清华大学工程材料第五版第一章ppt课件
半称为原子半径(r原子)。 体心立方晶胞中原子半径与晶格常数a之
间的关系为：
（4）致密度 晶胞中原子占有的体积与该晶胞体积之 比称为致密度(也称密排系数)。 致密度越大，原子排列紧密程度越大。 体心立方晶胞的致密度为：
.
（5）空隙半径 在晶胞空隙中放入球的最大半径称为空隙半径。
体心立方晶胞中有两种空隙：
.
面心立方晶胞的特征：
（1）晶格常数
a=b=c, α=β=γ=90°
（2）晶胞原子数 (个) 4
（3）原子半径
（4）致密度 0.74 (74%)
.
（5）空隙半径
●四面体空隙半径: r四=0.225r原子 ●八面体空隙半径: r八=0.414r原子
四面体空隙半径
（6）配位数 12
.
八面体空隙半径
3. 密排六方晶格(胞) ( HCP 晶格) 12个金属原子分布在六方体的12个角上, 在 上下底面的中心各分布1个原子, 上下底面之间 均匀分布3个原子。
具有这种晶格的金属 有镁(Mg)、镉(Cd)、 锌(Zn)、铍(Be)等。
.
密排六方晶胞特征： （1）晶格常数
正六边形的边长a 两底面之间的距离c
相邻侧面夹角120° 侧面与底面夹角90° （2）晶胞原子数 6
（3）原子半径
.
（4）致密度 0.74 (74%) （5）空隙半径
●四面体空隙半径为: r四=0.225r原子 ●八面体空隙半径为: r八=0.414r原子
晶胞
老师提示 不同元素组成的金属晶体因晶格形 式及晶格常数的不同，表现出不同的物理、 化学和力学性能。金属的晶体结构可用X射线 结构分析技术进行测定。
.
一、三种常见的金属晶体结构
☆ 老师提示：重点内容
1. 体心立方晶格(胞) ( BCC 晶格)
8个原子处于立方体的角上，1个原子处于立 方体的中心, 角上8个原子与中心原子紧靠。
.
1. 立方晶系的晶面表示方法
以晶面ABB’A’为例：
.
晶面指数的一般标记为
(hkl)。实际表示一组原子
排列相同的平行晶面。
立方晶胞中的主要晶面
晶面的截距可以为负数, 在指数上加负号, 如 。 若某个晶面 的指数都乘以-1,得到晶面 , 则晶面 与 属于一组平行晶面。
.
晶面族： 在立方晶系中, 原子排列相同但在空间方向 不同的晶面组成晶面族。
●四面体空隙半径:r四=0.29r原子 ●八面体空隙半径:r八=0.15r原子
四面体空隙半径
.
八面体空隙半径
（6）配位数 配位数为晶格中与任一个原子相距最近且 距离相等的原子数目。 配位数越大，原子排列紧密程度就越大。 体心立方晶格的配位数为8。
.
2. 面心立方晶格(胞) ( FCC 晶格)
金属原子分布在立方体的8个角上和6个 面的中心。面中心的原子与该面4个角上的 原子紧靠。 具有这种晶格的金属 有铝(Al)、铜(Cu)、镍 (Ni)、金(Au)、银(Ag)、 γ- 铁( γ-Fe, 912 ℃～ 1394 ℃)等。
第1章 材料的结构与性能
内容提要：
本章重点介绍纯金属的晶体结构、晶体缺陷 和合金的结构、金属材料的组织。
一般介绍金属材料的性能、高分子材料和陶 瓷材料的结构与性能。
学习目标：
本章重点掌握金属的晶体结构、晶体缺陷和 合金的结构，了解金属材料的组织及性能。了 解高分子材料、陶瓷材料的结构与性能。
.
1.1 金属材料的结构与组织
若两个晶向的全部指数数值相同而符号 相反, 则它们相互平行或为同一原子列, 但 方向相反。
如[110]与 。
若只研究原子排列情况, 则晶向[110]与 可用同一个指数[110]表示。
.
