一、金属晶体结构
物质是由基本粒子组成的，也是由化学元素组成的，已发现的化学元素大部分是金属，其次是非金属，还有个别的类金属。
金属元素共有83种，一般呈现固态。固态金属具有不透明、有光泽、有延展性、有良好的导电性和导热性等特性，并且随着温度的升高，金属的导电性降低，电导率减小，这是金属独具的一个特点。常见的金属元素有铁、铜、锡、铅、锌、铝、铬、镍、锰、钛、镁、钨等。
非金属元素有22种。非金属元素不具备金属元素的特征，而且与金属相反，随着温度的升高，非金属的电导率增大，导电性提高。常见的非金属元素有氮、氧、氢、碳、硫、磷等。
个别元素具备金属的部分性质，比如硅,锗等，这米全属有独特的性质，具有特殊功能和应用。
二、铁碳合金的基本知识
钢中常见的显微组织有以下几种:
(1)铁素体(F)
泣铁素体是少量的碳和其他合金元素固溶于α-Fe中的固溶体。α-Fe为体心立方晶格，碳原子以间隙状态存在，合金元素以置换状态存在。铁素体溶解碳的能力很差，在℃时质量分数为0.02%，室温时质量分数仅为0.%。铁素体的强度和硬度低，但塑性和韧性很好，所以含铁素体多的钢(如低碳钢)就表现出软而韧的特点。
(2)渗碳体(Fe3C)
渗碳体是铁与碳的化合物，分子式是Fe3C，其性能与铁素体相反，硬而脆，随着钢中含碳量的增加，钢中渗碳体的量也增多，钢的硬度、强度也增加,而塑性、韧性则下降。
(3)珠光体(P)
珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量为0.77%左右，温度低于℃时才存在。珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，结构钢很多是珠光体。
(4)奥氏体(A)
奥氏体是碳和其他合金元素在y-Fe中的固溶体。在一般钢材中，只有高温时存在。当含有一定量扩大y区的合金元素时，则可能在室温下存在，如铬镍奥氏体不锈钢在室温时的组织为奥氏体。奥氏体为面心立方晶格,奥氏体的强度和硬度不高，塑性和韧性很好。奥氏体的另一种特点是没有磁性，生活中常用的不锈钢大部分是奥氏体。
(5)马氏体(M)
马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，一般可分为低碳马氏体和高碳马氏体。马氏体的体积比相同重量的奥氏体的体积大，因此由奥氏体转变为马氏体时体积要膨胀，局部体积膨胀后引起的内应力往往导致零件变形、开裂。高碳淬火马氏体具有很高的硬度和强度，但很脆，延展性很低，承受冲击载荷的能力差。低碳回火马氏体则具有相当高的强度和良好的塑性和韧性相结合的特点。
(6)魏氏组织
魏氏组织是一种过热组织,是由彼此交叉约60°的铁素体针嵌入基体的显微组织。碳钢过热，晶粒长大后，高温下晶粒粗大的奥氏体以一定温度冷却时，很容易形成魏氏组织。粗大的魏氏组织使钢材的塑性和韧性下降，使钢变脆。
三、有色金属的基本知识
有色金属是相对黑色金属而言的，在80多种金属大家庭中除了铁、锰、铬以外的金属都是有色金属。常用的有色金属有铜、铝、铅、锌、镍、锡、镁、钛、镉、锑、钻、钨、银、钒等。
1.铜及其合金
铜的新鲜断口呈玫瑰色，由于覆盖一层氧化物薄膜而变为红讷色，其密度8.9g/cm3，熔点℃，沸点℃，导热率0.98cal/(cm·s·℃)，电阻率0.Ω·mm/m，其表面氧化物有CuO和Cu20。
铜与锌的合金是黄铜，铜与镍的合金是白铜，铜与其他金属的合金是青铜。
(1)黄铜
黄铜主要是由铜和锌组成的合金，其特点是耐磨性能高，强度高，硬度大，耐化学腐蚀，切削工艺性好。黄铜常发生季裂(应力腐蚀开裂)，在氨气、氨水或硫酸中明显。黄铜季裂的原因有三，一是点蚀(电化学腐蚀)，二是脱锌，三是残余应力。
黄铜分类如下:
加入Zn，只由铜锌组成，称普通黄铜，用来制造铜板、铜管等。
加人Pb，除了铜锌，还有铅，切削加工性能特别好，称快切黄铜,铸造性好，流动性好。
加入Sn，除了铜锌还有锡，耐腐蚀，用于海洋气候。
加入Al，提高强度、硬度，提高大气中抗腐蚀性，用于制造耐腐蚀零件。
加入Si，提高力学性能、耐腐蚀性和耐磨性，用于制造海船零件及化工机械零件。
加入Mn，如58-4(L），常作钎料，高温润湿性好。
加入Ni，耐热、耐腐蚀性好。
加入Fe,耐热、耐腐蚀性好。
(2)白铜
白铜是指铜镍合金，呈银白色。纯铜加镍可以显著提高强度、耐腐蚀性和硬度，并降低电阻率温度系数。与其他铜合金相比，白铜的机械性能和物理性能都较好，尤其是耐热和耐腐蚀性能。
