤维金属复合材 料等得到愈来愈多的采用。
材料科学基础的地位
人类社会发展的历史阶段常常用当时主要使用的材料来划分。从古代到现在 类使用材料的历史共经历了七个时代，各时代的开始时间：
石器时代（公元前10万年） 青铜器时代（公元前3000年） 铁器时代（公元前1000年） 水泥时代（公元0年） 钢时代（1800年） 硅时代（1950年） 新材料时代（1990年）
材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的发现、分析
了解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统一描绘或模型 以及解释这种结构与性能之间的关系。它包括下面的三个环节 核心是结构和性能。
材料工程：是工程的一个领域，其目的在于经济地，而又
社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。它包括下面的 个环节。
材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的 不同或者说各自强调的重点不同，它们之间并没有一 条明确的界限。
《材料科学基础》
《Foundations of Materials Science》
主讲：徐敏虹
绪论
一、《材料科学基础》的基本概念 二、《材料科学基础》的地位 三、学习《材料科学基础》的意义 四、《材料科学基础》的内容 五、如何学好《材料科学基础》
关于金属材料的物理性质 课件
钨如的果熔镀点金高则，会锡增的加熔成点本低且；不如耐果用用。锡，则锡丝易烧断。
考虑物质的用途时，首 先要考虑物质的___性__质，
还需要考虑那些因素？
金属之最
地壳中含量最高的金属元素── 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 硬度最大的金属── 铬 熔点最高的金属── 钨 熔点最低的金属── 汞
我们日常生活用品很多是用金属材料制 成的。根据生活经验，填写下表：
导热
导热
硬度 大
耐腐 蚀
导电
合金 球墨铸铁 锰钢
不锈钢 黄铜
青铜
白铜 焊锡 硬铝
常见合金的主要成分、性能和用途
主要成分
主要性能
主要用途
铁、碳、硅、锰
机械强度好
在某些场合可代替钢
铁、锰、碳
韧性好、硬度大
钢轨、挖掘机铲斗、坦克 装甲、自行车架
铬铁银 铜 金 铝铅
（ 9 4~5 2.5~4 2.5~3 2.5~3 2~2.9 1.5 （小）
通过观察上面的表大）格，你对金属的物理性质又有哪些新的认识？
一般情况下，金属的密度比较大、熔点比较高、硬度比较大。
讨论：2341..为银为什什的么么导菜灯有电刀泡的性、铁里比镰制的铜品刀灯好如、丝，水锤用为龙子钨什头等制么等用而电要铁不线镀制用一铬而锡般？不制用如用？铜果铅如制镀制果而金？用不怎锡用么银样制? ？ 制铬的硬话度，大可,铅银能耐的的会磨硬价出、度格现美小比什观,铜而么，高铁情又的许况防硬多？锈度；大金的价格高、硬度小
钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨
1、制作电线的金属材料一般是
(B )
A.铁 B.铜 C.银 D.镁
考虑物质的用途时，首 先要考虑物质的___性__质，
还需要考虑那些因素？
金属之最
地壳中含量最高的金属元素── 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 硬度最大的金属── 铬 熔点最高的金属── 钨 熔点最低的金属── 汞
我们日常生活用品很多是用金属材料制 成的。根据生活经验，填写下表：
导热
导热
硬度 大
耐腐 蚀
导电
合金 球墨铸铁 锰钢
不锈钢 黄铜
青铜
白铜 焊锡 硬铝
常见合金的主要成分、性能和用途
主要成分
主要性能
主要用途
铁、碳、硅、锰
机械强度好
在某些场合可代替钢
铁、锰、碳
韧性好、硬度大
钢轨、挖掘机铲斗、坦克 装甲、自行车架
铬铁银 铜 金 铝铅
（ 9 4~5 2.5~4 2.5~3 2.5~3 2~2.9 1.5 （小）
通过观察上面的表大）格，你对金属的物理性质又有哪些新的认识？
一般情况下，金属的密度比较大、熔点比较高、硬度比较大。
讨论：2341..为银为什什的么么导菜灯有电刀泡的性、铁里比镰制的铜品刀灯好如、丝，水锤用为龙子钨什头等制么等用而电要铁不线镀制用一铬而锡般？不制用如用？铜果铅如制镀制果而金？用不怎锡用么银样制? ？ 制铬的硬话度，大可,铅银能耐的的会磨硬价出、度格现美小比什观,铜而么，高铁情又的许况防硬多？锈度；大金的价格高、硬度小
钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨
