《材料化学》课程教学课件（讲稿）第三章 金属材料（北京交通大学：胡远渡）

第三章金属材料HeHPeriodic TableoftheElements8910BNFBeC0NeLBaeeR9.01210.811151717131418SiAIPSCINaMgArCS24.3052SR225263233341o202122829305TiVMnNiCrZnScFeCoCuSeBrCaGaGeAsKrK47838manurCalc50SChroC5584540.078$1.99654.93672631394344533740414245A65152503YZrRhPdSbRbsrNbMoRuCdXeTCASASnTe--Zircon00300Aolybdechn132.891.224121.760B595.9598.907127.65557-712620A8572A7S77283&43HfWIrPtPbBaTaReOsAuHgTIBiPoAtCsRn2015.0BariumH545100418.20192150e7Polonun1a3.aene137.328(208.982)104106107108109111117878889-103105110112113114115116DBRfDbFIHsCnNhMcRaSSBhMtDsRgLVTsOgFr2meaeaM12691e[268]1277][272]575861666869715960sm6364656770EYbPrNdPmGdThHoLaCeEuDyLuTmsYAantCen180HLIGAadolHOAS185740.116144.242144.911157.25173.055138.905919495969720010102105ThCfMdPaUNpPuBkNoAcAmEsFmLrcmanL241061310L5259.101247.070AAlkaAlkalinTransiticeLanthanldeotaHaopeActinldEarMetal12

第三章 ⾦属材料 2

第三章金属材料从元素周期表可看出，在100多种化学元素中金属大约占80%·金属材料具有许多宝贵的机械力学，物理化学性能是使用最为广泛的且用量最大的种材料。3

从元素周期表可看出，在100多种化学元素中 ，⾦属⼤约占80%。⾦属材料具有许多宝贵的机 械-⼒学、物理、化学性能，是使⽤最为广泛的 且⽤量最⼤的⼀种材料。 第三章 ⾦属材料 3

第三章金属材料金属材料（1）黑色金属（包括铁锰铬以及它们的合金：）铸铁(castiron）球墨铸铁、特殊性能铸铁可锻铸铁灰铸铁和蠕墨铸铁钢（Steel）金相组织或组织结构珠光体贝氏体马氏体和奥氏体、碳素钢合金钢品质，普通优质高级优质钢用途建筑工程，、结构工具、特殊性能、专业用钢冶炼方法平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢4

⾦属材料 （1）⿊⾊⾦属（包括铁、锰、铬以及它们的合⾦。) •铸铁(cast iron)—球墨铸铁、特殊性能铸铁、可锻铸铁、灰 铸铁和蠕墨铸铁 •钢（Steel）—⾦相组织或组织结构 珠光体、贝⽒体、马⽒体和奥⽒体、碳素钢、合⾦钢 品质——普通、优质、⾼级优质钢 ⽤途——建筑⼯程、结构、⼯具、特殊性能、专业⽤钢 冶炼⽅法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢 第三章 ⾦属材料 4

第三章金属材料(2)有色金属共有五大类轻金属（≤4.5g/cm3)铝丶镁、钠、钙铜镍铅锌重金属（>4.5g/cm3）贵金属金、银、铂、佬类金属（半）金属硅硒砷硼稀有金属：钛、锂钨、钼镭常用的金属材料有AlCuZnSnPbMgNi5

(2) 有⾊⾦属 共有五⼤类 • 轻⾦属（4.5g/cm3）：铜、镍、铅、锌 • 贵⾦属：⾦、银、铂、铑类⾦属 • （半）⾦属：硅、硒、砷、硼 • 稀有⾦属：钛、锂、钨、钼、镭 • 常⽤的⾦属材料有：Al、Cu 、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni. 第三章 ⾦属材料 5

第三章金属材料3.1金属特性与金属键原子实?一个价电子的运动轨迹原子实（atomic:core）：原子中原子核及除价电子以外的其他内层电子，与对应性元素具有相同的封闭电子构型部分的内层电子组成原子实。6

3.1 ⾦属特性与⾦属键 第三章 ⾦属材料 原⼦实（atomic core）： 原⼦中，原⼦核及除价电⼦以外的其他内 层电⼦，与对应惰性元素具有相同的封闭电⼦构型部分的内层电⼦ 组成原⼦实。 6

第三章金属材料3.1金属特性与金属键METALLICBONDING

3.1 ⾦属特性与⾦属键 第三章 ⾦属材料 7

第三章 金属材料3.1金属特性与金属键高导电率和高导热率、不透明性金属表面的高反射性丶延展性金属的特性金属键的特点电子的离域性键的球对称性质8

Characteristic & properties ⾼导电率和⾼导热率、不透明性 ⾦属表⾯的⾼反射性、延展性 金属键的特点 金属的特性 电⼦的离域性 键的球对称性质 3.1 ⾦属特性与⾦属键 第三章 ⾦属材料 8

第三章金属材料3.1金属特性与金属键3.1.1金属键 (metallic bond)金属的特点电与热的良导体金属光泽不透明延展性好可拉成细丝，碾成薄片），比重大强度高，可焊接易形成合金超耐热超低温超塑性硬质减振贮氢形状记忆合金等等）。金属的这些性能是其特定结构的外在反映9

3.1.1 ⾦属键（metallic bond） ⾦属的特点 电与热的良导体、⾦属光泽、不透明、延展性好（ 可拉成细丝，碾成薄⽚）、⽐重⼤、强度⾼、可焊接 、易形成合⾦（超耐热、超低温、超塑性、硬质、减 振、贮氢、形状记忆合⾦等等）。 • ⾦属的这些性能是其特定结构的外在反映 3.1 ⾦属特性与⾦属键 第三章 ⾦属材料 9

第三章金属材料3.1金属特性与金属键3.1.1 金属键(metallic bond)由于自由电子在金属晶体中运动而将金属正离子联系在一起这种多原子的共价键称为金属键由于金属原子的半径比较大，价电子数较少，这此价电子容易从原子上脱落而在整个金属的范围内自由运动，称为自由电子。10

由于⾃由电⼦在⾦属晶体中运动⽽将⾦属正离⼦“ 联系”在⼀起，这种多原⼦的共价键，称为⾦属键。 由于⾦属原⼦的半径⽐较⼤，价电⼦数较少，这些 价电⼦容易从原⼦上脱落⽽在整个⾦属的范围内⾃由 运动，称为⾃由电⼦。 3.1.1 ⾦属键（metallic bond） 3.1 ⾦属特性与⾦属键 第三章 ⾦属材料 10

第三章金属材料：3.1金属特性与金属键3.1.1金属键（metallic bond)金属键的“自由电子模型（经典理论)1916年，由荷兰理论物理学家咯伦兹（Lorentz,H.A.1853-1928)提出

⾦属键的“⾃由电⼦”模型（经典理论） 1916年，由荷兰理论物理学家咯伦兹（Lorentz,H.A.1853-1928) 提出。 3.1.1 ⾦属键（metallic bond） 第三章 ⾦属材料 3.1 ⾦属特性与⾦属键 11