第六章 金属材料
第六章金属包装材料
化学稳定性 3. 金属包装容器制造 难点：金属的性能 本章节主要教学要求：学生应了解金属包装材料的种类，
掌握其性能和在包装上的应用，熟悉金属包装容器制造方 法。
第六章金属包装材料
第一节 金属包装材料简介
金属包装材料是传统的包装材料之一，在包装材料中占有很重要的地 位。金属包装容器从暂时贮存内装物品的机能演变到今天的食品罐头、 饮料容器、运输包装等；从生产到流通、消费形成一系列的容器，成了 长期保存内装物品的手段，金属容器给人类的工作和生活带来了很大的 变革和进步。
第六章金属包装材料
一、金属包装材料的发展历史
金属包装材料的应用始于公元1200年。 17世纪后叶，开始使用镀锡铁皮制作金属桶盛装干燥食品。 18世纪人们开始用食品罐贮藏食品。 1810年，英国商人Peter Durand发明了用马口铁罐（tin can）贮藏食品
的技术，开创了现代金属包装的纪元。 二次世界大战后，由于锡资源短缺，人们研制出镀锡量少或者无锡的制罐
铝系：主要有铝合金薄板和铝箔
按材料厚度分类
厚度大于或等于 0.2 mm 厚度小于 0.2 mm
第六章金属包装材料
1、钢材
钢材来源较丰富，能耗和成本也较低，占金属包装材料的首位。包装 用钢材主要是低碳薄钢板。具有良好的塑性和延展性，制桶制罐工艺 性好，综合防护性能优良。但冲拔性能没有铝材好。钢质包装材料最 大的缺点是耐蚀性差，必须采用表面镀层和涂料等方式才能使用。按 照表面镀层成份和用途的不同，钢桶包装用钢材主要有下面几类：
但损害涂料的涂饰性及其它表面性能
第六章金属包装材料
第六章金属包装材料
3、低碳薄钢板的用途 低碳薄钢板的用途主要有：制作运输包装用金属容器和钢质包装桶罐基 材。
第六章金属材料塑性变形(1)
第2节 多晶体金属的塑性变形
一、多晶体的塑性变形特点
1.不均匀的塑性变形过程
在多晶体金属中，由于每个晶粒的晶格位向都不同，
其滑移面和滑移方向的分布便不同，故在在同一外力
作用下，每个晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受的
分切应力便不同。施密特因子较大(接近1/2)，分切
应力较大的必将首先发生滑移变形，通常称这种位向
第6章 金属材料的塑性变形
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形
一、滑移变形的概念 二、滑移与切应力 三、滑移与位错的运动
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形 一、滑，晶体的一部分沿着一定的晶面(滑移面)的一定
滑移方向上的分切应力为：
称为施密特定律，τc是一常数，但 材料的屈服强度σs则随拉力轴相对 于晶体的取向不同而不同，即晶体
材料存在各向异性。
第六章金属材料塑性变形(1)
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形 三、滑移与位错的运动
第六章金属材料塑性变形(1)
第1节 单晶体金属的塑性变形 三、滑移与位错的运动
的晶粒为处于“软位向”；而滑移面或滑移方向处于
或接近于与外力相平行或垂直，即施密特因子较小
(接近0)的晶粒则处于“硬位向”，它们所受的分切
应力将较小，较难发生滑移。由此可见，由于多晶体
金属中每个晶粒所取的位向不同，金属的塑性变形将
会在不同晶粒中逐批发生，是个不均匀的塑性变形过
程。
第六章金属材料塑性变形(1)
方向(滑移方向)相对于晶体的另一部分发生的相对滑
动。
第六章金属材料塑性变形(1)
第六章 材料工艺学(参考答案)
1307
1308
1309
32．工程上规定将产生
残余变形的应力值作为钢的屈服强度。
3
A. 0.02% 1310
B. 0.05%
C. 0.2%
D. 0.5% 。
33．有色金属的疲劳极限的循环周数为 B. 106 C. 107 D. 108 A. 105 34.影响钢低温脆性转变温度的元素是 A. S B. P C. N D. O 35. 下列材料中，可锻性最好的是 A. 低碳钢 B. 中碳钢 。
5
1328
1329
1330 1331 1332 1333
1334
A.20Mn B.20Cr C.20g D.20R 57．关于碳素工具钢，不正确的叙述是 。 A.高碳钢 B. 分为普通、优质和高级优质钢 C.可生产工具或量具 D. 含碳量大于 0.6％ 58．碳素工具钢的热硬性较差，一般刀具刃部温度达 以上时，硬 度和耐磨性迅速下降。 A.100ºC B. 150ºC C. 250ºC D. 300ºC 59．合金钢中加入合金元素后，不仅可以提高钢的机械性能，而且可以改 善钢的 。 A.物理性能 B. 化学性能 C.工艺性能 D.表面性能 60．合金钢除有较高的强度、比强度、热硬性和特殊的物理性能外，还有 。 较高的 A. 淬硬性 B. 淬透性 C. 回火脆性 D. 变形抗力 61．合金渗碳钢零件表面渗碳后可使零件表面形成 A. F B. F+P C. P D. P+Fe3C 组织。
B. 摩擦系数大
C.耐磨性好
D.硬度高
22．下列金属材料中，焊接性最差的是 。 B. 中碳钢 C.高碳钢 A. 低碳钢
D.铸铁
1300
23．铸造性好的金属材料除具有流动性好，收缩小的特性外，还应具有 小的性能。 A. 气孔 B.残余应力 C.疏松 D.偏析 。 D.冷变形加工性 。
科粤版九年级化学6.1金属材料的物理特性优秀教学案例
本案例设计了丰富多样的实验活动，让学生在动手操作过程中，直观地感受金属材料的物理特性。通过实践性实验，学生不仅能够加深对金属物理特性的理解，还能提高自己的实验操作能力和观察能力，培养科学探究精神。
