造型材料与工艺-金属材料详解.ppt

第二章 金属材料 金属材料的简单介绍 金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特性都跟金属晶体内含有自由电子有关。 金属材料是广泛应用的一种材料。 一、金属材料的主要性能 1、机械性能 弹性 刚度 塑性 强度 硬度 动载荷、冲击特性 交变载荷 轴、齿轮、弹簧、连杆 2、物理与化学性能 物理性能：比重、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等 化学性能：抗蚀性、抗氧化性 3、工艺性能 材料适应加工和工艺处理要求的能力。 铸造性能 锻造性能 焊接性能 切削加工性能 二、金属及合金的结构和结晶 为什么不同的金属有不同的性质？ 比较 纯铁F 纯铝L3 纯铜T2 45钢 LY11 H62 为什么含碳量的高低可以改变钢材的性能？ 20钢 45钢 T8工具钢 为什么钢材经过热处理会有不同的特性？ 退火、调质、淬火、渗碳 1、金属的内部结构 决定金属性质的因素是金属的内部结构金属的晶体靠金属键结合，使金属原子按一定次序排列作有规律的排列。从而形成晶格。按晶格结构的不同形式，可以分为：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。 （1）体心立方晶格 特点：硬，不易变形，延展性差——铬、钼、钨、钒 （2）面心立方晶格 特点：软，易变形，塑性大——铝、铜、镍、铅 （3） 密排六方晶格 特点：软，易变形——铍，镁，锌，镉 绝大多数的金属晶体具有上述三种晶格，但是有金属在不同的温度下，会有不同的晶格，如铁、锰、锡、钛、铝等，这就是同素异构转变。 2、金属的结晶过程 1、金属的结晶过程 （1） 结晶的概念：液态金属——固态晶体的过程 原子的聚集状态从不规则排列到按一定几何形状作有序排列的过程。 （2） 结晶的过程 温度低——原子活动弱——聚集成晶核——吸附周围原子成长——形成晶粒——液体消失 晶粒——内部结构规则排列， 两个晶粒之间不规则 晶粒的大小与冷却速度（过冷度）有关， 晶粒的粗细影响 晶粒越细，强度越高等综合性能好。 3、同素异构转变 固态范围内，因温度的变化，金属原子重排，晶格结构改变 15350C 13900C 9100C L-Fe ? -Fe ?- Fe ? -Fe 液态 体心立方 面心立方 体心立方 伴随着同素异构的转变，金属的能量变化，体积变化，内部应力发生 晶格的同素异构转变的作用，主要用于热处理，以改善钢材的性能 4、合金的概念 纯金属的缺点：品种少，提炼困难，机械性能不能满足需求，所以要合金来补充。 合金的基本概念 一种金属加入另外一种或几种金属或非金属，经过熔合而组成，具有金属特性的材料。 元：组成合金的最基本物质 纯元素 稳定的化合物 碳钢 Fe 和C 或 Fe3C 硬铝合金 Al、Cu和Mg 相：具有统一化学成分和晶格结构的均匀部分 单相和多相合金 5、合金的结构 合金中存在多种原子，所以结构复杂，原子之间相互作用，生成不同的相。按合金相结构的不同分为三种类型：固溶体、金属化合物、机械混合物 固溶体 各组元之间相互溶解而形成的一种成分和性质均匀的新晶体。如铁素体F (C, ??-Fe ) 含碳量为0.02% 金属化合物 各组元之间相互作用而形成的一种具有特殊晶格和明显金属特性的物质。如渗碳体 Fe3C含碳量为6.67% 机械混合物 两种以上的相在一起，既不溶解也不形成化合物，只是按一定比例相互混合型成的新物质 如珠光体P (铁素体与渗碳体的混合) 铁碳合金的基本组织 铁碳合金由铁和碳两种元素组成合金——碳钢和铸铁 基本组织：固溶体，金属化合物，机械混合三种形式 1、铁素体（F） (C,??-Fe ) 2、奥氏体（A） (C, ? -Fe ) 3、渗碳体（ Fe3C ） 4、珠光体（P） (F+ Fe3C) 5、莱氏体（Ld） (A + Fe3C) 6、马氏体（A） (C, ? -Fe ) 过饱和 合金相图 来历：