1、制作电线的金属材料一般是
(B )
A.铁 B.铜 C.银 D.镁
金属学基础精选课件
①原子在三维空间呈不规则的排列。
②没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最 终变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青 等。
③各个方向上的原子密集程度大致相同，即具有各 向同性。
二、晶格与晶胞
1、晶格 将每个原子视为一个几何质点，并用一些假想的几何线条将 各质点连接起来，便形成一个空间几何格架。这种抽象的用 于描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架称为晶格。
第一章金属学基础
§1.1 金属的力学性能 §1.2 金属的物理性能 §1.3 金属的晶体结构
§1.4 金属的结晶 §1.5 合金的结构与结晶
§1.6 铁碳合金相图 §1.7 金属受力时结构和性能的变化
第一节金属的力学性能
❖ 通常机械零件或工程结构在工作中都要受 到外力的作用，金属在外力作用下所表现 的性能叫做力学性能。
❖ 物理意义：温度从T0到T1每升高1度时物体单 位长度的变化率。
❖ 线膨胀系数大，引发的焊接应力与变形就大
四、导热性
❖ 导热性是指在物体内部或互相接触的物体之 间存在温度差时，热量从高温到低温的移动 能力，用热导率λ表示。单位为W/(m. ℃) 或 W/(m. K)
五、导电性
❖ 导电性：金属传导电流的能力。常用导电率 表示，符号为γ，单位为s/m
凝固：物质由液态冷却转变为固态的过程
结晶:如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的
❖ 纯铁的同素异构转变过程：
α-Fe（体心 ）912℃ γ-Fe（面心） 1394 ℃ δ-Fe（体心 ）
课堂练习
❖ 1、常见的金属晶体结构类型有哪些?画出其 晶胞图，并举例。 2、金属的晶体缺陷有那些？ 3、名词解释：晶格；晶胞；同素异构转变 4、纯铁的同素异构转变过程？
②没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最 终变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青 等。
③各个方向上的原子密集程度大致相同，即具有各 向同性。
二、晶格与晶胞
1、晶格 将每个原子视为一个几何质点，并用一些假想的几何线条将 各质点连接起来，便形成一个空间几何格架。这种抽象的用 于描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架称为晶格。
第一章金属学基础
§1.1 金属的力学性能 §1.2 金属的物理性能 §1.3 金属的晶体结构
§1.4 金属的结晶 §1.5 合金的结构与结晶
§1.6 铁碳合金相图 §1.7 金属受力时结构和性能的变化
第一节金属的力学性能
❖ 通常机械零件或工程结构在工作中都要受 到外力的作用，金属在外力作用下所表现 的性能叫做力学性能。
❖ 物理意义：温度从T0到T1每升高1度时物体单 位长度的变化率。
❖ 线膨胀系数大，引发的焊接应力与变形就大
四、导热性
❖ 导热性是指在物体内部或互相接触的物体之 间存在温度差时，热量从高温到低温的移动 能力，用热导率λ表示。单位为W/(m. ℃) 或 W/(m. K)
五、导电性
❖ 导电性：金属传导电流的能力。常用导电率 表示，符号为γ，单位为s/m
凝固：物质由液态冷却转变为固态的过程
结晶:如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的
❖ 纯铁的同素异构转变过程：
α-Fe（体心 ）912℃ γ-Fe（面心） 1394 ℃ δ-Fe（体心 ）
课堂练习
❖ 1、常见的金属晶体结构类型有哪些?画出其 晶胞图，并举例。 2、金属的晶体缺陷有那些？ 3、名词解释：晶格；晶胞；同素异构转变 4、纯铁的同素异构转变过程？
金属学基础PPT课件
物理意义：温度从T0到T1每升高1度时物体单 位长度的变化率。
线膨胀系数大，引发的焊接应力与变形就大
四、导热性
导热性是指在物体内部或互相接触的物体之 间存在温度差时，热量从高温到低温的移动 能力，用热导率λ表示。单位为W/(m. ℃) 或W/(m. K)
五、导电性
导电性：金属传导电流的能力。常用导电率 表示，符号为γ，单位为s/m
第一章金属学基础
§1.1 金属的力学性能 §1.2 金属的物理性能 §1.3 金属的晶体结构