晶向族 原子排列情况相同而在空间位向不同 的晶向组成晶向族。
晶向族用尖括号表示, 即<uvw>。
如: <100> = [100] + [010] + [001]
（6）配位数 12
.
老师提示 由于原子排列紧密程度不一样， 当金属从面心立方晶格向体心立方晶格 转变时, 体积会发生变化。
钢在淬火时因晶格转变发生体积变化。 不同晶体结构中原子排列的方式不同, 使它们的形变能力不同。
.
二、晶体中的晶面和晶向 通过晶体中原子中心的平面叫做晶面； 通过原子中心的直线为原子列，代表的方 向叫做晶向。 晶面用晶面指数表达。 晶向用晶向指数表达。
六方晶系主要晶面和晶向
.
4. 密排面和密排方向 不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上 原子排列密度不一样。 密排面： 原子密度最大的晶面。 密排方向：原子密度最大的晶向。
●在体心立方晶格中， 密排面为{110}。 密排方向为<111>。
●在面心立方晶格中, 密排面为{111}。 密排方向为<110>。
1.1.1 纯金属的晶体结构 晶体结构 晶体中原子(离子或分子)规则排
列的方式。 通过金属原子(离子)的中心划出许多直线，
形成空间格架，称为晶格。
.
晶胞：能反映该晶格特征的最小组成单元。
棱边长a、b、c 棱边间夹角α、β、γ a、b、c 称为晶格常数。
金属的晶格常数一般为: 1×10-10 m～7×10-10 m (0.1nm～0.7nm)
晶面族用大括号表示, 即{hkl}。
在立方晶胞中
组成{111}晶面族：
{111} 晶面族
.
2. 立方晶系的晶向表示方法
以晶向DA为例：
.
晶向OA ： [100] 晶向OB ： [110] 晶向OB’ ：[111]
立方晶胞中的主要晶向
晶向指数一般标记为[uvw]，
表示一组原子排列相同的平行晶向。
.
.
在立方晶系中, 一个晶面指数与一 个晶向指数数值和符号相同时, 则该晶 面与该晶向互相垂直。
如：(111)⊥[111]。
晶面与晶向互相垂直
.
3. 六方晶系的晶面指数和 晶向指数
四指数方法表示晶面和晶向。
水平坐标轴选取互相成120°
夹角的三坐标轴a1、a2和a3, 垂 直轴为c 轴。
晶面表示为(hkil), 晶面族为{hkil}, 晶向表示为[uvtw], 晶向族为<uvtw>。
具有体心立方晶格 的金属有钼(Mo)、 钨(W)、钒(V)、α铁(α-Fe, <912 ℃) 等。
.
体心立方晶胞特征：
（1）晶格常数
a=b=c, α=β=γ=90°
（2）晶胞原子数 角上的原子属于8个相邻的晶胞，中心的原子 属于这个晶胞。 一个体心立方晶胞所含的原子数为2个。
.
（3）原子半径 晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一
间的关系为：
（4）致密度 晶胞中原子占有的体积与该晶胞体积之 比称为致密度(也称密排系数)。 致密度越大，原子排列紧密程度越大。 体心立方晶胞的致密度为：
.
（5）空隙半径 在晶胞空隙中放入球的最大半径称为空隙半径。
体心立方晶胞中有两种空隙：
.
面心立方晶胞的特征：
（1）晶格常数
a=b=c, α=β=γ=90°
（2）晶胞原子数 (个) 4
（3）原子半径
（4）致密度 0.74 (74%)
.
（5）空隙半径
●四面体空隙半径: r四=0.225r原子 ●八面体空隙半径: r八=0.414r原子
四面体空隙半径
（6）配位数 12
.
