第二章 金属材料的物理化学性能
物理性能
5.导热性： 导热性用导热率λ来表示，导热率
越大，说明导热性越好。导热性是金属 材料的重要性能之一，金属及合金的导 热率远高于非金属材料。导热性好的材 料可用来作热交换器等传热设备的零件。 同时在不同材料匹配过程中，也必须考 虑不同材料的不同导热性。
物理性能
6.导电性：
导电性用电阻率ρ表示，通常金属 的电阻率随温度升高而增加，纯金属材 料的导电性比合金好，高分子材料不导 电，但部分高分子复合材料有良好的导 电性。陶瓷材料不导电，但某些含有特 殊成分的陶瓷都是具有一定导电性的半 导体。
金属材料的物理性能 金属材料的化学性能
物理性能
物理性能
1.密度 2.熔点 3.热膨胀性 4.磁性 5.导热性 6.导电性
物理性能
1.密度： 单位体积中材料的质量称为材料的
密度。一般将密度小于5×103kg/m3的 金属称为轻金属，密度大于 5×103kg/m3的金属称为重金属，对于 飞机、快艇、发动机活塞等需选用密度 小的材料制造，以减轻重量。
3.热膨胀性： 材料在不同温度的热膨胀性通常
用线胀系数表示，线胀系数是一个非常 重要的性能指标。陶瓷的线胀系数最低， 金属次之，高分子材料最高。在活塞与 缸套的材料匹配及异种金属焊接等都需 要考虑材料的热膨胀性。
物理性能
4.磁性：
材料能导磁的性能称为磁性。许 多金属（如铁、镍、钴等）具有较高的 磁性，也有许多金属如铝、铜、铅等是 无磁性的，非金属材料一般无磁性。
2.抗氧化性
化学性能
1.金属材料腐蚀的基本过程：
金属与周围介质（水电解质）接触时，由于化 学作用而引起的腐蚀为化学腐蚀。如金属与空气中 的O2、H2S、SO2形成氧化物、硫化物、氯化物等， 从而使金属零件因腐蚀而损坏。
金属与电解质溶液（如酸、碱、盐）等构成原 电池而引起的腐蚀，为电化学腐蚀，如金属在海水 中或土壤中的腐蚀均属于电化学腐蚀。
物理性能
2.熔点： 材料的熔化温度称为熔点。一般
陶瓷的熔点高于金属的熔点，高分子材 料没有固定的熔点，金属都有固定的熔 点。熔点低的金属及合金可用来制造焊 锡或保险丝，而熔点高的金属及合金 （如钨、钼、钒）可以制造耐高温零件。 熔点对金属与合金的冶炼、铸造和焊接 等是一个重要的工艺参数。
物理性能
化学性能
抗腐蚀性：
主要采用的方法有合理选择防腐材料（如 不锈钢）和覆盖法（即电镀或使用电化学保护， 如阴极保护法）等来防止或减少金属腐蚀的发生。 另外，用适当的涂料进行涂覆，也可起到防腐蚀、 填平锈斑的作用。
化学性能
抗氧化性：
材料在高温下抵抗氧化的能力称为抗氧化性， 又称为热稳定性。在钢中加入Cr、Si等元素，可大大 提高钢的抗氧化性。在高温下工作的发动机气门、内 燃机排气阀等汽车零部件就是采用抗氧化性好 42Cr9Si2等材料制造的。
金属材料与热处理习题册参考答案
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 2．光泽延展性导电性导热性合金 3．成分热处理性能性能二、思考题 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的相关知识。
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性能的方法等都具有非常重要的指导意义。
第一章金属的结构与结晶一、填空题 1．非晶体晶体晶体 2．体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方 3．晶体缺陷间隙空位置代刃位错晶界亚晶界 4．无序液态有序固态 5．过冷度 6．冷却速度冷却速度低 7．形核长大 8．强度硬度塑性 9．固一种晶格另一种晶格 10．静冲击交变 11．弹性塑性塑性 12．材料内部与外力相对抗 13．内力不同 14．外部形状内部的结构二、判断题 1．√ 2．× 3．× 4．× 5．× 6．√ 7．√ 8．√ 9．√ 10．√ 11．× 12．√ 13．√ 14．× 15．√三、选择题 1．A 2．C B A 3．B四、名词解释 1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多的小晶体组成的晶体称为多晶体。
3．答：弹性变形是指外力消除后，能够恢复的变形；塑性变形是指外力消除后，无法恢复的永久性的变形。
4．答：材料在受到外部载荷作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为内力；单位面积上所受的内力就称为应力。
五、思考与练习 1．冷却曲线上有一段水平线，是说明在这一时间段中温度是恒定的。
结晶实际上是原子由一个高能量级向一个较低的能量级转化的过程，所以在结晶时会放出一定的结晶潜热，结晶潜热使正在结晶的金属处于一种动态的热平衡，所以纯金属结晶是在恒温下进行的。
金属材料的主要性能(共11张PPT)
无机非金属材料（陶瓷…
0
布氏硬度 Brinell Hardness （HB ）