§1.4 金属的结晶 §1.5 合金的结构与结晶
§1.6 铁碳合金相图 §1.7 金属结构在工作中都要受 到外力的作用，金属在外力作用下所表现 的性能叫做力学性能。
金属导电能力大小的顺序与热导率基本相同
第三节 金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
晶体的特点是： ①原子在三维空间呈有规则地周期性重复排列。 ②具有一定的熔点，绝大多数固体金属属于晶体： 如铁的熔点为1538℃，铜的熔点为1083℃。 ③晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶 体具有各向异性。
§1-3 金属的晶体结构
Ⅰ、点缺陷 ：空位和间隙原子
Ⅱ、线缺陷 ：位错
Ⅲ、面缺陷：晶界和亚晶界
二、晶体缺陷
1、点缺陷
点缺陷的存在使金属能够比较容易的发 生扩散现象
2. 线缺陷-位错
位错的存在使金属能够比较容易发生塑性变形。
3. 面缺陷
面缺陷的存在使金属的强度提高
五、金属的同素异构转变
定义：某些金属在不同的温度（或压力下） 具有不同的晶体结构的现象，称为同素异构 转变或同素异晶性。
常用力学性能指标有硬度、强度、塑性和 韧性等。
一、硬度
线膨胀系数大，引发的焊接应力与变形就大
四、导热性
导热性是指在物体内部或互相接触的物体之 间存在温度差时，热量从高温到低温的移动 能力，用热导率λ表示。单位为W/(m. ℃) 或W/(m. K)
五、导电性
导电性：金属传导电流的能力。常用导电率 表示，符号为γ，单位为s/m
第一章金属学基础
§1.1 金属的力学性能 §1.2 金属的物理性能 §1.3 金属的晶体结构
§1.4 金属的结晶 §1.5 合金的结构与结晶
§1.6 铁碳合金相图 §1.7 金属结构在工作中都要受 到外力的作用，金属在外力作用下所表现 的性能叫做力学性能。
金属导电能力大小的顺序与热导率基本相同
第三节 金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
晶体的特点是： ①原子在三维空间呈有规则地周期性重复排列。 ②具有一定的熔点，绝大多数固体金属属于晶体： 如铁的熔点为1538℃，铜的熔点为1083℃。 ③晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶 体具有各向异性。
§1-3 金属的晶体结构
Ⅰ、点缺陷 ：空位和间隙原子
Ⅱ、线缺陷 ：位错
Ⅲ、面缺陷：晶界和亚晶界
二、晶体缺陷
1、点缺陷
点缺陷的存在使金属能够比较容易的发 生扩散现象
2. 线缺陷-位错
位错的存在使金属能够比较容易发生塑性变形。
3. 面缺陷
面缺陷的存在使金属的强度提高
五、金属的同素异构转变
定义：某些金属在不同的温度（或压力下） 具有不同的晶体结构的现象，称为同素异构 转变或同素异晶性。
常用力学性能指标有硬度、强度、塑性和 韧性等。
一、硬度
金属材料的物理特性金属PPT课件精选.pptx
自我小结
你知道了…
你还知道了…
课题一、金属材料
一、金属
1、金属的一些物理性质：大多数金属为银白色、固体、有光泽、能导电导热、熔沸点高、有延展性
二、合金
2、考虑物质用途时考虑多种因素
1、在金属中加热熔合某些金属或非金属，就可以制得合金
2、合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能也更好
锌
铜
铝
铝
铝
铁
钛
3、用来铸造硬币的合金需要具有什么性质？
资源丰富
无毒轻便
耐磨耐腐蚀
美观、易加工
4、科学家发现了一种新金属，它的一些性质如下：
熔点
2500℃
密度
3g/cm3
强度
与钢相似
导电性
良好
导热性
良好
抗腐蚀性
优异
这种金属的表面有一层氧化物保护层，试设想这种金属的可能用途。
通过本节课学习
纯铁
铁的合金
生铁
钢
（含碳量不同）
（2%~4.3%）硬度比纯铁硬
（0.03%~2%）硬度、抗腐蚀性能增强
1、下列物质中不属于金属材料的是（ ）
A．铝合金 B．铁锈 C．青铜器 D．不锈钢
2、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（ ）A、硬度很大、熔点很高 B、有良好的导电性、传热性C、是银白色的固体 D、易与酸反应产生氢气
钛金属腕表
用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线
形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料
低温下
1、以下铁的用途，涉及了那些铁的性质？
你知道了…
你还知道了…
课题一、金属材料
一、金属