八面体空隙半径
3. 密排六方晶格(胞) ( HCP 晶格) 12个金属原子分布在六方体的12个角上, 在 上下底面的中心各分布1个原子, 上下底面之间 均匀分布3个原子。
具有这种晶格的金属 有镁(Mg)、镉(Cd)、 锌(Zn)、铍(Be)等。
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密排六方晶胞特征： （1）晶格常数
正六边形的边长a 两底面之间的距离c
相邻侧面夹角120° 侧面与底面夹角90° （2）晶胞原子数 6
（3）原子半径
.
（4）致密度 0.74 (74%) （5）空隙半径
●四面体空隙半径为: r四=0.225r原子 ●八面体空隙半径为: r八=0.414r原子
晶胞
老师提示 不同元素组成的金属晶体因晶格形 式及晶格常数的不同，表现出不同的物理、 化学和力学性能。金属的晶体结构可用X射线 结构分析技术进行测定。
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一、三种常见的金属晶体结构
☆ 老师提示：重点内容
1. 体心立方晶格(胞) ( BCC 晶格)
8个原子处于立方体的角上，1个原子处于立 方体的中心, 角上8个原子与中心原子紧靠。
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1. 立方晶系的晶面表示方法
以晶面ABB’A’为例：
.
晶面指数的一般标记为
(hkl)。实际表示一组原子
排列相同的平行晶面。
立方晶胞中的主要晶面
晶面的截距可以为负数, 在指数上加负号, 如 。 若某个晶面 的指数都乘以-1,得到晶面 , 则晶面 与 属于一组平行晶面。
.
晶面族： 在立方晶系中, 原子排列相同但在空间方向 不同的晶面组成晶面族。
●四面体空隙半径:r四=0.29r原子 ●八面体空隙半径:r八=0.15r原子
四面体空隙半径
.
八面体空隙半径
（6）配位数 配位数为晶格中与任一个原子相距最近且 距离相等的原子数目。 配位数越大，原子排列紧密程度就越大。 体心立方晶格的配位数为8。
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2. 面心立方晶格(胞) ( FCC 晶格)
金属原子分布在立方体的8个角上和6个 面的中心。面中心的原子与该面4个角上的 原子紧靠。 具有这种晶格的金属 有铝(Al)、铜(Cu)、镍 (Ni)、金(Au)、银(Ag)、 γ- 铁( γ-Fe, 912 ℃～ 1394 ℃)等。
第1章 材料的结构与性能
内容提要：
本章重点介绍纯金属的晶体结构、晶体缺陷 和合金的结构、金属材料的组织。
一般介绍金属材料的性能、高分子材料和陶 瓷材料的结构与性能。
学习目标：
本章重点掌握金属的晶体结构、晶体缺陷和 合金的结构，了解金属材料的组织及性能。了 解高分子材料、陶瓷材料的结构与性能。
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1.1 金属材料的结构与组织
若两个晶向的全部指数数值相同而符号 相反, 则它们相互平行或为同一原子列, 但 方向相反。
如[110]与 。
若只研究原子排列情况, 则晶向[110]与 可用同一个指数[110]表示。
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晶向族 原子排列情况相同而在空间位向不同 的晶向组成晶向族。
晶向族用尖括号表示, 即<uvw>。
如: <100> = [100] + [010] + [001]
（6）配位数 12
.