35HRC～38HRC
用于测量有色金属、退火或正火钢件 、灰铸铁材料。
l 洛氏硬度 Rockwell Hardness (HR) 强度与塑性是应由变拉伸: 试验获得
l 而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。
抵抗各种介质侵蚀的能力。
5、疲劳强度 1 fatigue strength
疲劳强度（疲劳极限）——在周期性或非周期性动载 荷（疲劳载荷）作用下，零件材料在无数次循环载荷 作用下不致引起断裂的最大应力。
疲劳应力值往往大大低于材料的强度极限值。
第九页，共11页。
二、金属材料的物理性能： （一）密度 （二）热学性能
⒈ 熔点；⒉ 热容；⒊ 热膨胀；⒋ 热传导 （三）电学性能
第七页，共11页。
洛氏硬度 Rockwell Hardness (HR)
原理是用顶角为120°的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压头，在规定的载荷压力作用下，
压入材料表面，在指示盘上显示出硬度值大小。 常用的是用符号 HRC 表示。
注： 1、数字在前、字母在后，如45HRC；35HRC～38HRC 2、HRC适用范围数值20～70；小于或大于这个范围均 为标注错误！如17HRC；75HRC；HRC=15～19等。
韧性——金属在断裂前吸收变形能量的能力。韧性的判断依据是通过冲击实验来测定，通常采用
摆锤式冲击试验机测定。
摆锤式一次冲击实验 GB229—94规定：将材料制成带有V型缺口标准冲击试样。
aK
响，比较复杂，所以冲击 值一般只作为选择材料的参考，不直接用于强度计算。
⒈ 电阻率ρ ；⒉ 电阻温度系数；⒊ 介电性 （四）磁学性能
材料保护-第2章 基础理论
总反应（电池反应）：Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)
2.3.2 原电池热力学
1)电池反应的△rGm与电动势E的关系 对于电池反应： aA(aq) +bB (aq) ＝gG (aq) +dD (aq) 根据热力学第一定律：如果在能量转变过程中，化学能全 部转变为电功而无其它的能量损失，则在恒温定压条件下，摩
2.3 原电池与电极电位 2.3.1 原电池 对于一个氧化还原反应:
Zn(s) + Cu2+(aq) + SO42- (aq) = Zn2+(aq) + Cu(s) + SO42- (aq)
0 65.52 -147.03 0 kJ· -1 mol
ΔGθ(298.15K) ＝ -212.55 kJ· -1，反应能自发进行。 mol
(AgCl/Ag) ＝ θ(AgCl/Ag) – (RT/nF)ln[c(Cl-)/cθ]
[AgCl/Ag]= 0.22233 V
有了标准氢电极等参比电极，可测量任意电极的电极电势。 方法：将被测电极（标准）与标准氢电极组成原电池。
M
Cl→Mn+
K+ H+→
lnKθ = nFEθ/(RT)
lgKθ = nEθ/0.05917
2.3.3 电极电势
1)标准电极电势 如前所述，将两个半电池用盐桥和导线连接，导线上会 有电流流动，说明两个电极的电势不相等，存在电势差。 原电池两极间有电势差存在，表明每个电极均有一个电极
电势，但电极电势的绝对值像热力学中的焓一样，无法测量，
一般地，我们只要知道他们的相对值而不必测量其绝对值。 如果选择某一电极作为标准，人为规定其电极电势为零， 而把其它电极与此标准电极组成的原电池的电动势的相对大小 ，通过测定某电极与标准氢电极组成的原电池的电动势，求出 该电极的相对电极电势。作为该电极的电极电势。 国际上规定标准氢电极为标准电极。
第二章 金属材料的塑性变形与性能
9
根据载荷作用性质不同：
a）拉深载荷 --拉力 b）压缩载荷 —压力 c）弯曲载荷 --弯力 d）剪切载荷--剪切力 e）扭转载荷--扭转力
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2.内力 （1）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在 材料内部产生的一种与外力相对抗的力。 （2）大小 内力大小与外力相等。 （3）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。
2
§1.金属材料的损坏与塑性变形
1.常见损坏形式
a）变形
零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。 （包括：弹性变形和塑性的现象。
c）磨损
因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。
3
2.常见塑性变形形式 1）轧制 （板材、线材、棒材、型材、管材）
28
