1、金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理第一章第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶金屬的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶1章節(jié)課件回顧上一章節(jié)內(nèi)容回顧上一章節(jié)內(nèi)容 在過去兩千年中的很長一段時(shí)間，中國是世在過去兩千年中的很長一段時(shí)間，中國是世界上最大和最先進(jìn)的國家，直到界上最大和最先進(jìn)的國家，直到1818世紀(jì)末，中國世紀(jì)末，中國的國內(nèi)生產(chǎn)總值約占全球的國內(nèi)生產(chǎn)總值約占全球25%25%，18201820年為年為33%33%。 中國的人均收入在中國的人均收入在1212世紀(jì)前一直領(lǐng)先于西歐，世紀(jì)前一直領(lǐng)先于西歐，在在1818世紀(jì)前一直領(lǐng)先于世界平均水平。世紀(jì)前一直領(lǐng)先于世界平均水平。 后來，它錯(cuò)過了工業(yè)革命，經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)停滯，后來，它錯(cuò)過了

2、工業(yè)革命，經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)停滯，19491949年年gdpgdp僅占世界僅占世界5%5%。2章節(jié)課件31669, n. steno, 1669, n. steno, 晶面角守恒定律晶面角守恒定律 1885, a. bravais, 1885, a. bravais, 晶體空間點(diǎn)陣學(xué)說晶體空間點(diǎn)陣學(xué)說 1912, m. laue1912, m. laue* *, , 晶體的晶體的x x射線衍射射線衍射 1915, w. h. bragg and w. l. bragg1915, w. h. bragg and w. l. bragg* * *x x射線晶體結(jié)構(gòu)分析方法射線晶體結(jié)構(gòu)分析方法 電子顯微鏡（電

3、子顯微鏡（semsem、temtem）掃描探針顯微術(shù)掃描探針顯微術(shù)* * * *（stmstm、afmafm）微觀組織理論大發(fā)展微觀組織理論大發(fā)展合金相圖、合金相圖、x x射線，位錯(cuò)理論射線，位錯(cuò)理論3章節(jié)課件reaumur (1722) hill (1748) reaumur (1722) hill (1748) 在放大鏡下觀察出晶粒在放大鏡下觀察出晶粒sorbit sorbit 發(fā)現(xiàn)并描述了細(xì)珠光體發(fā)現(xiàn)并描述了細(xì)珠光體young(1807)young(1807)提出材料彈性模量概念提出材料彈性模量概念barlow(1826)barlow(1826)關(guān)于材料強(qiáng)度的測定關(guān)于材料強(qiáng)度的測定teh

4、ernoff(1861)tehernoff(1861)發(fā)表了鋼臨界點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)表了鋼臨界點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告wshery(1860-1870)wshery(1860-1870)關(guān)于拉伸、扭轉(zhuǎn)、變曲應(yīng)力的工作及關(guān)于拉伸、扭轉(zhuǎn)、變曲應(yīng)力的工作及得出的第一條得出的第一條s s- -n n曲線，開辟了材料、組織與性能間關(guān)系的曲線，開辟了材料、組織與性能間關(guān)系的科學(xué)研究科學(xué)研究4章節(jié)課件 金屬材料與熱處理：金屬材料與熱處理： 是一門研究金屬材料的是一門研究金屬材料的成分成分、組織組織、熱處理熱處理與金屬材料性能之與金屬材料性能之間的關(guān)系和變化規(guī)律的學(xué)科。間的關(guān)系和變化規(guī)律的學(xué)科。5章節(jié)課件金屬與非金屬的比較金

5、屬與非金屬的比較金屬金屬非金屬非金屬1 1常溫時(shí)，除了汞是液體外，常溫時(shí)，除了汞是液體外，其它金屬都是固體其它金屬都是固體常溫時(shí)，除了溴是液體外，有些是常溫時(shí)，除了溴是液體外，有些是氣體，有些是固體氣體，有些是固體2 2一般密度比較大一般密度比較大一般密度比較小一般密度比較小3 3有金屬光澤有金屬光澤大多沒有金屬光澤大多沒有金屬光澤4 4大多是熱及電的良導(dǎo)體大多是熱及電的良導(dǎo)體, ,電阻電阻通常隨著溫度的增高而增大通常隨著溫度的增高而增大大多不是熱和電的良導(dǎo)體，電阻通大多不是熱和電的良導(dǎo)體，電阻通常隨溫度的增高而減小常隨溫度的增高而減小5 5大多具有展性和延性大多具有展性和延性大多不具有展性和