老师提示 由于原子排列紧密程度不一样， 当金属从面心立方晶格向体心立方晶格 转变时, 体积会发生变化。
钢在淬火时因晶格转变发生体积变化。 不同晶体结构中原子排列的方式不同, 使它们的形变能力不同。
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二、晶体中的晶面和晶向 通过晶体中原子中心的平面叫做晶面； 通过原子中心的直线为原子列，代表的方 向叫做晶向。 晶面用晶面指数表达。 晶向用晶向指数表达。
六方晶系主要晶面和晶向
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4. 密排面和密排方向 不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上 原子排列密度不一样。 密排面： 原子密度最大的晶面。 密排方向：原子密度最大的晶向。
●在体心立方晶格中， 密排面为{110}。 密排方向为<111>。
●在面心立方晶格中, 密排面为{111}。 密排方向为<110>。
1.1.1 纯金属的晶体结构 晶体结构 晶体中原子(离子或分子)规则排
列的方式。 通过金属原子(离子)的中心划出许多直线，
形成空间格架，称为晶格。
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晶胞：能反映该晶格特征的最小组成单元。
棱边长a、b、c 棱边间夹角α、β、γ a、b、c 称为晶格常数。
金属的晶格常数一般为: 1×10-10 m～7×10-10 m (0.1nm～0.7nm)
晶面族用大括号表示, 即{hkl}。
在立方晶胞中
组成{111}晶面族：
{111} 晶面族
.
2. 立方晶系的晶向表示方法
以晶向DA为例：
.
晶向OA ： [100] 晶向OB ： [110] 晶向OB’ ：[111]
立方晶胞中的主要晶向
晶向指数一般标记为[uvw]，
表示一组原子排列相同的平行晶向。
.
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在立方晶系中, 一个晶面指数与一 个晶向指数数值和符号相同时, 则该晶 面与该晶向互相垂直。
如：(111)⊥[111]。
晶面与晶向互相垂直
.
3. 六方晶系的晶面指数和 晶向指数
四指数方法表示晶面和晶向。
水平坐标轴选取互相成120°
夹角的三坐标轴a1、a2和a3, 垂 直轴为c 轴。
晶面表示为(hkil), 晶面族为{hkil}, 晶向表示为[uvtw], 晶向族为<uvtw>。
具有体心立方晶格 的金属有钼(Mo)、 钨(W)、钒(V)、α铁(α-Fe, <912 ℃) 等。
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体心立方晶胞特征：
（1）晶格常数
a=b=c, α=β=γ=90°
（2）晶胞原子数 角上的原子属于8个相邻的晶胞，中心的原子 属于这个晶胞。 一个体心立方晶胞所含的原子数为2个。
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（3）原子半径 晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一
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清华大学《工程材料》第5版教材简介
清华大学《工程材料》第5版教材简介《工程材料》第5版教材由清华大学材料学院朱张校教授、姚可夫教授主编，清华大学出版社出版。
《工程材料》第5版教材目录如下：绪论0.1中华民族对材料发展的重大贡献0.2材料的结合键0.3工程材料的分类第1章材料的结构与性能特点1.1金属材料的结构与组织1.2金属材料的性能特点1.3高分子材料的结构与性能特点1.4陶瓷材料的结构与性能特点第2章金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶2.2合金的结晶2.3金属的塑性加工2.4钢的热处理2.5钢的合金化2.6表面技术第3章金属材料3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金第4章高分子材料4.1工程塑料4.2合成纤维4.3合成橡胶第5章陶瓷材料5.1普通陶瓷5.2特种陶瓷第6章复合材料6.1复合材料的复合原则6.2复合材料的性能特点6.3非金属基复合材料6.4金属基复合材料第7章功能材料及新材料7.1电功能材料7.2磁功能材料7.3热功能材料7.4光功能材料7.5隐形材料及智能材料7.6纳米材料第8章零件失效分析与选材原则8.1机械零件的失效8.2机械零件失效分析8.3机械零件选材原则第9章典型工件的选材及工艺路线设计9.1齿轮选材9.2轴类零件选材9.3弹簧选材9.4刃具选材第10章工程材料的应用10.1汽车用材10.2机床用材10.3仪器仪表用材10.4热能设备用材10.5化工设备用材10.6航空航天器用材附录1金属材料室温拉伸试验方法新、旧国家标准性能名称和符号对照表附录2金属热处理工艺的分类及代号(摘自GB/T 12603—2005) 附录3常用钢的临界点附录4钢铁及合金牌号统一数字代号体系(摘自GB/T 17616—1998)附录5国内外常用钢号对照表附录6常用铝及铝合金状态代号与说明(摘编自GB/T 16475—2008)附录7若干物理量单位换算表附录8工程材料常用词汇中英文对照表参考文献本教材有以下特点：（1）体系科学合理，内容丰富新颖，实例丰富。
清华大学《工程材料》第5版教材简介
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【学习课件】第1章_工程材料及其性能