白铜分类如下:
加入Ni，简单的镍白铜。
加入Zn，除了镍之外，还含有锌叫锌白铜，加工性好，耐腐蚀。
加入Mn，镍太贵，以锰代镍叫锰白铜，有较宽的温度使用范围。
加人Fe，除了镍之外，还含有铁叫铁白铜，铁白铜的成本低、强度高、抗腐蚀性好，特别是抗流动海水腐蚀性能好。
加入Al，除了镍之外，还含有铝叫铝白铜，铝白铜耐腐蚀，用于造船和电力、化工等工业部门中各种高强腐蚀件的制造。
(3)青铜
青铜是除铜锌、铜镍合金外的所有铜合金的统称，具有熔点低、硬度大、可塑性强的优点，适用于铸造各种器具。其分类如下:锡青铜、铝青铜、镀青铜、硅青铜、钛青铜、诰青铜、镉青铜、锰青铜和铬青铜等。
2.铝及其合金
(1)铝的主要特性
①铝是银白色的轻金属，密度约为2.72g/cm，约为纯铜的1/3。
②铝的热容量和熔化潜热高，纯铝的熔点约为℃，沸点约为℃,其氧化物Al熔点约为℃。
③铝为面心立方结构。
④工业纯铝塑性极高(Z=80%)，很容易承受各种成型工艺，但其强度过低，故纯铝只有通过冷变形强化或合金化来提高其强度后，才能作结构材料。
⑤铝线膨胀系数为23.5×10/℃(℃以下)，其弹性模量为70GPa。
⑥铝导电率是铜的60%左右，电阻率是铜的50%，导热率是铜的70%。常见金属的导电率从高到低次序为:Ag、Cu、Au、Al。
总之、铝的密度小、塑性好、易加工、抗腐蚀性好，且资源丰富，在地壳中含量约占7.73%(质量分数)。
(2)铝合金的分类
铝合金可分为铸造铝合金、变形铝合金、不能热处理强化铝合金和可热处理强化铝合金。铝合金中常加的元素有Si、Cu、Mg、Zn等。
铸造铝合金的特点:强度低，成本低，材料化学成分波动大,机械性能差。但流动性好。变形铝合金特点:强度高,对成分要求严，机械性能好。
不能热处理强化铝合金有Al-Si系、Al-Mn系，可热处理强化铝合金有A1-Ca系、J-Mg系和Al-Zn系。
四、热处理
将金属加热到一定温度，并保持一段时间、然后按适宜的冷却速度冷却到室温，这个过程称为热处理。
常用的热处理工艺方法主要有淬火、回火、正火和退火等。
1.淬火
将钢加热到A2(对过共析钢)或A3线(对亚共析钢)以上30~70℃，在此温度下保持―段时间，使钢的组织转恋成奥氏体，然后放人水中(或油中、盐溶液中)快速冷却，使奥氏体来不及分解，合全元素来不及扩散而形成马氏体组织，称为淬火。
淬火后可以提高钢的硬度、抗拉强度及耐磨性。
在焊接中碳钢和某些合金钢时，热影响区中可能发生淬火现象而变硬，易形成冷裂纹，这是在焊接作业过程中要注意预防的。
2.回火
将钢加热到A1线以下的某一温度，保温一段时间，然后冷却到室温，使马氏体组织转变为其他组织的热处理工艺称为回火。淬火后进行回火，可以在保持一定强度的基础上恢复钢的韧性。
按回火温度的不同可分为高温回火(~℃)、中温回火(~C)、低温回火(~C)。高温回火后得到回火索氏体组织，可消除内应力，降低钢的强度和硬度，提高钢的塑性和韧性；中温回火后得到回火屈氏体组织，提高了钢的弹性极限和屈服强度，同时也有较好的韧性；低温回火后得到回火马氏体组织，硬度稍有降低，韧性有所提高。
淬火加高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。调质能得到韧性和强度最好的配合，获得良好的综合力学性能。
3.正火
将钢加热到A,或A4线以上50~70℃，保温一段时间后，在空气中冷却的热处理工艺，称为正火。许多碳素钢和低合金结构钢经正火后，各项力学性能均较好，可以细化晶粒,常用来作为最终热处理。对于焊接结构，经正火后，能改善焊接接头性能，可消除粗晶组织及促使组织均勾等。
4.退火
将钢加热到A3以上或A1线左右一定范围的温度，保温一段时间后，随炉缓慢而均匀地冷却的热处理工艺，称为退火。
退火可降低硬度，使材料便于切削加工，能消除内应力等。
焊接结构中一般会产生焊接残余应力，容易导致产生延迟裂纹，因此重要的焊接结构在焊后应该进行消除应力退火。消除应力退火属于低温退火，加热温度在A1线以下，一般采用~℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，亦称为焊后热处理。
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