1、金属的一些物理性质：大多数金属为银白色、固体、有光泽、能导电导热、熔沸点高、有延展性
二、合金
2、考虑物质用途时考虑多种因素
1、在金属中加热熔合某些金属或非金属，就可以制得合金
2、合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能也更好
锌
铜
铝
铝
铝
铁
钛
3、用来铸造硬币的合金需要具有什么性质？
资源丰富
无毒轻便
耐磨耐腐蚀
美观、易加工
4、科学家发现了一种新金属，它的一些性质如下：
熔点
2500℃
密度
3g/cm3
强度
与钢相似
导电性
良好
导热性
良好
抗腐蚀性
优异
这种金属的表面有一层氧化物保护层，试设想这种金属的可能用途。
通过本节课学习
纯铁
铁的合金
生铁
钢
（含碳量不同）
（2%~4.3%）硬度比纯铁硬
（0.03%~2%）硬度、抗腐蚀性能增强
1、下列物质中不属于金属材料的是（ ）
A．铝合金 B．铁锈 C．青铜器 D．不锈钢
2、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（ ）A、硬度很大、熔点很高 B、有良好的导电性、传热性C、是银白色的固体 D、易与酸反应产生氢气
钛金属腕表
用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线
形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料
低温下
1、以下铁的用途，涉及了那些铁的性质？
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氧的重量比＝1：2
(X’) 27.27% （重量比，现
(1)
代数据）
(Y’) 72.73% (2.666)
气体反应体积定律（1808 Gay-Lussac)
考虑体积问题：发现体积总保持简单整 数比（同温、同压下）
氧 ＋ 氢＝水
PV=C V/T=C’
100升 ？ （1个氧原子）
200升
200升
（2个氢原子） （2个水原子）
第五专题的主要信息：
1）相变的基本特征。 2）微观机理是什么
(Scaling, Universality, Critical exponents)？
考查方式：书面报告
• 创新性 • 有见解 •:
“If in some cataclysm, all of scientific knowledge were to be destroyed, and only one sentence passed on to the next generations of creatures, what statement could contain the most information in the fewest words?”
材料科学的物理基础
金晓峰
复旦大学物理系
2004年2月23日，沈阳
低维磁学研究的回顾与现状
金晓峰
复旦大学物理系
1. 现代磁学的发展简史 2. 低维问题的提出 3. 研究现状
2021/4/8
2001.12.10 沈2 阳
研究工作进展 金晓峰
复旦大学物理系
1. 实验室建设 2. 反常磁滞现象 3. Bcc-Ni 4. Fcc-Fe
爱因斯坦
光电效应的解释 （1905年） Einstein
=h(1-cos)/mec
=h(1-cos)/mec
de Broglie (1923)
P=h/ E=h
电子衍射 （1927年） Davisson Germer
10ML Fe/Cu(100) (135eV)
1）关于物质由原子构成的探索很有启发。 2）原子尺度的物理规律遵守新的法则。
第二专题的主要信息：
1）大量粒子组成的体系存在统计规律。 2）围绕熵的讨论是灵魂。
第三专题的主要信息：
1）何为材料的电子结构？ 2）已知电子结构有何用？
第四专题的主要信息：
1）这些材料的主要特征是什么？ 2）它们有什么用处？
一、材料的结构 二、材料的物性 三、材料制备的科学基础 四、展望
1.物质的原子论 2.物质的热力学性质 3.固态电子论 4.几类重要材料的性质
（半导体、磁性和超导材料）
5.物质的相变
没包含的内容
• 力学性质（熟悉） • 光学性质（时间限制） • 铁电的性质（专门，与磁相似）
第一专题的主要信息：
Dalton (道尔顿） 1803-08：
1.所有物质，不可无限分割，最小单位即原子。 2.原子的种类很多。各元素都有自己的原子。
相同元素的原子，性质和质量相同 不同元素的原子，性质和质量不同 3.化合物是其组成元素的原子聚集而成的“复杂原 子”，其成分元素的原子数目一定，有简单整数关 系。
氢
氧