3.问题导向教学，培养批判性思维
以问题为导向的教学策略，引导学生主动思考、发现和解决问题。在案例中，学生需要在教师的引导下，通过观察、实验、讨论等方式，寻找金属材料物理特性的答案。这种教学方式有助于培养学生的批判性思维和创新能力，提高他们分析问题和解决问题的能力。
二、教学目标
（一）知识与技能
1.让学生掌握金属材料的物理特性，包括导电性、导热性、延展性、硬度等基本概念，并了解这些特性在实际应用中的重要性。
2.培养学生运用化学知识解释生活现象的能力，如金属材料的导电性对家用电器的影响，导热性在烹饪中的应用等。
3.通过实验操作，提高学生动手实践能力，使他们在实践中感受金属材料的物理特性，加深对化学知识的理解。
2.通过图片、视频等形式，介绍金属材料在航天、建筑、交通等领域的应用，激发学生的好奇心和探究欲望。
3.创设实际问题，如金属材料的导电性在家用电器中的应用，引导学生思考金属材料的物理特性对生活的影响。
（二）问题导向
以问题为导向，引导学生进行探究式学习，具体措施如下：
1.提出具有启发性的问题，如金属材料的导电性、导热性是如何影响我们的日常生活的？
3.强调重点：突出金属材料的物理特性在实际应用中的重要性，培养学生学以致用的意识。
4.布置作业：布置一些具有挑战性的作业，让学生巩固所学知识，提高运用能力。
（五）作业小结
1.课后作业：设计一些与金属材料物理特性相关的习题，巩固学生对知识点的掌握。
《金属材料与热处理》第六章至第七章
第六章 铸铁（P108）
第一节 铸铁的组织与分类
三、铸铁的分类： 铸铁的分类： 2、按石墨形态不同分： 、按石墨形态不同分： （1）普通灰铸铁：石墨呈曲片状 ）普通灰铸铁： （2）可锻铸铁：石墨呈团絮状 ）可锻铸铁： （3）球墨铸铁：石墨呈球状 ）球墨铸铁： （4）蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状 ）蠕墨铸铁：
＜0.1%
2、性能：强度和塑性超过灰铸铁和可锻铸铁，接近铸钢，而 、性能：强度和塑性超过灰铸铁和可锻铸铁，接近铸钢， 铸造性能和切削性能比铸钢要好。 铸造性能和切削性能比铸钢要好。 3、牌号及用途： 、牌号及用途： 球铁”二字的汉语拼音字母字头“ 由“球铁”二字的汉语拼音字母字头“QT”，后面的一组表 ， 示最小抗拉强度和断后伸长率数值的数字组成。 示最小抗拉强度和断后伸长率数值的数字组成。 用途见P114 表6-3 用途见
第六章 铸铁（P108）
第二节 常用铸铁简介
一、灰铸铁： 灰铸铁： 1、成分与组织：2.77-3.6%C、1.0-2.2%Si、S＜0.15%、P＜0.3% 、成分与组织： 、 、 ＜ 、 ＜ 2、性能和孕育处理（变质处理）：就是在浇注前往铁水中投 ）：就是在浇注前往铁水中投 、性能和孕育处理（变质处理）： 入少量硅铁、硅钙合金等作为孕育剂， 入少量硅铁、硅钙合金等作为孕育剂，使 铁水内产生大量 均匀分布的晶核，使石墨片及基体组织得到细化。 均匀分布的晶核，使石墨片及基体组织得到细化。 3、牌号及用途： 、牌号及用途： 灰铁”二字的汉语拼音字母字头“ 由“灰铁”二字的汉语拼音字母字头“HT”及后面的一组表 及后面的一组表 示最小抗拉强度数值的数字组成。 示最小抗拉强度数值的数字组成。 用途见P111 表6-1 用途见
第六章 铸铁（P108）
第二节 常用铸铁简介
第六章 工业用钢(含答案)
第六章金属材料一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、合金工具钢的牌号与合金结构钢的区别仅在于用一位数字来表示钢中平均含碳量的________，当含碳量________时，则不予标出。
答案：千分之几、大于或等于1.0%2、影响铸铁石墨化的主要因素是铸铁的________和________。
答案：化学成分、冷却速度3、黄铜是________合金。
答案：铜锌4、调质钢的碳含量为0.25～0.5％，主加元素通常为Cr、________、Si、________，辅加元素的作用分别为：Mo、W、V、Ti、B，热处理原则为________。
答案：Ni、Mn、淬火＋高温回火5、在机械制造中常用的特殊性能钢有________钢、耐热钢和________钢。
答案：不锈、耐磨6、铝合金按其成分和工艺特点分为形变铝合金和________。
答案：铸造铝合金7、碳钢的________可以满足一般机械和工具的要求，故在机械制造中应用广泛。
答案：力学性能8、影响铸铁石墨化主要因素是铸铁的________和________。
答案：化学成分、冷却速度9、合金调质钢的含碳量在________之间，合金调质钢的典型热处理工艺是________，处理后获得________组织，使零件具有优良的综合力学性能。
）答案：0.25%～0.5%、调质处理（淬火+高温回火）、回火索氏体（S回10、磷在常温下能溶入铁素体，使钢的强度、硬度增加，但塑形和韧性显著下降，尤其在低温更为严重。
这种在低温时使钢严重变脆的现象叫________。
答案：冷脆11、从不锈钢合金化原理来看，要提高金属的抗蚀能力，一方面要尽量使合金________，另一方面是________。
答案：呈单一的均匀的组织、提高合金的电极电位12、铝合金按其成分和工艺特点分为形变铝合金和________。
答案：铸造铝合金13、铸铁中的碳和硅是________（促进或阻碍）石墨化的元素，锰是________（促进或阻碍）石墨化的元素。
金属材料加工工艺简介
