金属材料性质36页PPT
硅的基本性质
硅的基本性质(共36页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章硅的基本性质硅属元素周期表第三周期ⅣA族，原子序数l4，原子量28．085。
硅原子的电子排布为1s22s22p63s23p2，原子价主要为4价，其次为2价，因而硅的化合物有二价化合物和四价化合物，四价化合物比较稳定。
地球上硅的丰度为25．8％。
硅在自然界的同位素及其所占的比例分别为：28Si为92．23％，29Si为4．67％，30Si为3．10％。
硅晶体中原子以共价键结合，并具有正四面体晶体学特征。
在常压下，硅晶体具有金刚石型结构，晶格常数a=0．5430nm，加压至l5GPa，则变为面心立方型，a=0．6636nm。
硅是最重要的元素半导体，是电子工业的基础材料，它的许多重要的物理化学性质，如表1．1 所示。
表1．1 硅的物理化学性质(300K)[4，6]①本书中关于分子、原子、离子密度、浓度的单位简写为cm-3或cm-2。
续表性质符号单位硅(Si)磁化率德拜温度介电常数本征载流子浓度本征电阻率电子迁移率空穴迁移率电子有效质量空穴有效质量电子扩散系数空穴扩散系数禁带宽度(25℃) 导带有效态密度价带有效态密度器件最高工作温度χθDε0n iρiμnμpm n﹡m p﹡D nD pE g(△W e)N cN v厘米-克-秒电磁制K个／cm3Ω·cmcm2／(V·s)cm2／(V·s)ggcm2／scm2／seVcm-3cm-3℃×10-6650×1010×l051350480m n﹡‖=m n﹡⊥=m h﹡p=m l﹡p = (4K)×1019×10192501．1 硅的基本物理和化学性质1．1．1 硅的电学性质半导体材料的电学性质有两个十分突出的特点，一是导电性介于导体和绝缘体之间，其电阻率约在10-4～1010Ω·cm范围内；二是电导率和导电型号对杂质和外界因素(光、热、磁等)高度敏感。
钢铁材料及其用途.pptx
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二、合金工具钢
合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度 和耐磨性,还具有更高的红硬性。
1、合金刃具钢
用途：主要用于制造各种
铣
金属切削刀具，如车刀、铣刀、
刀
钻头等。
英制模板刀
性能： （1）高硬度，60HRC以上； （2）高的耐磨性； （3）高热硬性 ； （4）足够的塑性和韧性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金 钢.它主要包括不锈钢,耐磨钢等.
1、不锈钢 能抵抗大气,酸,咸或其它介质腐蚀的钢。
不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生 活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵， 医疗手术器械，防锈刃具和量具等。
碳钢
1、常存杂质对碳钢性能影响
•
（3）硫的影响
杂质S几乎不溶于铁素体，而与Fe形成FeS存在于钢中或与Fe形成 共晶体。FeS及其共晶体溶点均低于热形变加工温度（1150～1250℃）， 使钢在热形变加工中产生“热脆性”。Mn使硫形成MnS，其熔点高达 1620℃，从而消除S引起的热脆性。
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前两位数字表示平均含碳量的万倍，后面数字表示合金元素的 百倍。如60Si2Mn,40Cr等。Wc=0.60%
(2)合金工具钢的牌号 其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其平均 Wc>1% 时不标出；当Wc<1%前面数字表示含碳量的千倍。 如：9SiCr, Cr12,5CrMnMo等。Wc=0.9% 但高速钢不标含碳量，只写出合金元素符号及其含量。
合金调质钢、合金轴承钢
合金钢
合金工具钢
合金刃具钢：低刃合具金钢刃、具高钢速、钢高合金 合金模具钢 ：冷作模具钢、热作模具钢
铸铁及应用精.pptx
牌号
QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2
QT900-2
基体组织
F F F F+P P+F P P或回 火组织 B或回
力学性能
σ
σ
δ
（MPab） （MPas） （%）
不小于
400
250
18
400
250
15
450
310
10
500
σb MPa
σs δ MPa %
不小于
硬度 HBS
300
—6
330
—
8
≤150
350
200 10
370
— 12
450
270 6 150~200
550
340 4 180~230
650
430 2 210~260
700
530 2 240~290
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典型用途 用于制造形状复杂且承受振动 载荷的薄壁小型件，如汽车、拖 拉机的前后轮壳、管接头、低压 阀生门产等周。期长，工艺复杂，成本较高，
抗拉强度值，MPa