作为万物之源的元素，决不是可 数的几种，一定会有更多种。现在的 各种金属都是元素。将来还会发现更 多。
PV＝C（等温）
Antoine Laurent Lavoisier (1734-94)
定量化学之父
拉瓦锡
燃烧学说 已确定的33元素种
单质元素 成酸元素
金属元素 土类元素
原子学说
Democritus (460-361 BC) 存在原子 Aristotele 无限可分，连续学说 (Bacon, Galileo, Boyle, Newton等支持, 18世 纪末风靡） Dalton (道尔顿）
氮
碳
水
氨
氧化氮
碳酸气
测定原子量－自古以来最勇敢 的创举
氢为1，氧为7，氮为5 （应该：氧为8，氮为14/3=4.7)
根据
7克氧气＋1克氢气＝8克水 5克氮气＋1克氢气＝6克氨气
定 比 定 律（1806 Proust)
A＋B
AB
（X克） （Y克）
反应物彼此的质量比总保持一定，从而反 应结果生成的物质组成也总保持一定。
STM-SMOKE-LEED-RHEED-AES (2002)
Si(111)(7x7)
电子的发现 （1897年） J.J. Thomson
原子核的发现 （1911年） Rutherford
普朗克
黑体辐射的解释 （1900年） Planck
原子为什么是稳定的？
氢原子模型 （1913年） N. Bohr
任何气体在相同体积中都含有相同数目的 原子，即密度相同。
1个水原子由1个氢原子和半个氧原子构成
1811 Avogadro 的分子假设
体现固有性质的最小微粒－分子 （包括化合物，甚至单质）
这样，将Gay-Cussac假设改成 “所有气体在相同体积中都含有相同 数目的分子”
矛盾没有了 物质 分子 原子
但Berthollet反对，物质并无一定组成，而与
过程有关。
实际上 N2＋O2 N2O NO NO2
倍 比 定 律 Daltan
二种元素化合可能生成二种或二种以上物质。这些物质 元素相同，但性质不同。显然是由原子数目上的差别所造成。 这种差别保持简单的数目。
碳（X) 42.86% (1)
氧（Y） 57.14% (1.333)
2021/4/8
3
2001.12.13 沈阳
缘起
* 物理重要，但是难学、更难用。 * 基本的理论框架和处理方法。 * 扩大知识面，便于吸收新知识。 * 对目前研究有所启发。
讲课方法
* 思想性第一，知识性第二。 *从研究的角度重新审视已有学说。
材料科学是研究材料的组成、结 构、工艺、性能及其相互关系的 学科。
一. 物质的原子论
古人的元素观
究竟天地万物由什么东西构成？ Aristoteles (384-322 BC) 水、气、土、火 炼金术
Robert Boyle (1625-1691)
化学之父 (波义耳）
“化学，到目前为止，还只认为在制 作医药和制造工业品方面有价值。但 是，我们想要学习的化学，决不应只 满足于充当医学和药学的婢女，工艺 或冶金的奴仆。”
“I believe it is the atomic hypothesis (or the atomic fact ,or whatever you wish to call it )that all things are made of atoms—little particles that move around in perpetual motion, attracting each other when they are a little distance apart, but repelling upon being squeezed into one another.”
(X’) 27.27% （重量比，现
(1)
代数据）
(Y’) 72.73% (2.666)
气体反应体积定律（1808 Gay-Lussac)
考虑体积问题：发现体积总保持简单整 数比（同温、同压下）
氧 ＋ 氢＝水
PV=C V/T=C’
100升 ？ （1个氧原子）
200升
200升
（2个氢原子） （2个水原子）
第五专题的主要信息：
1）相变的基本特征。 2）微观机理是什么
(Scaling, Universality, Critical exponents)？
考查方式：书面报告
• 创新性 • 有见解 •:
“If in some cataclysm, all of scientific knowledge were to be destroyed, and only one sentence passed on to the next generations of creatures, what statement could contain the most information in the fewest words?”