①退火是将金属加热到临界温度(Ac3：或Ac1，)以上，保温一段 时间后度冷却，使其组织结构接近均衡状态，从而消除或减少 内应力，均化组织和成分，有利于加工作业。
第六章 金属材料及加工工艺
6.2金属材料的工艺特性
②正火是将金属加热保温后， 在室温下空气中进行冷却，是 一种特殊的退火处理。 ③淬火是将金属加热至临界温 度以上，保温后快速冷却至室 温，以达到强化金属组织，提 高金属的强度、硬度等机械性 能。 ④回火是将淬火后的金属重新 加热，再进行保温冷却。其目 的是为了消除淬火应力，以达 到所要求的组织和性能。图 6—15 普通热处理过程示意图
第六章 金属材料及加工工艺
6.2金属材料的工艺特性
成型加工
4．焊接加工 焊接加工是充分利用金属材料在高温作用下易熔化的特 性，使金属与金属发生相互连接的一种工艺，是金属加工的 一种辅助手段。 常用的焊接方法有熔焊、压焊和钎焊，如图6—14所示。 金属的焊接性能是指金属能否适应焊接加工而形成完整 的具有一定使用性能的焊接接头印特性。金属焊接性的好坏 取于金属材料本身的化学成分和焊接方法。材料化学成分是 影响材料焊接性的最基本因素。材料化学成分含量不同，其 焊接性也不同。如碳钢的含碳量越高，焊接接头的淬硬倾向 越大，就易于产生裂纹，表明碳钢印焊接性随着含碳量的增 加而变差。 通常，低碳钢有良好的焊接性，高碳钢、高合 金钢、铸铁和铝合金的焊接性较差，中碳钢则介于两者之间。
第六章 金属材料及加工工艺
6.2金属材料的工艺特性
成型加工
③制作蜡模：制造蜡模的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等，常用50％ 石蜡和硬脂酸的混合料。将熔化好的蜡料倒入压型内，同时不断的翻转压型， 使蜡料均匀形成蜡模，待蜡料冷却后便可从压型中取出，修毛刺后即得蜡模。 批量生产时则将多个蜡模组装成蜡模组。使用蜡棒粘接蜡模制作浇注流道，浇 注流道要有浇注口和出口。 ④制作型壳：在蜡模上均匀地刷一层耐火涂料(如水玻璃溶液)，洒一层耐火 砂，使之硬化成壳。如此反复涂三四次，便形成具有一定厚度的由耐火材料构 成的型壳(洒耐火砂先细后粗）。 ⑤脱蜡：将制作好的型壳放入炉中烘烤，使蜡模熔化流出并回收，从而得到 一个中空的型壳。 ⑥焙烧和造型：将型壳进行高温焙烧，以增加型壳强度。为进一步提高型壳 强度，防止浇注时型壳变形或破裂，可将型壳放在箱体中，周围用干砂填充。
第六章 金属和合金的塑性变形
第六章 金属和合金的塑性变形和再结晶金属材料（包括纯金属和合金）在外力的作用下引起的形状和尺寸的改变称为变形。
去除外力，能够消失的变形，称弹性变形；永远残留的变形，称塑性变形。
工业生产上正是利用塑性变形对金属材料进行加工成型的，如锻造、轧制、拉拔、挤压、冲压等。
塑性变形不仅能改变工件的形状和尺寸，还会引起材料内部组织和结构的变化，从而使其性能发生变化。
以再结晶温度为界，金属材料的塑性变形大致可分为两类：冷塑性变形和热塑性变形，在生产上，通常称为冷加工和热加工。
经冷塑性变形的金属材料有储存能，自由能高，组织不稳定。
若升高温度，使原子获得足够的扩散能力，则变形组织会恢复到变形前的状态，这个恢复过程包括：回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
从金属材料的生产流程来看，一般是先进行热加工，然后才进行冷加工和再结晶退火。
但为了学习的方便，本章先讨论冷加工，再讨论再结晶和热加工。
§6.1 金属材料的变形特性一、 应力—应变曲线金属在外力作用下，一般可分为弹性变形、塑性变形、断裂三个阶段。
图6.1是低碳钢拉伸时的应力—应变曲线，这里的应力和应变可表示为：000,L L L L L A F ∆=-==εσ 公式中F 是拉力，00,L A 分别是试样的原始横截面积和原始长度。
从图中可以得到三个强度指标：弹性极限e σ，屈服强度s σ，抗拉强度b σ。
当拉应力小于弹性极限e σ时，金属只发生弹性变形，当拉应力大于弹性极限e σ，而小于屈服强度s σ时，金属除发生弹性变形外，还发生塑性变形，当拉应力大于抗拉强度b σ时，金属断裂。
理论上，弹性变形的终结就是塑性变形的开始，弹性极限和屈服强度应重合为一点，但由于它们不容易精确测定，所以在工程上规定：将残余应变量为0.005%时的应力值作为弹性极限，记为005.0σ，而将残余应变量为0.2%时的应力值作为条件屈服极限，记为2.0σ。
s σ和2.0σ都表示金属产生明显塑性变形时的应力。
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Chapter 6 Metallic Materials1.名词解释：Explain the concepts:1）黑色金属: 指铁、铬、锰金属及其合金，以铁及铁合金为主。
Blank metals: refers to Fe, Cr, Mn and their alloys, mainly are Fe and its alloy.2）有色金属：除铁、铬、锰以外的金属成为有色金属。
Non-ferrous metals: refers to metals except iron, chromium, manganese and their alloys.3）奥氏体：碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，它仍保持γ－Fe的面心立方晶格，晶界比较直，呈规则多边形。