6、延性大多不具有展性和延性6 6固體金屬大多屬金屬晶體固體金屬大多屬金屬晶體固體大多屬分子型晶體固體大多屬分子型晶體7 7蒸氣分子大多是單原子的蒸氣分子大多是單原子的蒸氣（或氣體）分子大多是雙原子蒸氣（或氣體）分子大多是雙原子或多原子的或多原子的6章節(jié)課件1 1、金屬光澤、金屬光澤 當(dāng)光線投射到金屬表面上時(shí)，自由電子吸收所有頻率當(dāng)光線投射到金屬表面上時(shí)，自由電子吸收所有頻率的光的光, ,然后很快放出各種頻率的光然后很快放出各種頻率的光( (全反射全反射), ),絕大多數(shù)金屬絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)鋼灰色以至銀白色光澤。呈現(xiàn)鋼灰色以至銀白色光澤。 金顯黃色，銅顯赤紅色，鉍為淡紅色，銫為淡黃色，金顯黃色，銅

7、顯赤紅色，鉍為淡紅色，銫為淡黃色，鉛是灰藍(lán)色，因?yàn)樗鼈冚^易吸收某一些頻率的光。鉛是灰藍(lán)色，因?yàn)樗鼈冚^易吸收某一些頻率的光。 金屬光澤只有在其為晶體時(shí)才能表現(xiàn)出來，粉末狀金金屬光澤只有在其為晶體時(shí)才能表現(xiàn)出來，粉末狀金屬一般都呈暗灰色或黑色屬一般都呈暗灰色或黑色( (漫散射漫散射) )。 許多金屬在光的照射下能放出電子許多金屬在光的照射下能放出電子( (光電效應(yīng)光電效應(yīng)) )。另一。另一些在加熱到高溫時(shí)能放出電子些在加熱到高溫時(shí)能放出電子( (熱電現(xiàn)象熱電現(xiàn)象) )。7章節(jié)課件2 2、金屬的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、金屬的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性大多數(shù)金屬有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。大多數(shù)金屬有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。常

8、見金屬的導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力由大到小的順常見金屬的導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力由大到小的順序排列如下：序排列如下：agag銀銀，cucu銅，銅，auau金，金，alal鋁，鋁，znzn鋅，鋅，ptpt鉑，鉑，snsn錫，錫，fefe鐵，鐵，pbpb鉛，鉛，hghg汞。汞。8章節(jié)課件3 3、超導(dǎo)電性、超導(dǎo)電性金屬材料的電阻通常隨溫度的降低而減小。金屬材料的電阻通常隨溫度的降低而減小。19111911年年h.k.onnesh.k.onnes發(fā)現(xiàn)汞冷到低于發(fā)現(xiàn)汞冷到低于4.2k4.2k時(shí)，其電時(shí)，其電阻突然消失阻突然消失, ,導(dǎo)電性差不多是無限大導(dǎo)電性差不多是無限大, ,這種性質(zhì)稱為這種性質(zhì)稱為超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性。具有超

9、導(dǎo)性質(zhì)的物體稱為。具有超導(dǎo)性質(zhì)的物體稱為超導(dǎo)體超導(dǎo)體。超導(dǎo)體電阻突然消失時(shí)的溫度稱為超導(dǎo)體電阻突然消失時(shí)的溫度稱為臨界溫度臨界溫度( (t t0 0) )。超導(dǎo)體的電阻為零，也就是電流在超導(dǎo)體中通過時(shí)超導(dǎo)體的電阻為零，也就是電流在超導(dǎo)體中通過時(shí)沒有任何損失。沒有任何損失。9章節(jié)課件金屬的物理性質(zhì)金屬的物理性質(zhì)4 4、金屬的延展性、金屬的延展性：可以抽成細(xì)絲。例如最細(xì)：可以抽成細(xì)絲。例如最細(xì)的白金絲直徑為的白金絲直徑為1/5000mm1/5000mm，可以壓成薄片，例，可以壓成薄片，例如最薄的金箔，可達(dá)如最薄的金箔，可達(dá)1/10000mm1/10000mm厚。厚。5 5、金屬的密度、金屬的密度：

