三、 韧性
概念：动载荷、“梅氏”试样（金属夏比试验）。 冲击韧度：
定义：抵抗冲击载荷而不破坏的能力。 衡量指标：αk＝Ak/A （J/cm2）
αk－一次性冲击试验的标准。
多次冲击：Ak↓→σs、 σb。 Ak↑→Ψ、δ
αk和温度有关：温度越低，αk越小。（低温易冲断）脆性临界转变温度。
四、 疲劳强度
概念：交变载荷、疲劳现象 试验：疲劳实验法。 衡量指标：疲劳强度σ-1 钢：107、有色金属：108。σ
max
=σ-1
五、 蠕变和松弛：（补充内容） 1.蠕变： 蠕变强度 高温下容易产生。 2.松弛：松弛强度
高温下容易产生。
录像：硬度试验、冲击试验和疲劳试验。
作业布置： 课后总结：
授课时间： 班级： 本课课题：材料的物理性能、化学性能。
教学目的和要求：1.掌握材料的物理性能、化学性能（复习过去的相关内 容）。
2.了解它们在实际生产中的应用。 重点与难点：物理性能和化学性能的应用。 教学方法：讲授法 课型：理论课
教学过程
第二节 金属材料的物理、化学及工艺性能
复习旧课：学习本课的实际意义。 金属的性能：物理性能、化学性能。 一、物理性能：
1.比重：单位体积内物体的重量。
密度：单位体积内物体的质量。
铁：7.8克/厘米3、铜：8.9克/厘米3、铝：2.7克/厘米3、钛：4.51克/厘米3
6
γ<5g/cm→轻金属、γ>5g/cm→重金属。
应用：飞机制造业、子弹头、检验材料、炼铁、炼钢、铅球等。 2.熔点：固体→液体的温度点。 凝固点：液体→固体的温度点。
铁：1538℃、铜：1083℃、铝：660℃、钛：1660℃。
应用：耐高温材料（飞机、导弹、航天）、防火安全阀、熔断器（保险丝）等。 3.热涨性：一般而言，金属材料具有热胀冷缩的性能。
材料不同，热胀冷缩的大小也不同。
应用：电线的形态、桥梁的架设、钢轨的铺设、精密的测量工具、电冰箱、电饭锅等。
4. 导热性：金属具有传导热能的性质。 导热材料的顺序：银、铜、铝等。
金属材料的杂质越多、导热性越差。高速钢导热性差，加热要缓慢，以防开裂。 应用：陶瓷、水壶的水垢等。
5. 导电性：金属具有传递电流的性质。 导电材料的顺序：银、铜、铝等。
应用：电火花加工（下册P.78～80、电解加工、电子束加工及制造电线、电缆、玻璃拉丝模等。
6.磁性；金属材料在磁场的情况下磁化（分为软磁和硬磁）。 例如：铁、镍、钴等。
应用：手表材料、磨床的磨削加工（P.71下册）等。
二、化学性能： 1.耐蚀性（耐酸碱性）：金属材料抵抗腐蚀的性能。例如：钢铁生铁锈、铜生铜绿 （造
成重大事故）。应用：食品行业、饮料行业、医药行业、化工行业等。
2.抗氧化性：高温时抵抗氧化的能力。 应用：锻打、电焊、热处理等。
3.化学稳定性：在常温下，化学稳定的性能。
应用：耐热设备、高温锅炉等。
三、工艺性能：是指是否易于进行冷、热加工的性能。
包括：热处理性能（第三章）、铸造性能（第二篇）、焊接性能（第三篇）、锻造性能
（第四篇）、切削加工性能（第五篇）。（最后要和书名金属工艺学联系上） 以上各种工艺性能将在以后有关章节中分别介绍。
作业布置：
课后总结：
授课时间： 班级： 本课课题：铁碳合金的晶体结构与结晶过程。
教学目的和要求：1.了解晶体与非晶体，晶格、晶胞、晶格常数的意义。熟悉两种常
见的金属晶格类型。 2.了解结晶的概念、结晶基本过程，晶粒大小对金属力学性能影响
及其控制措施，纯铁的同素异晶转变。 重点与难点：铁碳合金晶体结构和同素异晶转变。 教学方法：讲授法
课型：理论课和录像观摩。
33
7
教学过程
第二章 铁碳合金（钢和铸铁）
第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变
复习旧课：材料的力学性能。 一、金属的结晶
结晶：液态金属凝结成固态金属的现象。
概念：理论结晶温度－金属在无限缓冷冷却下结晶得到的结晶温度To。 （计算出来
的）
量出来的）（平时浇注的温度）
一、金属结晶的过冷现象：
过冷现象：
金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn a To 理论结晶温度 Tn b c 实际结晶温度 d O 时间 冷却速度越大，过冷度越大。 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn 1.在ab段：金属均呈现液体， 2.在bc段：液体中某些原子结成晶核（自发晶核）（晶坯）晶核不断长大形成枝晶直到晶粒。 3.在cd段：每一个晶核形成一个晶粒，从而形成含有多晶体的金属固体。 概念： 晶粒、 晶界。 晶核－枝晶－晶粒－多晶体。 晶核－枝晶－晶粒 实际结晶温度－金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度Tn。