Austenite: interstitial solid solution formed by carbon dissolves in γ-Fe, it remains face-centered cubic lattice of γ-Fe, the grain boundary is relatively straight, and is regular polygon.4）马氏体：碳在α－Fe中的过饱和固溶体，晶体结构为体心四方结构，中高碳钢中加速冷却通常能够得到这种组织。
Martensite: supersaturated solid solution formed by the carbon dissolves in α-Fe, the crystal structure is body-centered tetragonal structure, it can be obtained by accelerated cooling the high-carbon steel.5）超耐热合金：在700～1200℃高温下能长时间保持所需力学性能，具抗氧化、抗腐蚀能力，且能满意工作的金属材料。
Super heat-resistant alloys: materials that can maintain the required mechanical properties at high temperature of 700 to 1200 ℃ for a long time. They are antioxidant, corrosion resistant and can work satisfactory.6）金属固溶体：指一种溶质元素（金属或非金属）原子溶解到另一种溶剂金属元素（较大量的）的晶体中形成的一种均匀的固态溶液。
Metal solid solutions: refers to a homogeneous solid solution that formed by a solute elements (metal or nonmetal) atoms dissolve into a solvent metal element (relatively large).7）金属间化合物：指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化合物，具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性。
Intermetallic compounds: refers to compounds that formed between the metal and the metal atoms by covalent binding. They have basic characteristics of metal and long-range ordered crystal structure.2.简述形状记忆合金原理。
Describe the principle of shape memory alloys.答：形状记忆合金是指具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的合金。
其形状记忆效应源于某些特殊结构合金在特定温度下发生的马氏体相－奥氏体相组织结构相互转换。
热金属降温过程中，面心立方结构的奥氏体相逐渐转变成体心立方或体心四方结构的马氏体相，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。
Answer:Shape memory alloy refers to material that has a certain initial shape, can change to another shape, and can restore the initial shape by heat, light, electricity and other physical stimulation or chemical stimulation treatment. The mechanism of shape memory alloy result from the conversion of martensitic and austenitic phase at a particular temperature. In the process of cooling of hot metal, the face-centered cubic structure of austenite phase gradually transformed into the body-centered cubic or body-centered tetragonal martensite phase, once the martensite formation, it will continue to grow with decreasing temperature, if temperature rise, the quantity of martensite phase will reduce and disappear completely in an opposite process.3.介绍储氢合金类别，并说明其储氢、释氢化学过程。
Introduction the category ofhydrogen storage alloy, and explain the chemical process of hydrogen storage alloy when it store and release hydrogen.答：储氢合金主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。