10、鋰、鈉、鉀比水輕，鋨、鐵：鋰、鈉、鉀比水輕，鋨、鐵等比水重。等比水重。6 6、金屬的硬度、金屬的硬度：一般較大，它們之間有很大：一般較大，它們之間有很大差別。有的堅(jiān)硬差別。有的堅(jiān)硬, ,如鉻、鎢等；有些軟如鉻、鎢等；有些軟, ,可用小刀切可用小刀切割如鈉、鉀等。割如鈉、鉀等。10章節(jié)課件7 7、金屬的熔點(diǎn)、金屬的熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)一般較高，但高低差別較大。金屬的熔點(diǎn)一般較高，但高低差別較大。最難熔的是鎢，最易熔的是汞最難熔的是鎢，最易熔的是汞、銫和鎵銫和鎵。汞在常溫下是液體，銫和鎵在手上受熱就汞在常溫下是液體，銫和鎵在手上受熱就能熔化。能熔化。11章節(jié)課件8 8、金屬玻璃、金屬玻璃( (非晶態(tài)金非

11、晶態(tài)金屬屬) ) 將某些金屬熔融后將某些金屬熔融后, ,以極快的速度淬冷。由于冷卻速以極快的速度淬冷。由于冷卻速度極快度極快, ,高溫時(shí)金屬原子的無序狀態(tài)被高溫時(shí)金屬原子的無序狀態(tài)被“凍結(jié)凍結(jié)”, ,不能形成不能形成密堆積結(jié)構(gòu)，得到與玻璃類似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)密堆積結(jié)構(gòu)，得到與玻璃類似結(jié)構(gòu)的物質(zhì), ,故稱為金屬玻故稱為金屬玻璃。璃。金屬玻璃同時(shí)具有高強(qiáng)度和高韌性、優(yōu)良的耐腐蝕性和金屬玻璃同時(shí)具有高強(qiáng)度和高韌性、優(yōu)良的耐腐蝕性和良好的磁學(xué)性能，因此它有許多重要的用途。良好的磁學(xué)性能，因此它有許多重要的用途。典型的金屬玻璃有兩大類：一類是過渡金屬與某些非金典型的金屬玻璃有兩大類：一類是過渡金屬與某些非金屬

12、形成的合金；另一類是過渡金屬間組成的合金。屬形成的合金；另一類是過渡金屬間組成的合金。12章節(jié)課件9 9、金屬的內(nèi)聚力、金屬的內(nèi)聚力所謂內(nèi)聚力就是物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力所謂內(nèi)聚力就是物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力, ,也就是金屬鍵的強(qiáng)度，即核和自由電子間的引力。也就是金屬鍵的強(qiáng)度，即核和自由電子間的引力。金屬的內(nèi)聚力可以用它的升華熱衡量。金屬的內(nèi)聚力可以用它的升華熱衡量。金屬鍵的強(qiáng)度（用升華熱度量）主要決定于金屬鍵的強(qiáng)度（用升華熱度量）主要決定于 (1)(1)原子的大小，隨原子半徑增大升華熱減小；原子的大小，隨原子半徑增大升華熱減小； (2)(2)價(jià)電子數(shù)增加，升華熱隨之增加。價(jià)電子數(shù)增加，升

13、華熱隨之增加。13章節(jié)課件1.晶體的基本概念晶體的基本概念原子作無序排列原子作無序排列；沒有固定的熔點(diǎn)；各向同性。所有的金屬和合金都是晶體晶格原子排列形成的空間格子晶胞組成晶格的最基本單元晶體：晶體：非晶體：非晶體：原子作有序排列原子作有序排列；有固定的熔點(diǎn)；各向異性。fe原子直徑約為：原子直徑約為：1.24*10-8cm14章節(jié)課件 常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有體心立方晶格、面心立方常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三種類型。晶格和密排六方晶格等三種類型。. .體心立方晶格體心立方晶格 體心立方的晶格是一個(gè)體心立方的晶格是一個(gè)立方體立方體，其中心和八個(gè)角上各有，其中心和八

14、個(gè)角上各有一個(gè)原子。一個(gè)原子。 屬于這類晶格的金屬有屬于這類晶格的金屬有-fe-fe、crcr、ww、v v等。它們等。它們都具有較好的塑性和較大的強(qiáng)度。都具有較好的塑性和較大的強(qiáng)度。15章節(jié)課件（1 1）體心立方晶格）體心立方晶格 bccbcc -fe-fe、w w、v v、mo mo 等等16章節(jié)課件2.面心立方晶格 面心立方晶格的面心立方晶格的晶胞也是一個(gè)晶胞也是一個(gè)立方體立方體，其六個(gè)面中心和八個(gè)角其六個(gè)面中心和八個(gè)角上各有一個(gè)原子。屬于上各有一個(gè)原子。屬于這類晶格的金屬有這類晶格的金屬有 -fe -fe 、cucu、alal、nini等。等。它們都具有較好的它們都具有較好的塑性。塑性