（实际测 8 晶界；晶粒。晶粒越多，晶界也越多，则晶粒移动所受的阻力越大，宏观来看，材料越不容易发生变形，即材料的硬度越高，强度越好。 总结：晶粒越小，则材料的力学性能越好。 采用的主要途径是： 晶核数目越多－晶粒越多－晶粒越细小，从而提高材料的力学性能。 （1）提高过冷度： （>10℃/s 非晶态金属） 实验测出：冷却速度越大，生核速率越大>长大速率。 （2）变质处理（孕育处理）：在液态金属中，加入一些细小的金属粉末（变质剂） （孕育剂）形成非自发晶核，使晶核数目增多，晶粒变细小。 （3）机械振动：使枝晶破碎成为几个晶核，使晶核数目增多（超生波振动等）。 二、纯金属的晶体结构 概念：原子球、结点、晶格、晶胞、晶格常数（a、b、c、α、β、γ） 致密度：晶胞中原子占有的体积与晶胞体积之比。 纯金属的晶格类型： 1.体心立方晶胞 例如：纯铁（α-Fe）912℃↓、W、Mo、V、Cr（β－Ti）882℃↑ 立方体: a＝b＝c ； α＝β＝γ＝90o 原子数：8×1/8＋1＝2 致密度：0.68 原子的晶格结构不同，则性能不同，即使原子的晶格结构相同，但由于原子的质量不同，性能也不同。 2.面心立方晶格 立方体 a＝b＝c α＝β＝γ＝90o 原子数：8×1/8＋6×1/2＝4 致密度：0.74 举例：铜：a＝b＝c=3.608×108、铜原子M＝63.54×1.67×10－24g 铜原子的直径：D＝2.5505?，计算铜的密度？ 纯铁（γ－Fe）912～1394℃、Al、Cu、Ag、Mn等。 三、纯铁的同素异晶转变（举列钻石和石墨） 纯铁：α－Fe→（912℃）γ－Fe（1394℃）→δ-Fe（1538℃）→L 二次结晶或重结晶。 提问：一定质量的纯铁加热到912～1394℃时，体积是增加还是减少，若继续加热到 1394～1538℃时，体积是增大还是减少？ 授课时间： 班级： 本课课题：铁碳合金 教学目的和要求：1.了解合金、组元、系、相、固溶体、金属化合物、机械混合物。 2.熟悉铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。 重点与难点：铁碳合金组织及其力学性能。 教学方法：讲授法。 课型：理论课 教学过程 7 9 第二节 铁碳合金的基本组织 复习旧课：细化金属材料晶粒的方法及纯铁的结构。 元素（金属＋非金属）共为108种，而纯金属一般共为83种。 Fe：HB80、σb＝200MPa、C：HB3、σb≈0 。 Fe＋C组成的合金化合物：HB800、σb=400MPa。 Al：HB25、σb＝80MPa。 Al＋Mg＋Mn组成的铝合金化合物：HB70、σb＝280MPa。 而工业中的金属材料均为合金。 合金： 定义；金属元素同另一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的新材 料。 金属特性：导电性、导热性、塑性、光泽。 例如：钢铁合金：Fe＋C＋Mn＋Si、铝合金：（Al＋Mg＋Mn）、（Al＋Ze＋Mn）、 铜合金：（Cu＋Zn）、（Cu＋Sn）、（Cu＋Ni）等。 产生具有优良的使用性能和工艺性能方面的新材料（特出的物理、化学性能）。 组元： 定义：合金中的最小单元。 合金系： 合金中百分含量不同的组元构成的一系列合金。铝合金（Al＋Mg＋Mn）。 铝合金：Al：99％、97％、95％、??.. Mg：0.5％、2％、2％、???. Mn：0.5％、1％、3％、???. 二元合金系、三元合金系、四元合金系。 相： 具有同一化学成分，同一聚集状态，且有明显界面分开的独立均匀部分。 例如：液→单相、固相→单相、液＋固→两相。 一、固溶体： 定义：溶质原子进入溶剂中，依然保持晶格类型的金属晶体。 置换固溶体：d质/d剂>0.85。（胖子到教室形象举例） 晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。 无限置换固溶体：Cu＋Ni 有限置换固溶体：Cu+Zn 温度越高，则溶解度（固溶量）越大。 间隙固溶体：d质/d剂<0.59。（瘦子到教室形象举例） 晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。 只能形成有限固溶体：C→α－Fe、 727℃ 0.0218％。 因形成固溶体使材料强度、硬度升高的现象－固溶强化。（合金的好处） 1.铁素体F：C→α－Fe中形成的固溶体。 单相、层片状、体心立方晶格。 20℃ 0.0008％C （工业纯铁）。 727℃ 0.0218％C 。 机械性能：δ＝30～50％、ψ＝70～80％、αku＝160～200J/cm2、σb＝180～280MPa、HBS50～80 （770℃↓磁性）。（应用简略提一下） 10