2）应用范围 主要用于：测定铸铁、有色金属及退火、正火、 调质处理后的各种软钢或硬度较低的 材料。 3）优、缺点 优点：压痕直径较大，能比较正确反映材料的平均 性能；适合对毛坯及半成品测定。 缺点：操作时间比较长，不适宜测定硬度高的材料； 压痕较大不适合对成品及薄壁零件的测定。
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2.洛氏硬度（HR）——生产上应用较广泛 1）定义 采用金刚石压头直接测量压痕深度来表示材料的硬度值。 2）表示方法
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3.应力 （1）定义 单位面积上所受到的力。 （2）计算公式 σ= F/ S（ MPa/mm2 ） 式中： σ——应力； F ——外力； S ——横截面面积。
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二、金属的变形 金属在外力作用下的变形三阶段： 弹性变形 弹-塑性变形 断裂。 1.特点 弹性变形： 金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。 塑性变形： 金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。 2.变形原理 金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶体内部 缺陷—位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。
金属材料的结构与性能
第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。
常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。
2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。
二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。
此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。
硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。
此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。
三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。
疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。
四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。
为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。
其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。
五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。
它是材料本身的特性。
六、磨损由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。
引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。
按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。
不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。
2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能力。
第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。
冶金物理化学简明教程PPT精品课程课件全册课件汇总
冶金物理化学简明教程PPT精品课程课件全册课件汇总冶金物理化学是一门研究金属材料物理、化学性质及其变化规律的学科。
本课程将以PPT精品课程课件的形式呈现，全面介绍冶金物理化学的基本原理、应用实例和研究进展，以帮助学生深入了解并掌握该领域的知识。
以下为全册课件汇总的内容概述：第一部分：冶金物理化学概述第一章：冶金物理化学基础介绍冶金物理化学的定义、发展历程、研究范围、学科体系及其与其他学科之间的关系。
第二章：物质结构与性质介绍物质的结构与性质关系，讨论晶体结构、缺陷、位错、晶格畸变、相变等主要内容。
第三章：金属的物理性质介绍金属的电学、热学、光学、磁学和声学性质及其在金属加工中的应用。
第四章：金属的化学性质介绍金属的化学反应及其影响因素，讨论氧化还原反应、腐蚀、金属间化合物等主要内容。
