金屬材料教學(xué)課件

金屬材料教學(xué)課件歡迎參加金屬材料課程。本課程將深入探討金屬材料的結(jié)構(gòu)、性能、制造工藝及應(yīng)用。我們將從基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)始，逐步深入了解各種金屬及其合金的特性。課程介紹課程目標(biāo)掌握金屬材料的基本知識(shí)和應(yīng)用技能。學(xué)習(xí)內(nèi)容包括金屬結(jié)構(gòu)、性能、制造工藝和應(yīng)用等方面。學(xué)習(xí)方法理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作相結(jié)合?？己朔绞狡綍r(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試綜合評(píng)定。金屬材料的分類(lèi)按化學(xué)成分分為黑色金屬和有色金屬。黑色金屬主要是鐵及其合金，有色金屬包括銅、鋁、鎂、鈦等。按晶體結(jié)構(gòu)分為體心立方、面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)賦予金屬不同的性能特征。按用途分為結(jié)構(gòu)材料、功能材料和特種材料。每種類(lèi)型在工程應(yīng)用中有其特定用途。金屬原子結(jié)構(gòu)1原子核由質(zhì)子和中子組成，決定元素種類(lèi)。2電子層圍繞原子核運(yùn)動(dòng)，決定化學(xué)性質(zhì)。3價(jià)電子最外層電子，參與化學(xué)鍵合。4自由電子在金屬中可自由移動(dòng)，導(dǎo)致良好導(dǎo)電性。晶體結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)如鐵、鎢等。每個(gè)單元晶胞有9個(gè)原子，緊密度較低。面心立方結(jié)構(gòu)如銅、鋁等。每個(gè)單元晶胞有14個(gè)原子，緊密度高。密排六方結(jié)構(gòu)如鎂、鈦等。每個(gè)單元晶胞有17個(gè)原子，緊密度最高。金屬的性能力學(xué)性能包括強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等。物理性能如熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等?；瘜W(xué)性能如耐腐蝕性、耐氧化性等。工藝性能如可鍛性、可焊性、可切削性等。金屬的機(jī)械性能1強(qiáng)度金屬抵抗永久變形或斷裂的能力。通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)定。2硬度金屬抵抗局部塑性變形的能力。使用硬度計(jì)測(cè)量。3塑性金屬在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。4韌性金屬吸收能量并在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。塑性變形彈性變形應(yīng)力去除后，金屬能恢復(fù)原狀。屈服點(diǎn)開(kāi)始產(chǎn)生永久變形的臨界點(diǎn)。塑性變形晶體內(nèi)部發(fā)生滑移和孿生。加工硬化塑性變形導(dǎo)致強(qiáng)度增加、塑性降低。金屬的熱處理1退火消除內(nèi)應(yīng)力，軟化金屬。2正火提高強(qiáng)度和韌性。3淬火提高硬度和強(qiáng)度。4回火降低脆性，增加韌性。金屬的腐蝕化學(xué)腐蝕金屬與非電解質(zhì)介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如高溫氧化。電化學(xué)腐蝕金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。如大氣腐蝕。防腐措施包括表面處理、陰極保護(hù)、添加緩蝕劑等方法。鐵基金屬定義以鐵為基體的金屬材料，包括純鐵、鋼和鑄鐵。特點(diǎn)強(qiáng)度高、價(jià)格低、易加工，是最重要的工程材料。應(yīng)用廣泛用于建筑、機(jī)械、交通等領(lǐng)域。分類(lèi)根據(jù)碳含量分為鋼（＜2.11%）和鑄鐵（2.11%~4.3%）。鐵碳合金鐵碳相圖描述鐵碳合金在不同溫度和成分下的相變關(guān)系。奧氏體高溫下的面心立方γ-Fe固溶體。鐵素體低溫下的體心立方α-Fe固溶體。珠光體鐵素體和滲碳體的層狀組織。鑄鐵灰鑄鐵含片狀石墨，機(jī)械性能較差但鑄造性能好。球墨鑄鐵含球狀石墨，綜合性能優(yōu)良。白口鑄鐵碳以滲碳體形式存在，硬度高但脆性大?？慑戣T鐵白口鑄鐵經(jīng)熱處理而成，塑性和韌性好。