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2.载荷下的变形
（1）弹性变形 随外力消除而消失的变形称为弹性变形。
（2）塑性变形 当外力去除时，不能恢复的变形称为塑性变形。
3.常用力学性能指标
金属材料的力学性能是指材料在各种载荷作用下表现出来的抵抗变形和断裂 的能力。常用的力学性能指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等， 它们是衡量材料性能和决定材料英语范围的重要指标。
按外力的作用性质，可分为三种：
（1）静载荷
大小不变或变化很慢的载荷。如：书放在桌子上，桌子所受的力。人站在 地面上，地面所的力等等。
（2）冲击载荷
突然增加或消失的载荷。如：在墙上钉钉子，钉子所受的力等等。
（3）交变载荷
周期性的动载荷。根据作用形式不同，载荷又可分为：拉、压载荷，弯曲 载荷，剪切载荷，扭转载荷。
下降，随后，在外力不
增加或上下波动情况下，
试样继续伸长变形，在
力－伸长曲线出现一个
波动的小平台，这便是
屈服现象。
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②屈服强度σs
► 屈服点是指材料开始产生明显塑性变形（即 屈服）时的应力，用符号σs（Mpa）表示即：
sS =
FS So
式中FS——试样发生屈服现象时的载荷，N ； So——试样原始截面积，mm2。
► 除了上述材料强度外，还有机械零件和构件的结构 强度。
► 工程上常用的强度指标有强度指标有屈服强度、规 定残余延伸强度、抗拉强度等。
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►材料强度的大小通常用单位面积上所承受 的力来表示，其单位为N/m2(Pa)，但Pa这 个单位太小，所以实际工程中常用MPa （MPa=106Pa）作为强度的单位。
第1章 工程材料
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1.1 金属材料的力学性能
3.维氏硬度及显微硬度 1)维氏硬度试验原理 维氏硬度的试验原理与布氏硬度的相同.也是根据压痕单位面 积所承受的载荷来计算硬度值。所不同的是.维氏硬度试验的 压头不是球体.而是两相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚 石. 压头在载荷F(kg)的作用下.保持一定时间后卸除载荷.将 在试样表面压出一个正四棱锥形的压痕.测量出试样表面压痕 对角线长度d(mm)用以计算硬度值。维氏硬度和压痕表面 积除载荷的商成比例.
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1.1 金属材料的力学性能
2)应用及优缺点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头.因而所得压痕面积 较大。压痕面积大的一个优点是其硬度值能反映金属材料在 较大范围内各组成相的平均性能.而不受个别组成相及微小不 均匀性的影响。因此.布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、 轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。压痕 较大的另一个优点是试验数据稳定.重复性好。布氏硬度试验 的缺点是对不同金属材料需要更换不同直径的压头和改变载 荷.压痕直径的测量也较麻烦.因而用于自动检测时受到限制; 当压痕较大时不宜在成品上进行试验。
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1.1 金属材料的力学性能
1.1.4冲击韧性与疲劳强度
1.冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。 1)冲击试验的原理 冲击韧性通常采用摆锤式冲击试验机测定。测定时一般是将 带缺日的标准冲击试样放在试验机上.然后用摆锤将其一次冲 断.并以试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功表示其冲击 韧性。
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1.1 金属材料的力学性能
4.里氏硬度 里氏硬度是一种动载荷试验方法。其基本原理是用规定质量 的冲击体(碳化钨球冲头)在弹力作用下以一定速度冲击试样 表面.用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度vR与冲击、速 度vA的比值计算硬度值。 里氏硬度试验法有其独特的优点.它主要用于大型金属产品及 部件的硬度检验.特别适用于其他硬度计难以胜任的、不易移 动的大型工件和不易拆卸的大型部件及构件的硬度检验。其 缺点是试验结果的准确性受人为因索影响较大.硬度测量精度 较低。
1.1 金属材料的力学性能
3.维氏硬度及显微硬度 1)维氏硬度试验原理 维氏硬度的试验原理与布氏硬度的相同.也是根据压痕单位面 积所承受的载荷来计算硬度值。所不同的是.维氏硬度试验的 压头不是球体.而是两相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚 石. 压头在载荷F(kg)的作用下.保持一定时间后卸除载荷.将 在试样表面压出一个正四棱锥形的压痕.测量出试样表面压痕 对角线长度d(mm)用以计算硬度值。维氏硬度和压痕表面 积除载荷的商成比例.