第二部分：金属材料的物理性能第五章：金属材料的力学性质介绍金属材料的力学性能，如强度、硬度、塑性等，及其测定方法和影响因素。
第六章：金属材料的热学性质介绍金属材料的热学性能，如热导率、热膨胀系数、比热容等，及其测定方法和影响因素。
第七章：金属材料的电学性质介绍金属材料的电学性能，如电导率、电阻率、电容等，及其测定方法和影响因素。
第八章：金属材料的磁学性质介绍金属材料的磁学性能，如磁导率、磁阻等，及其测定方法和影响因素。
第三部分：金属材料的化学性能第九章：腐蚀与防腐介绍金属材料的腐蚀行为、腐蚀机理及其防腐方法，如阴极保护、涂层等。
第十章：金属的溶解行为介绍金属的溶解行为及其与物理化学性质的关系，如溶解度、离子活度等。
第十一章：金属的化学反应介绍金属与其他物质发生化学反应的机理和应用，如氧化反应、还原反应、金属间化合物等。
第四部分：金属材料的工艺性能第十二章：金属材料加工工艺介绍金属材料的加工工艺及其与物理化学性质的关系，如锻造、轧制、拉伸等。
第十三章：金属材料的焊接工艺介绍金属材料的焊接技术及其与物理化学性质的关系，如电弧焊、气体保护焊等。
工程材料第二章 (材料的力学行为)
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材料规定应力循环基数
钢铁材料：应力循环次数 为：107 有色金属：应力循环次数 为：108
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2.1.4 冲击韧度（韧性） 1）概念
材料在冲击载荷的作用下，抵 抗破坏的能力。
2）试验方法
一次冲击弯曲实验，或称一次 性摆锤弯曲冲击试验。
3）冲击韧度指标
以材料受冲击断裂时单位面积 上所消耗的能量来表示的。 (J/mm2 ) Ak-冲击功，F-缺口处截面积
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（3）残余应力的危害 降低工件的承载能力 当残余应力与工作应力一致时可能会使工件 产生宏观或微观的破坏。 使工件尺寸及形状发生变化 ； 在其平衡状态受到破坏，工件的应力状态将 发生变化，从而引起工件形状和尺寸的变 化，丧失精度。 降低工件的耐蚀性 残余应力的存在，使金属晶体处于高的能量 状态下，金属易与周围介质发生化学反应， 而导致金属耐蚀性降低 （4）消除残余应力主要方法：
ak ＝Ak /F
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一般情况下： a 值越小,表明材料的韧性越 低， 脆性越大。 一般把韧性值a 高的材料称作 韧性材料， a 值低的材料称为 脆件材料。
k k k
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Titanic沉没原因
Titanic ——含硫高的钢 板，韧性很差，特别是在 低温呈脆性。所以，冲击 试样是典型的脆性断口。 近代船用钢板的冲击试样 则具有相当好的韧性。
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3) 孪生
(1) 孪生变形 在切应力作用下，晶体的 一部分对应于一定的晶面 （孪晶面）产生一定角度 的切变。 (2) 特点 原子移动的距离与原子离 开孪晶面的距离成正比； 相邻原子间的位移只有一 个原子间距的几分之一。
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2.2.2 多晶体的塑性变形
1) 晶界和晶粒位向的影响
(1) 晶界的影响 两晶粒试样拉伸变形特点 远离晶界的地方变形量较 大，而晶界附近变形量较小 （“竹节”现象）。
金属材料的晶体结构
} 912
-Fe，fcc
} 770
单位细面晶积晶强粒化数——1晶6 粒细32 化使64金属12机8 械25性6 能5提12高1的024现象2048
（个/mm2）
晶细粒平晶均强直径化→强2度50、硬177度、12塑5 性8、8 韧性62 ↑ 44 31 22
（μm）
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细化晶粒的措施
（1）提高过冷度
形核率N 、 长大速度G 与 过冷度 T 的关系
晶胞——晶格中能反映晶格特征的最小的 几何单元
13
Z
晶格常数
c
ab
a
Y
X
晶格常数 a，b，c
14
晶面: 通过原子中心的平面 晶向：通过原子中心的直线所指的方向
Z Z
c
b a
c
Y
b a
Y
X
X
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2、纯金属的晶体结构
金属键——决定特性
大量自由电子→良好导电导热性 电子云与离子间引力→高强度和良好塑性 紧密的金属键→排列紧密的高对称晶格