鋼的分類(lèi)1按成分碳鋼、合金鋼。2按用途結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼。3按質(zhì)量普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)鋼。4按脫氧程度鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼。5按生產(chǎn)方法轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、坩堝鋼。鋼的熱處理1退火緩慢加熱到臨界溫度以上，保溫后緩慢冷卻。2正火加熱到臨界溫度以上，保溫后空冷。3淬火加熱到臨界溫度以上，保溫后快速冷卻。4回火淬火后再次加熱到臨界溫度以下，保溫后冷卻。有色金屬定義除鐵、鉻、錳外的金屬及其合金。常見(jiàn)的有銅、鋁、鎂、鈦等。特點(diǎn)密度小、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、耐蝕性強(qiáng)，但價(jià)格較高。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于電子、航空航天、化工等領(lǐng)域。銅及其合金純銅導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，耐蝕性強(qiáng)，廣泛用于電氣工業(yè)。黃銅銅鋅合金，強(qiáng)度高，易加工，用于閥門(mén)、儀表等。青銅銅錫合金，耐磨性好，用于軸承、齒輪等。白銅銅鎳合金，電阻率高，用于電熱元件。鋁及其合金輕質(zhì)密度小，強(qiáng)度高，廣泛用于航空航天。耐腐蝕表面易形成致密氧化膜，耐大氣腐蝕。導(dǎo)電性好用于電力傳輸線(xiàn)路?？苫厥找谆厥赵倮?，環(huán)保性能好。鎂及其合金最輕的工程金屬密度僅為鋁的2/3，鐵的1/4。比強(qiáng)度高單位重量的強(qiáng)度高，適用于輕量化設(shè)計(jì)。減震性能好能有效吸收振動(dòng)，用于汽車(chē)、電子產(chǎn)品。易燃性加工時(shí)需注意防火，是其主要缺點(diǎn)。鈦及其合金1高比強(qiáng)度強(qiáng)度高，密度低，適用于航空航天。2耐腐蝕耐酸堿鹽腐蝕，適用于化工設(shè)備。3生物相容性好可用于醫(yī)療植入物。4耐高溫在高溫下仍保持良好性能。金屬材料的制造工藝原料準(zhǔn)備選礦、破碎、篩分。冶煉還原、精煉、合金化。鑄造熔煉、澆注、凝固。成型軋制、鍛造、擠壓等。金屬材料的成型工藝軋制金屬坯料通過(guò)軋機(jī)輥輪壓制成薄板、型材等。鍛造利用鍛壓設(shè)備對(duì)金屬施加壓力，使其塑性變形。擠壓將金屬坯料置于容器中，通過(guò)沖頭擠出成型。拉伸將金屬線(xiàn)材或管材通過(guò)拉拔模具，減小截面積。金屬材料的焊接熔焊包括電弧焊、氣焊等。通過(guò)熔化金屬實(shí)現(xiàn)連接。壓力焊如電阻焊、摩擦焊。利用壓力和熱量實(shí)現(xiàn)連接。特種焊接如激光焊、電子束焊。適用于特殊材料或要求。金屬材料的表面處理電鍍利用電解原理在金屬表面沉積一層其他金屬。熱浸鍍將金屬浸入熔融的鍍層金屬中進(jìn)行鍍覆。噴涂將涂料或金屬粉末噴涂到金屬表面并固化。表面硬化通過(guò)滲碳、滲氮等方法提高表面硬度。金屬材料在工程中的應(yīng)用金屬材料的再利用1收集從廢棄產(chǎn)品中收集金屬材料。2分類(lèi)根據(jù)金屬種類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)。3預(yù)處理清洗、破碎等準(zhǔn)備工作。4熔煉重新熔化金屬，去除雜質(zhì)。5再造將回收金屬制成新的產(chǎn)品。金屬材料的環(huán)境影響資源消耗開(kāi)采金屬礦石會(huì)消耗大量能源和水資源。環(huán)境污染冶煉過(guò)程可能產(chǎn)生廢氣、廢水和固體廢棄物。生態(tài)破壞采礦活動(dòng)可能導(dǎo)致植被破壞和生態(tài)系統(tǒng)改變?；厥绽媒饘倩厥湛娠@著減少環(huán)境影響和資源消耗。金屬材料發(fā)展趨勢(shì)輕量化開(kāi)發(fā)更輕、更強(qiáng)的合金，滿(mǎn)足節(jié)能減排需求。功能化開(kāi)發(fā)具有特殊功能的金屬材料，如形狀記憶合金。納米化研究納米級(jí)金屬材料，提高性能。綠色化發(fā)展環(huán)境友好的金屬材料和加工工藝。課程總結(jié)知識(shí)體系構(gòu)建了從原子結(jié)構(gòu)到工程應(yīng)用的金屬材料知識(shí)體系。實(shí)踐能力通過(guò)實(shí)驗(yàn)和案例分析，提升了實(shí)踐操作和分析能