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1.1 金属材料的力学性能
2)应用及优缺点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头.因而所得压痕面积 较大。压痕面积大的一个优点是其硬度值能反映金属材料在 较大范围内各组成相的平均性能.而不受个别组成相及微小不 均匀性的影响。因此.布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、 轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。压痕 较大的另一个优点是试验数据稳定.重复性好。布氏硬度试验 的缺点是对不同金属材料需要更换不同直径的压头和改变载 荷.压痕直径的测量也较麻烦.因而用于自动检测时受到限制; 当压痕较大时不宜在成品上进行试验。
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1.1 金属材料的力学性能
1.1.4冲击韧性与疲劳强度
1.冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。 1)冲击试验的原理 冲击韧性通常采用摆锤式冲击试验机测定。测定时一般是将 带缺日的标准冲击试样放在试验机上.然后用摆锤将其一次冲 断.并以试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功表示其冲击 韧性。
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1.1 金属材料的力学性能
4.里氏硬度 里氏硬度是一种动载荷试验方法。其基本原理是用规定质量 的冲击体(碳化钨球冲头)在弹力作用下以一定速度冲击试样 表面.用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度vR与冲击、速 度vA的比值计算硬度值。 里氏硬度试验法有其独特的优点.它主要用于大型金属产品及 部件的硬度检验.特别适用于其他硬度计难以胜任的、不易移 动的大型工件和不易拆卸的大型部件及构件的硬度检验。其 缺点是试验结果的准确性受人为因索影响较大.硬度测量精度 较低。
工程材料绪论全解PPT课件
石器
陶器
瓷器 4
我国青铜的冶炼在夏朝(公元前2140年始)以前就开始了，到殷、西周时期已发展到很高的水 平。青铜主要用于制造各种工具、食器、兵器。从河南安阳晚商遗址出土的司母戊鼎重达8750 N, 外型尺寸为1.33 m×0.78 m×1.10 m, 是迄今世界上最古老的大型青铜器。从湖北隋县出土的战 国青铜编钟是我国古代文化艺术高度发达的见证。
1、离子键 当周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素原子接触时，前者失去最外层价电子变
成带正电荷的正离子，后者获得电子变成带负电荷的满壳层负离子。正离子和负离子由静电引力 相互吸引；同时当它们十分接近时发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定的离子键。NaCl、CaO 、Al2O3等由离子键组成。
离子键的结合力很大，因此离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系统小，但脆性大。离子键 中很难产生可以自由运动的电子，所以离子晶体都是良好的绝缘体。在离子键结合中，由于离子 的外层电子比较牢固地被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，所以
工程材料课程介绍
工程材料课程是高等院校机械类专业的一门十分重要的技术基础课。课程的任务是从机械工 程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的成分、加工工艺、组织、结构与 性能之间的关系；介绍常用机械工程材料及其应用等基本知识。
本课程的目的是使学生通过学习，在掌握机械工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具 备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材及制订零件工艺路线的初步能力 。