15、。面心立方球體模型及其晶胞面心立方球體模型及其晶胞17章節(jié)課件（2 2）面心立方晶格）面心立方晶格 fccfcc -fe-fe、cucu、nini、alal、auau、ag ag 等等18章節(jié)課件.密排六方晶格 密排六方晶格的晶密排六方晶格的晶胞是一個(gè)胞是一個(gè)六方柱體六方柱體，其上，其上下底面的中心和十二個(gè)角下底面的中心和十二個(gè)角上各有一個(gè)原子，且在六上各有一個(gè)原子，且在六方柱體的中間還有三個(gè)原方柱體的中間還有三個(gè)原子。屬于這類晶格的金屬子。屬于這類晶格的金屬有有g(shù) g 、n n 、d d 、e e等。等。 這類金屬塑性較差。這類金屬塑性較差。密排六方球體模型及其晶胞密排六方球體模型及其晶胞1

16、9章節(jié)課件（3 3）密排六方晶格）密排六方晶格 hcphcpc c（石墨）、（石墨）、mgmg、znzn 等等20章節(jié)課件金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變fefefe同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變在固態(tài)下，隨著溫度的變化，金屬的晶體在固態(tài)下，隨著溫度的變化，金屬的晶體結(jié)構(gòu)從一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的過程。結(jié)構(gòu)從一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的過程。l1538 1394 912 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵材料性能呈多種多樣，用途廣泛，并能通過各種熱處理進(jìn)一步改善其組織與性能的重要因素。fe、sn錫、ti鈦、mn錳溫度時(shí)間1538 1394 912 體心面心體心fefefefe21章節(jié)

17、課件金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.1.單晶體和多晶體單晶體和多晶體晶格位向完全一致的晶晶格位向完全一致的晶體叫做體叫做單晶體。單晶體。工業(yè)上使用的金屬都是工業(yè)上使用的金屬都是由許多小晶體組成的由許多小晶體組成的多多晶體晶體. .每個(gè)小晶體稱為每個(gè)小晶體稱為晶粒晶粒。晶粒與晶粒之間的界面晶粒與晶粒之間的界面稱稱晶界晶界。亞晶粒之間的交界稱為亞晶粒之間的交界稱為亞晶界。亞晶界。晶粒晶界22章節(jié)課件2 2、晶體缺陷、晶體缺陷實(shí)際晶體中存在的晶體缺陷，按缺陷實(shí)際晶體中存在的晶體缺陷，按缺陷幾何特征可分為三種：幾何特征可分為三種： 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷線缺陷線缺陷面缺陷面缺陷23章

18、節(jié)課件 (1)(1)點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷晶格空位和間隙原子晶格空位和間隙原子 在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點(diǎn)，往往未被原子所占據(jù)，這在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點(diǎn)，往往未被原子所占據(jù)，這種空著的位置稱為種空著的位置稱為空位空位。同時(shí)又可能在個(gè)別空隙處出現(xiàn)多余的原。同時(shí)又可能在個(gè)別空隙處出現(xiàn)多余的原子，這種不占有正常的晶格位置，而處在晶格空隙之間的原子稱子，這種不占有正常的晶格位置，而處在晶格空隙之間的原子稱為為間隙原子間隙原子。點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 導(dǎo)致導(dǎo)致晶格畸變晶格畸變 強(qiáng)強(qiáng)度度，硬度，硬度如如:合金化合金化24章節(jié)課件(2)線缺陷線缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) 晶體中，某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象，稱

19、晶體中，某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象，稱為為位錯(cuò)位錯(cuò)。位錯(cuò)的主要類型有刃型位錯(cuò)和螺旋位錯(cuò)。位錯(cuò)的主要類型有刃型位錯(cuò)和螺旋位錯(cuò)。25章節(jié)課件(3)面缺陷面缺陷晶界、亞晶界晶界、亞晶界 晶界和亞晶界上的原子排列，是從一種位向過渡到另一晶界和亞晶界上的原子排列，是從一種位向過渡到另一種位向。在這個(gè)過渡層中的原子排列是不規(guī)則的，晶格發(fā)生畸種位向。在這個(gè)過渡層中的原子排列是不規(guī)則的，晶格發(fā)生畸變；亞晶界實(shí)際是由一系列的刃型位錯(cuò)堆積而成的。變；亞晶界實(shí)際是由一系列的刃型位錯(cuò)堆積而成的。 晶粒細(xì)晶粒細(xì)晶界面晶界面積大積大強(qiáng)度高強(qiáng)度高如如:晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化26章節(jié)課件1. 晶體缺陷的存在破壞了晶