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（2）面心立方晶格 fcc
如-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag 等
20
Z
c
a
X
bY
晶格常数：a=b=c； a = = = 90
晶胞原子数： 4
原子半径： 致密度：0.74
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（3）密排六方晶格 hcp
如C（石墨）、Mg、Zn 等
晶格常数 底面边长a 底面间距c 侧面间角120 侧面与底面夹角90
强化阶段：材料在内部晶体重新排列后重新获得抵抗拉伸的 能力，但此时的形变为塑性形变，外力撤去后无法回到原来 的长度。
破坏阶段：材料在过度受力后开始在薄弱部位出现颈缩现象， 抵抗拉伸能力急剧下降，直至断裂。
金属材料的物理化学性能分析
机电信息工程金属材料的物理化学性能分析王栋1王瑞2(1.新乡职业技术学院，河南新乡453006*.豫新汽车热管理科技有限公司，河南新乡453006)摘要:金属材料在加工和使用的过程中需要考虑其性能要求，来满足工艺性能的需要。
本文主要分析金属材料的物理和化学性能包含的内容和特点，要求。
关键词：材料；物理性能；化学性能；要求1物理性能1.1密度金属的密度就是单位体积金属的质量，其单位为Pg/n?,金属按照密度的大小分为轻金属和重金属，我们把密度小于4.5X103kg/m3的金属称为是轻金属，常见的有铝、镁、钛及其合金；把密度大于4,5X103 kg/m?的金属称为是重金属，这样的金属有金、银、铜、铅等。
在航空、汽车和较大体积的机器时，都应当考虑其密度要求，因为密度的大小很大程度上决定了零件的自身重量。
而机床外壳，底座、箱体等要求自重的,我们就采用密度较大的材料来保证其自身的强度和硬度。
1.2熔点熔点对于金属材料来说有着十分重要的作用，因为金属材料一般在作为成品使用之前都需要进行热处理工艺，如果不能准确地掌握材料的熔点的话，那作能够直接完成所有的工作，个别重要岗位仍然需要钳工进行手工操作，包括设备的维护、维修等等。
3.2钳工工艺在先进制造技术中的实际应用基于现代制造技术社会及企业对制造技术都提出了更高的要求和标准，与此同时，基于钳工工艺也开始要求精密度和准确度，其能够切实满足多元化的维修需要。
在进行一些较大的零件切割时，技术人员可以不再单纯地使用传统技术技能，可以利用现代信息技术及制造技术实现机床切割或自动化切割。
而对于一些微型零件的切割时，也可以采用微细车削、铳削，同时也可以利用渗透融合先进技术的微细钻削。
例如，在当前社会极其常见的桌面微细锂削机，其体积小、占地面积小，在使用时能够快速移动，像行李箱一样拖走。
据调查显示,钳工工艺中极其重要的工艺主要包括装配钳工、机修钳工及工具钳工。
首先，所谓装配钳工,本质上来讲是通过工件加工、机械设备装配实么在进行热处理时就不能准确地得到我们需要的合金组织。
常用金属材料的一般知识
式中 Ak——冲击吸收功，J；
F——试验前试样刻槽处的横截面积，cm2；
ak——冲击值，J／cm2。
4．硬度
金属材料抵抗表面变形的能力。
常用的硬度有布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度HV三种。
(三)金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能是指承受各种冷热加工的能力。
第三节 常用金属材料的一般知识
一、金属材料的性能
金属材料的性能通常包括物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能等。
(一)金属材料的物理化学性能
1．密度
物质单位体积所具有的质量称为密度，用符号P表示。利用密度的概念可以帮助我们解决一系列实际问题，如计算毛坯的重量，鉴别金属材料等。常用金属材料的密度如下：铸钢为7．8g／cm3，灰铸铁为7．2g／cm3，钢为8．9g／cm3，黄铜为8．63g／cm3，铝为2．7g／cm3。
C5
2．合金结构钢的编号
合金结构钢的钢号由三部分组成：数字+化学元素符号+数字。前面的两位数字表示平均碳含量的万分之几，合金元素以汉字或化学元素符号表示，合金元素后面的数字，表示合金元素的百分含量。当元素的平均含量<1．5％时，则钢号中只标出元素符号而不标注含量；其合金元素的平均含量≥1．5％、≥2．5％、≥3．5％……时，则在元素后面相应标出2、3、4、……如“16Mn”钢，从钢号可知：其平均含碳量为0．16％，平均含锰量为<1．5％。
(2)抗拉强度 金属材料在破坏前所承受的最大拉应力，以σb表示。σb值越大金属材料抵抗断裂的能力越大，强度越高。
强度的单位是MPa(兆帕)。
2．塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形的能力。表示金属材料塑性性能有伸长率、断面收缩率及冷弯角等。