材料科学的物理基础
金晓峰
复旦大学物理系
2004年2月23日，沈阳
低维磁学研究的回顾与现状
金晓峰
复旦大学物理系
1. 现代磁学的发展简史 2. 低维问题的提出 3. 研究现状
2021/4/8
2001.12.10 沈2 阳
研究工作进展 金晓峰
复旦大学物理系
1. 实验室建设 2. 反常磁滞现象 3. Bcc-Ni 4. Fcc-Fe
爱因斯坦
光电效应的解释 （1905年） Einstein
=h(1-cos)/mec
=h(1-cos)/mec
de Broglie (1923)
P=h/ E=h
电子衍射 （1927年） Davisson Germer
10ML Fe/Cu(100) (135eV)
1）关于物质由原子构成的探索很有启发。 2）原子尺度的物理规律遵守新的法则。
第二专题的主要信息：
1）大量粒子组成的体系存在统计规律。 2）围绕熵的讨论是灵魂。
第三专题的主要信息：
1）何为材料的电子结构？ 2）已知电子结构有何用？
第四专题的主要信息：
1）这些材料的主要特征是什么？ 2）它们有什么用处？
一、材料的结构 二、材料的物性 三、材料制备的科学基础 四、展望
1.物质的原子论 2.物质的热力学性质 3.固态电子论 4.几类重要材料的性质
（半导体、磁性和超导材料）
5.物质的相变
没包含的内容
• 力学性质（熟悉） • 光学性质（时间限制） • 铁电的性质（专门，与磁相似）
第一专题的主要信息：
Dalton (道尔顿） 1803-08：
1.所有物质，不可无限分割，最小单位即原子。 2.原子的种类很多。各元素都有自己的原子。
相同元素的原子，性质和质量相同 不同元素的原子，性质和质量不同 3.化合物是其组成元素的原子聚集而成的“复杂原 子”，其成分元素的原子数目一定，有简单整数关 系。
氢
氧
作为万物之源的元素，决不是可 数的几种，一定会有更多种。现在的 各种金属都是元素。将来还会发现更 多。
PV＝C（等温）
Antoine Laurent Lavoisier (1734-94)
定量化学之父
拉瓦锡
燃烧学说 已确定的33元素种
单质元素 成酸元素
金属元素 土类元素
原子学说
Democritus (460-361 BC) 存在原子 Aristotele 无限可分，连续学说 (Bacon, Galileo, Boyle, Newton等支持, 18世 纪末风靡） Dalton (道尔顿）
氮
碳
水
氨
氧化氮
碳酸气
测定原子量－自古以来最勇敢 的创举
氢为1，氧为7，氮为5 （应该：氧为8，氮为14/3=4.7)
根据
7克氧气＋1克氢气＝8克水 5克氮气＋1克氢气＝6克氨气
定 比 定 律（1806 Proust)
A＋B
AB
（X克） （Y克）
反应物彼此的质量比总保持一定，从而反 应结果生成的物质组成也总保持一定。
STM-SMOKE-LEED-RHEED-AES (2002)
Si(111)(7x7)
电子的发现 （1897年） J.J. Thomson
原子核的发现 （1911年） Rutherford
普朗克
黑体辐射的解释 （1900年） Planck
原子为什么是稳定的？
氢原子模型 （1913年） N. Bohr
任何气体在相同体积中都含有相同数目的 原子，即密度相同。
1个水原子由1个氢原子和半个氧原子构成
1811 Avogadro 的分子假设
体现固有性质的最小微粒－分子 （包括化合物，甚至单质）
这样，将Gay-Cussac假设改成 “所有气体在相同体积中都含有相同 数目的分子”
矛盾没有了 物质 分子 原子
但Berthollet反对，物质并无一定组成，而与
过程有关。
实际上 N2＋O2 N2O NO NO2
倍 比 定 律 Daltan
二种元素化合可能生成二种或二种以上物质。这些物质 元素相同，但性质不同。显然是由原子数目上的差别所造成。 这种差别保持简单的数目。
碳（X) 42.86% (1)
氧（Y） 57.14% (1.333)
2021/4/8
3
2001.12.13 沈阳
缘起
* 物理重要，但是难学、更难用。 * 基本的理论框架和处理方法。 * 扩大知识面，便于吸收新知识。 * 对目前研究有所启发。
讲课方法
* 思想性第一，知识性第二。 *从研究的角度重新审视已有学说。
材料科学是研究材料的组成、结 构、工艺、性能及其相互关系的 学科。
一. 物质的原子论
古人的元素观
究竟天地万物由什么东西构成？ Aristoteles (384-322 BC) 水、气、土、火 炼金术
Robert Boyle (1625-1691)
化学之父 (波义耳）
“化学，到目前为止，还只认为在制 作医药和制造工业品方面有价值。但 是，我们想要学习的化学，决不应只 满足于充当医学和药学的婢女，工艺 或冶金的奴仆。”
“I believe it is the atomic hypothesis (or the atomic fact ,or whatever you wish to call it )that all things are made of atoms—little particles that move around in perpetual motion, attracting each other when they are a little distance apart, but repelling upon being squeezed into one another.”