金属材料论文 金属材料的性质

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1、目录一、金属材料的性质二、铁碳合金三、金属的工艺性能四、金属材料的改性方法五、金属材料的发展趋势六、参考文献8金属材料的性质在自然界中，金属元素占75%。价电子数目少，电子层数较多，原子核对价电子的引力较弱，价电子容易脱离原子核的束缚而形成自由电子是其金属原子的结构特点。自由电子在正离子之间作高速运动，形成带负电的电子云，正离子与电子云之间产生强烈的静电吸引力，金属原子间这种正离子与自由电子的引力结合称为金属键。金属键与非金属原子间的结合键不同。由于金属键的作用力很大，并且大量的原子结合成整体金属，固金属的强度高；金属键没有方向性，原子间也没有选择性，所以在外

2、力作用下发生原子位置的相对移动时，金属健也不会遭到破坏，所以金属具有比较好的塑性变形能力；由于金属中的自由电子在电场的作用下作定向运动，使金属具有导电性，金属离子在平衡位置可以作热振动，且温度越高，金属离子的振幅越大，因此金属具有良好的导热性。固态金属的原子彼此靠金属键结合在一起，表现出有规则的特征，即固态金属具有晶体结构。固态金属的晶格有多种形式，除少数具有复杂的结构外，大多数都属于体心立方，面心立方和密排六方三种中的一种：体心立方晶格的结构特点：8个原子组成一个立方体，立方体的中心处还有一个原子。这种晶胞所占有的实际原子数为2，各棱边长度相等；具有这种结构

3、特点的金属有：W、Cr、Mo、V、Nb等。面心立方晶格的结构特点：8个原子组成一个立方体，立方体各面的中心处还分布有1个原子。这种晶胞所占有的实际原子数为4，各棱边长度相等；具有这种结构的金属有：Cu、Al、Ni、Pb等。密排六方晶格的结构特点：12个原子组成一个六棱柱体，上下两个六边形中心处各有1个原子，六棱柱体的心部所占有的实际原子数为6。具有这种晶格的金属有：Mg、Be、Cd、Zn等。以上的三种晶格是一种理想的状况，与实际金属的晶体结构有很大的差距。实际金属的原子排列不可能像理想晶体那样规则和完整，由于要受到加工、凝固以及其它因素的影响，实际晶体中总存在

4、着偏离完整性的区域，这些区域就称为晶体缺陷。按几何特征，晶体缺陷可分为点缺陷，线缺陷和面缺陷。（1）点缺陷结晶过程中，在高温下或由于辐照等，晶体中会产生点缺陷。其特征是三维方向上尺寸都很小，仅引起几个原子范围的不完整，该缺陷就是点缺陷。包括空位，间隙原子和异类原子三种。（2）线缺陷指晶格中某一列或若干列原子出现有规律的错排，破坏了晶格的规则而形成的缺陷。位错的种类很多，但最简单、最基本的有两种类型：一种是刃型位错，另一种是螺型位错。（3）面缺陷面缺陷主要是指晶界、亚晶界等。其特点是两个方向尺寸较大，一个方向尺寸很小。铁碳合金一合金及其结构两种或两种以上的元素组

5、成的金属物质称为合金。合金是金属，因而合金的组元中含有较大比例的金属元素。而其他含量少的元素可以是金属元素，也可以是非金属元素。如黄铜是铜锌合金，黄铜的组成元素都是金属元素。而钢是铁、碳等元素组成的合金，所含铁、锰等元素是金属元素，但碳、硅等则是非金属元素。合金中各组元之间相互影响、相互作用，因而可组成各种不同的结构。1.固溶体8固态合金中，各组元相互溶解而形成的均匀物质称为固溶体。固溶体根据溶质原子在固溶体中所处的位置不同，可分为两种：（1）置换式固溶体溶质原子替代溶剂的部分原子占据着晶格的正常位置，仍结合成溶剂的晶格类型所形成的固体，称为置换式固溶体。（2

6、）间隙式固溶体溶质原子存在于溶剂晶格间隙处所形成的固溶体，称为间隙式固溶体。无论哪种固溶体，由于溶质原子的掺入，固溶体的晶格都存在畸变现象，从而改变了合金性能，表现为强度指标升高。1.化合物合金的组元按固定比例经化合而形成的物质称为化合物。2.机械混合物合金中的组元以各自的晶格类型相互掺杂在一起的结构，称为机械混合物。机械混合物可以是纯元素、固溶体或化合物各自存在的混合物，也可以是三者兼有的混合物结构（此种结构在实际生活中较为常见）。合金的性能随混合物中各种结构的比例不同而在较大范围内变化。二铁碳合金的基本组织现在工业中广泛使用的碳钢和铸铁就是以铁和碳为主要元

7、素组成的合金。当加入某些元素后，更加扩大了钢铁材料的品种。钢铁材料的品种有百余种，其原因是与铁碳合金在结构上的多样性和易变性有着密切的关系。（1）铁素体铁素体是碳溶解在α-Fe中的固溶体，用符号F表示。铁素体具有体心立方晶格，属间隙式固溶体，溶碳量很有限。室温时仅可溶解0.006%的碳，727℃时溶碳量可达0.0218%。铁素体的性能与纯铁相近，强度较低，布氏硬度值约为80，而塑性和韧性较好。（2）奥氏体奥氏体是碳溶解在γ-Fe中的固溶体，用符号A表示，奥氏体具有面心立方晶格，属间隙式固溶体。奥氏体溶解碳的能力较强，温度在1148℃时溶碳质量分数可达2.11%

8、。随着温度的降低，其溶碳能力下降，72