近年来超导材料、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。 我国在新材料新工艺的研究和应用方面取得重大成果。 ➢ 研制成功性能优越、用途广泛的新型结构钢—贝氏体钢； ➢ 研制出零电阻温度为128.7 K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超导体(铊系超导体)； ➢ 镁铝合金的开发和应用研究取得重大成果。 ➢ 材料快速成型技术和材料表面处理技术在我国得到迅速发展。
材料工程基础第一章精品PPT课件
红色 黑色 黄褐色 淡黄色
赤铁矿
菱 铁 矿
磁铁矿
褐 铁 矿
一、生铁冶炼
对铁矿石的要求：
1、炼铁的原料
含铁量愈高愈好；30~70%，贫矿：Fe%＜45%
富矿：Fe%＞45%
还原性好；
粒度适中；通常为10~25mm
脉石成分中碱性氧化物含量高；
杂质含量少；S% ＜0.15%，P% ＜0.4%，As% ＜0.1%
要求：
含碳量高； 有害杂质硫、磷及水分、灰分、挥发分的含量低； 在常温及高温下要有足够的机械强度； 气孔率要大，粒度要均匀
常用的燃料：
焦炭 喷吹用燃料：10~30%，有的达40~50%，包括气体燃料（天然气、焦炉 煤气等）、液体燃料（重油、柴油、焦油）、固体燃料（无烟煤粉）
2、高炉设备及工艺过程
金属材料的制备与加工工艺
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
金属材料的制备－冶金 铸造 金属的压力加工 金属的焊接 金属材料热处理
第一章 金属材料的制备－冶金
第一节 冶金工艺概述 第二节 钢铁冶炼 第三节 有色金属冶炼
第一节 冶金工艺概述
冶金是基于矿产资源的开发利用和金属材料生产加 工过程的工程技术。
➢ 工艺过程：
浸取
固液 分离
溶液 净化
金属或化 合物提取
第一节 冶金工艺概述
电冶金
➢ 定义：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精
炼金属的冶金过程。
➢ 工艺分类：
电热冶金 ：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。包
括电弧熔炼、电阻熔炼、等离子熔炼和感应熔炼等。
电化学冶金：利用电化学反应，使金属从含金属盐类的水 溶液或熔体中析出的冶金方法。包括水溶液电解和熔盐电 解
清华大学工程材料第五版第一章ppt课件
异类原子
老师提示：点缺陷造成局部晶格畸变, 使金 属的屈服强度、电阻率增加, 密度发生变化。
.
2. 线缺陷 指两维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷，叫 位错。由晶体中原子平面的错动引起。
（1）刃型位错 晶体的一部分出现一个多余的 半原子面。如切入晶体的刀片， 刀片的刃口线即为位错线。这种 线缺陷称刃型位错。 半原子面在上面的称正刃型位 错, 半原子面在下面的称负刃型 位错。
若两个晶向的全部指数数值相同而符号 相反, 则它们相互平行或为同一原子列, 但 方向相反。
如[110]与 。
若只研究原子排列情况, 则晶向[110]与 可用同一个指数[110]表示。
.
晶向族 原子排列情况相同而在空间位向不同 的晶向组成晶向族。
晶向族用尖括号表示, 即<uvw>。
如: <100> = [100] + [010] + [001]
.
（3）按溶质原子在固溶体中分布有否规律分 ●无序固溶体：溶质原子无规则分布 ●有序固溶体：溶质原子规则分布
无序固溶体
有序固溶体
有序化转变：在一定条件下，一些合金的无序 固溶体可转变为有序固溶体。
.
2. 固溶体的性能 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。 晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑 移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬 度。
.
二元合金：由两个组元组成的合金。 如铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。
合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯 金属高许多；
某些合金还具有特殊的电、磁、耐热、耐蚀 等物理、化学性能。
合金的应用比纯金属广泛得多。
溶质、溶剂、表示方法
.