牌号
HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350
显微组织
基体
G
F
粗片
Fபைடு நூலகம்P
较粗片
P
中等片
P
较细片
细P S 或T
细片
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性能
耐磨性好 —— 石墨有利于润滑、储油。 抗压强度高——抗拉强度、塑韧性比钢低。 消震性好（是钢的十倍）—— G 组织松软 铸造性好 —— 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收
金属材料与热处理完整ppt课件
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
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亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
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相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
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五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
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七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
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六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
钛合金介绍PPT课件
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魏氏组织α 片结构的断裂韧性与屈服强度的关系
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α 稳定元素和间隙元素的固溶强化
间隙元素的硬化能力比α 稳定元素大，源于形成强的 局部定向电子结合键。
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β稳定元素的钛固溶强化作用
α +β 型钛合金的退火组织为α +β ，以TC加顺序号表示其合金
的牌号。 合金同时含有β 相稳定元素和α 相稳定元素。组织以α 相为主，β 相的数量通常不超过30%。 合金可通过淬火及时效进行强化，多在退火状态下使用。α+β 型钛合金的室温强度和塑性高于α 型钛合金，生产工艺比较简单， 通过改变成分和选择热处理制度又能在很宽的范围内改变合金的 性能，应用比较广泛，尤以TC4用途最广，用量最多。
（1）产生β相共析分解的元素，如铬、钴、锰、钨、铁、镍、
铜、银、金、钯、铂等。随温度降低， β相会发生共析分解， 析出α相及金属间化合物相。铜、硅等合金化时，共析转变快， 析出TiCu2，Ti5Si3。而铁、锰、铬、钴、镍等合金化时则速率 较慢，即使连续缓慢冷却，也可能转变不完全，保留一些残余 的β相。当快速冷却时，共析反应可以被完全抑制，过冷β相可 保留到室温，而不产生相变。
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气体杂质元素的作用
氢：稳定β相元素。
在335℃下，氢在α -Ti的溶解度为0.18%，并随温度降低而迅速 下降。故α相钛合金很容易发生氢脆，脆化原因是生成TiH2氢化物， 一般纯α-Ti的冲击韧性αK≈180J/cm2，当w(H)=0.015%时， αK 降至30J/cm2。因此，具有α 及α ＋β 组织的钛合金要求含氢量低， 一般采用真空冶炼，使含氢量较低。
常用金属材料手册
苏州锜达电子有限公司常用金属材料手册铬在钢中的角色多元且重要，它会形成安定而硬的炭化物，而且具抗腐蚀性，其主要作用有：A）增进钢的硬化能和渗炭作用；B）使钢在高温时仍具高强度；C）能增加耐磨耗性；D）增高钢之淬火温度；E）能增进钢的抗腐蚀性。
2.镍Ni镍在钢中的影响有：A）增进钢的硬化能；B）能降低热处理时的淬火温度，因之在处理时变形小；C）能增加钢的韧性；D）高镍合金钢耐腐蚀性，列如：不锈钢就含有8%左右的镍。
3.钨W钨能耐高温，而且溶于钢中会与碳形成碳化物称为碳化钨，能提高钢的强度。
此外：A）可以提高钢之淬火温度；B）加强钢之断面组织细微化，抵抗回火软化；C）可以降低淬火时钢之晶粒生长之趋势；D）钨钢刀具有红热硬度；E）可增加钢之保磁性，故可配入钢中而制造永久磁钢。
4.钒V钒可以无限量固溶入铁中，并阻止铁晶粒的成长，钒在钢中有脱酸除氧之能力，故含钒之钢其断面结晶密实，此外钒的作用还有：A）可以提高钢之淬火温度；B）改善硬化能，高温淬火加热时能防止其晶粒生长；C）有助于钢之结晶组织细微化。