20、體的完整性晶體缺陷的存在破壞了晶體的完整性,使晶格產(chǎn)生使晶格產(chǎn)生畸變畸變,晶晶格格能量增加能量增加,因而晶格缺陷相對于完整的晶體來說是處于一因而晶格缺陷相對于完整的晶體來說是處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)種不穩(wěn)定狀態(tài),它們在外界條件它們在外界條件(溫度外力等溫度外力等)變化時(shí)會(huì)首先變化時(shí)會(huì)首先發(fā)生變化發(fā)生變化,從而引起金屬性能的變化從而引起金屬性能的變化.2.晶體缺陷的存在影響金屬的晶體缺陷的存在影響金屬的強(qiáng)度強(qiáng)度,一般情況下一般情況下,強(qiáng)度隨晶體強(qiáng)度隨晶體缺陷的增加而增加缺陷的增加而增加,可通過增加缺陷的辦法可通過增加缺陷的辦法,提高金屬的強(qiáng)度提高金屬的強(qiáng)度. 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷合金化合金化增加缺陷的辦法增加

21、缺陷的辦法 線缺陷線缺陷增加塑性變形增加塑性變形(如加工硬化如加工硬化) 面缺陷面缺陷晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化晶體缺陷與性能的關(guān)系晶體缺陷與性能的關(guān)系晶體缺陷晶體缺陷金屬缺點(diǎn)金屬缺點(diǎn)27章節(jié)課件金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶凝固凝固 物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程。物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程。結(jié)晶結(jié)晶如果凝固的固態(tài)物質(zhì)是原子（或分子）作有規(guī)如果凝固的固態(tài)物質(zhì)是原子（或分子）作有規(guī)則排列的晶體，則這種凝固又稱為結(jié)晶。則排列的晶體，則這種凝固又稱為結(jié)晶。通常通常, ,金屬的凝固過程屬于結(jié)晶過程。金屬的凝固過程屬于結(jié)晶過程。例如：北方冬例如：北方冬天窗花天窗花28章節(jié)課件熱熱 分分 析析 法法純金屬的冷卻曲線與過冷度純金

22、屬的冷卻曲線與過冷度 差熱分析法原理差熱分析法原理29章節(jié)課件to時(shí)間溫度實(shí)際冷卻曲線實(shí)際冷卻曲線t1結(jié)晶平臺(tái)結(jié)晶平臺(tái)(是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致)純純金金屬屬結(jié)結(jié)晶晶時(shí)時(shí)的的冷冷卻卻曲曲線線t0：理論結(jié)晶溫度：理論結(jié)晶溫度t1：實(shí)際結(jié)晶溫度：實(shí)際結(jié)晶溫度 過冷過冷：實(shí)際結(jié)晶溫度：實(shí)際結(jié)晶溫度 t t1 1 總是低于理論結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度 t t0 0 的現(xiàn)象的現(xiàn)象過冷度過冷度 t = tt = t0 0 - t - t1 1 （ 冷速冷速 t t ）理論冷卻曲線理論冷卻曲線30章節(jié)課件2. 金屬的結(jié)晶過程金屬的結(jié)晶過程結(jié)晶時(shí)晶體在液體中從無到有（晶核形成），由小變結(jié)晶時(shí)晶體在液體中從無到有（晶核形成），由小變大（晶核長大）的過程，同時(shí)存在同時(shí)進(jìn)行。大（晶核長大）的過程，同時(shí)存在同時(shí)進(jìn)行。結(jié)晶過程是晶核不斷形成和長大的過程結(jié)晶過程是晶核不斷形成和長大的過程晶核長大過程是按樹枝狀骨架方式長大晶核長大過程是按樹枝狀骨架方式長大31章節(jié)課件晶核的長大方式晶核的長大方式樹枝狀樹枝狀32章節(jié)課件金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶冰的樹枝晶33章節(jié)課件3.晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響晶粒越細(xì)晶粒越細(xì)塑性、韌性越好；強(qiáng)度、硬度越高塑性、韌性越好；強(qiáng)度、硬度