相对来说，稀土系储氢合金是最好的。
储氢合金储氢的化学过程为：H2分子与合金接触时，先吸附在合金表面，H2的H-H键解离，成为原子H，原子H从合金表面向内部扩散，侵入比H原子半径大得多的金属原子与金属的间隙中形成固溶体。
固溶于金属中的氢再向内部扩散，这种扩散必须有由化学吸附向溶解转换的活化能。
固溶体一被氢饱和，过剩氢原子与固溶体反应生成氢化物。
这时，产生溶解热。
释放氢时，氢化物吸收热量，并发生分解，将吸收的氢释放出来。
Answer: There are four kinds of hydrogen storage alloy, they are titanium based hydrogen storage alloy, zirconium based hydrogen storage alloy, iron based hydrogen storage alloy and rare earth based hydrogen storage alloy. Relatively, rare earth based hydrogen storage alloy is the best. The chemical process of hydrogen storage alloy is: the H2 molecule adsorbs on the alloy surface of H2, then H-H bond dissociate and become H atom, atomic H diffuse from the alloy surface to the internal space, and invade in the gap of metal atoms and form a solid solution. Hydrogen dissolves in the internal of the metal again, this diffusion is drived by activation energ. The excess hydrogen atoms to generate hydride solid solution and generate heat. When release hydrogen, the hydride absorb heat, and the hydride is decomposed, the H atoms was released.也可以简述为when hydrogen storage, the metal or alloy react with hydrogen to form hydride, absorbing large amounts of hydrogen, and also produce heat equivalent to the heat of formation. When hydrogen emission, metal hydride decompose thermally (ie the need to absorb the heat), and the hydrogen is released.4.讨论储氢合金在镍氢电池领域的工作原理。
答：储氢合金在镍氢电池领域应用时，通常以氢化物电极为负极，Ni（OH）2电极为正极，KOH水溶液为电解质组成Ni/MH电池。
充电时，氢化物电极作为阴极储氢―――M作为阴极电解KOH水溶液时，生成的氢原子在材料表面吸附，继而扩散入电极材料进行氢化反应生成金属氢化物MHx；放电时，金属氢化物MHx作为阳极释放出所吸收的氢原子并氧化为水。
因此，充放电过程只是氢原子从一个电极转移到另一个电极的反复过程。
Answer：Hydrogen storage alloys refer to materials that can absorb, save and release H2 many times under certain temperature and H2pressure. They can be used as hydride electrode in the field of Ni/MHx cell. In a Ni/MHx cell, MHx is used as cathode, Ni(OH)2 is used as anode, and the solution of KOH is used as electrolyte. When the cell is charging, KOH was electrolyzed and the forme H atoms which can absorb on the surface of M cathode, and then form MHx, so the H was stored. When it is discharging, H atoms were released form MHx anode, and then it was oxidized to H2O. Therefore, in the process of charging and discharging, H atoms transfer from one electrode to another electrode again and again.5.超塑性合金一般具有怎样的结构特点？What are the structural characteristics ofsuperplastic alloys?答：超塑性合金一般具有稳定的超细等轴晶粒组织。