5.锰Mn锰在钢中的影响有：A）在适量下，锰量增加可增加钢之最大强度及硬度；B）具有脱氧及脱硫功效，故锰能发挥钢之锻造性与可塑性；C）锰在钢中含量多，可降低钢之淬火温度；D）可增进钢之硬化深度，尤其在含碳量高之硬性锰钢尤为显著。
6. 钼Mo钼可增加钢之最大强度及硬度，其影响还有：A）能改善钢在高温下之抗拉及潜变强度；B）在工作红热情况下，能使钢之硬度保持不变；C）高速工具钢含钼，可予以较佳之切割性能；D）合金钢中加入钼可去除回火脆性。
钴为制造合金钢之重要元素，在钢中可以生成碳化物，但也可能有不良影响，它具有以下特性：A）钴可代替镍，如增加强度及耐热等性能；B）会降低钢的硬化能；C）能提高钢之淬火温度；D）增加钢之保磁能力，故为制造磁石钢之主要元素。
8.钛Ti钛在钢中易与碳形成碳化物TiC，其它特性：A）钛在不锈钢中，可以防止高温时铬量的局部减少，维持其防腐蚀能力；B）可以防止合金钢由高温徐冷时的脆化现象。
金属和合金的晶体结构.pptx
其最外层的电子数很 少，一般为1～2个， 不超过3个。
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价电子
§1.1 金属原子间的键合特点
结合力
当原子靠近到一定程 度时，原子间会产生 较强的作用力。
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§1.1 金属原子间的键合特点
外 层 稳定的八电子排布结构 电 子 接受或释放额外电子 作 用 共有电子 形 式
材料的原子排列
非晶态
原子排列短程有序或无序
非晶体的特点是：①结 构无序；②物理性质表 现为各向同性；③没有 固定的熔ຫໍສະໝຸດ ；④热导率 （导热系数）和膨胀性 小；
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§1.2 金属晶体典型结构
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§1.2 金属晶体典型结构
晶体
基元在三维空间呈规律性排列
长程有序 单个的原子、离子、分子或彼此
堆垛方式
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§1.12.材2 金料属的晶原体典子型排结列构
晶向
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§1.12.2材金料属的晶体原典子型排结列构
晶向指数
晶向指数的确定方法 ①建立以晶胞的边长作为单 位长度的右旋坐标系。 ②定出该晶向上任两点的坐 标。 ③用末点坐标减去始点坐标。 ④将相减后所得结果约成互 质整数，加一方括号。
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§1.1 金属原子间的键合特点
结合键的特性
结构特点
离子键 方向性不明显，配位数大
共价键
方向性明显， 配位数小，密度小
金属键
无方向性，配位 数大，密度大
力学性能 热力性质 电学性质 光学性质
强度高，劈裂性良好，硬度大 强度高，硬度大
有各种强度，有 塑性
第四章-金属钝化
尽管成相膜理论和吸附理论对金属钝化原因的看 法不同，但有两点是很重要的
✓ 已钝化的金属表面确实存在成相的固体产物膜，多数是 氧化物膜
✓ 氧原子在金属表面的吸附可能是钝化过程的第一步骤
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两个特征电流密度
ip、 imax
金属在整个阳极过程中，由于电极电位所处范围不 同，电极反应不同，腐蚀速度也不一样
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4.3 金属的钝化过程
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1. 氧化剂的氧化能力对金属的钝化行为的影响
f
Ept
e IV
d
c
III
Epp
a
b II
I
ip
易钝化金属在氧化能力不同的介质中钝化行为示意图
加入阳极性缓蚀剂，抑制阳极反应，使Ep和ip降 低
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(2)影响阴极极化曲线
使真实阴极极化曲线向上、向右移动 使阴极反应在金属表面上更容易进行。比如铬镍
不锈钢在稀硫酸中不能钝化，加入低氢过电位合 金元素Pt，能够钝化 增加溶液的氧化性，增大总的阴极电流密度。如 加入强氧化剂(铬酸盐，硝酸盐，亚硝酸盐等)、 通氧或增大溶解氧浓度
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EF愈正，表明金属丧失钝态的可能性愈大；反之， 则容易保持钝态
EF与溶液的pH值之间存在线形关系 EF =EF0- 0.0591PH
（EF0为标准状态下的Flade电位）
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4.4 金属的自钝化过程
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