相： 在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结 构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部 分。 液态物质为液相。 固态物质为固相。
老师提示：点缺陷造成局部晶格畸变, 使金 属的屈服强度、电阻率增加, 密度发生变化。
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2. 线缺陷 指两维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷，叫 位错。由晶体中原子平面的错动引起。
（1）刃型位错 晶体的一部分出现一个多余的 半原子面。如切入晶体的刀片， 刀片的刃口线即为位错线。这种 线缺陷称刃型位错。 半原子面在上面的称正刃型位 错, 半原子面在下面的称负刃型 位错。
若两个晶向的全部指数数值相同而符号 相反, 则它们相互平行或为同一原子列, 但 方向相反。
如[110]与 。
若只研究原子排列情况, 则晶向[110]与 可用同一个指数[110]表示。
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晶向族 原子排列情况相同而在空间位向不同 的晶向组成晶向族。
晶向族用尖括号表示, 即<uvw>。
如: <100> = [100] + [010] + [001]
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（3）按溶质原子在固溶体中分布有否规律分 ●无序固溶体：溶质原子无规则分布 ●有序固溶体：溶质原子规则分布
无序固溶体
有序固溶体
有序化转变：在一定条件下，一些合金的无序 固溶体可转变为有序固溶体。
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2. 固溶体的性能 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。 晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑 移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬 度。
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二元合金：由两个组元组成的合金。 如铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。
合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯 金属高许多；
某些合金还具有特殊的电、磁、耐热、耐蚀 等物理、化学性能。
合金的应用比纯金属广泛得多。
溶质、溶剂、表示方法
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相： 在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结 构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部 分。 液态物质为液相。 固态物质为固相。
第1章 工程材料基础
0 6）晶格常数。 晶胞中各棱边的长度，单位为A1A 1010 m 0
7）金属中常见的晶体结构 体心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八 个角上和立方体的中心各有一个原子，如图1-2a。其原 子个数为：1 / 8 8 1 2 ，如铬、钠等。
图1-2a 体心立方晶格
面心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八个 角上和立方体的六个面的中心各有一个原子，如图1-2b。 其原子个数为： 1 / 8 8 1 / 2 6 4，如铝，铜等。
图1-2b ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ心立方晶格
密排六方晶格：晶胞是一个正六方柱体，在六方柱体 的十二个角上和上、下底面的中心各有一个原子，在上、 下底面之间还均匀分布着三个原子如图1-2c。其原子个数 1 / 6 12 1 / 2 2 3 6 ，如镁、锌等。 为：
4）结晶过程。 晶体形核和成长过程。如图1-7所示，在 液体金属开始结晶时，在液体中某些区域形成一些有规则 排列的原子团，成为结晶的核心，即晶核 （形核过程）。 然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大，形成 晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时，新的晶核又继续 产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触，液态金属完 全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一，大 小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界。
图1-7 结晶过程示意图
5）单晶体。 结晶后，每个晶核长成为一个晶体，称为 单晶体。
6）多晶体。 由许多外形不规则、大小不等、排列位向 不同的小颗粒晶体组成。在多晶体中，这些小颗粒晶体 叫晶粒；晶粒与晶粒之间的界面叫晶界。晶粒的大小影 响材料的力学、物理、化学性能，一般情况下，晶粒越 细，强度和硬度越高，塑性和韧性越好。因为晶粒越细 小，晶界就多，晶界处的晶体排列极不规则，界面犬牙 交错，互相咬合，因而加强了金属之间的结合力。 7 ）细晶强化。 用细化晶粒的方法来提高金属材料的力 学性能。金属凝固后的晶粒大小与凝固过程中形核的多 少和晶核长大速度有关，晶核越多，长大速度越慢，晶 粒越细。而过冷度越大，产生的晶核越多，晶核多，每 个晶核长大受到制约，形成的晶粒就越细小。
清华大学-工程材料课件(1).136页PPT
清华大学-工程材料课件(1).
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联