金屬學(xué)與熱處理緒論

1、材料：是指經(jīng)過(guò)某種加工，具有一定結(jié)構(gòu)、成分和性能，并可應(yīng)用于一定用途的物質(zhì)。一般把來(lái)自采掘工業(yè)和農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)對(duì)象稱(chēng)為“原料”，把經(jīng)過(guò)工業(yè)加工的原料成為“材料”。0.1 材料的含義人類(lèi)社會(huì)文明程度的重要標(biāo)志之一 當(dāng)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)，是科技進(jìn)步的關(guān)鍵 0.2 材料的重要性 是人類(lèi)生產(chǎn)、生活的物質(zhì)基礎(chǔ)對(duì)材料的認(rèn)識(shí)和利用的能力，決定著社會(huì)的形態(tài)和人類(lèi)生活的質(zhì)量。歷史學(xué)家就是按人類(lèi)使用材料的種類(lèi)來(lái)劃分歷史時(shí)代的。從某種意義上說(shuō)，一部人類(lèi)社會(huì)文明史也可以稱(chēng)之為世界材料發(fā)展史。我們只要考察一下從石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，直到目前的信息時(shí)代發(fā)展的歷程，就可以明顯地看出材料在社會(huì)進(jìn)步中的巨大作用。每一種新材

2、料的應(yīng)用，都會(huì)給社會(huì)生產(chǎn)和人類(lèi)生活帶來(lái)巨大變化，把人類(lèi)文明推向前進(jìn)。材料是人類(lèi)生產(chǎn)、生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。它與每一個(gè)人的衣、食、住、行都息息相關(guān)。近年來(lái)，一場(chǎng)全方位、多層次的新技術(shù)革命正在全世界范圍內(nèi)蓬勃興起，它以信息科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)作為基礎(chǔ)，對(duì)材料的性能提出了更新、更高的要求。如核反應(yīng)技術(shù)要求有耐輻射、耐腐蝕材料；微電子技術(shù)要求有高純度、超薄的半導(dǎo)體材料；航空航天技術(shù)要求有低密度、高強(qiáng)度材料和能耐數(shù)千度高溫的內(nèi)燒蝕材料及涂層材料。在歷史上起過(guò)革命性作用的鋼鐵材料已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足這些要求。這也是新材料得以發(fā)展的直接動(dòng)力。在這些需求的推動(dòng)下，新型材料作為新技術(shù)革命的支柱隨之得到了迅速發(fā)展。其中

3、非金屬材料發(fā)展尤其神速。如今，新材料已成為當(dāng)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)，是科技進(jìn)步的關(guān)鍵。0.3 材料的組織結(jié)構(gòu)與性能含義(1) 材料的組織結(jié)構(gòu)材料不同層次的結(jié)構(gòu) 原子結(jié)構(gòu)取決于原子種類(lèi) 晶體結(jié)構(gòu)原子在空間的排列方式 材料的組織(顯微組織) 人們用肉眼或借助某種工具（放大鏡、光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡等）所觀察到的材料形貌。它決定于組成相的類(lèi)型、形狀、大小、數(shù)量、分布等。珠光體組織金屬多晶體結(jié)構(gòu)材料的性能是表征材料在給定外界條件的行為。工程材料的性能主要是指材料的使用性能和工藝性能。材料的使用性能是指在服役條件下，能保證安全可靠工作所必備的性能，其中包括材料的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。 (2) 材料的性

4、能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能工藝性能使用性能力學(xué)性能：在外力或能量作用下表現(xiàn)出來(lái)的變形和破壞的特征，包括彈性剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞特性、耐磨性等。物理性能：材料本身具有的各種物理量及其變化規(guī)律，包括工程材料的熔點(diǎn)、密度以及熱、電、聲、光、磁等性能。化學(xué)性能：材料指工程材料在環(huán)境作用下的耐腐蝕和抗老化性能等。工藝性能：制備材料或零部件加工過(guò)程的可能性或難易程度，包括鑄造、鍛造、焊接成型性、切削加工性、熱處理等。工程材料：主要利用其力學(xué)性能制作結(jié)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)材料 工具材料 建筑材料按材料用途按材料用途( (性能性能) )功能材料：功能材料是指通過(guò)光、電、磁、熱、化學(xué)、生化等作用后具有特

5、定功能的材料。半導(dǎo)體材料 磁性材料 激光材料熱電材料 光電材料 聲電材料 等等按材料的化學(xué)成分按材料的化學(xué)成分金屬材料高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料(1)金屬材料金屬材料包括金屬和以金屬為基的合金。工程應(yīng)用的金屬材料，原子間的結(jié)合鍵基本上為金屬鍵，皆為金屬晶體材料。 工業(yè)上把金屬及其合金分為兩大部分 黑色金屬(鐵基合金)： 鐵和以鐵為基的合金(鋼、鑄鐵和鐵合金) 有色金屬(非鐵合金)：黑色金屬以外的所有金屬及其合金。 金屬原子間以金屬鍵結(jié)合，由于金屬鍵無(wú)方向性，因而金屬材料具有良好的延展性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性并具有金屬光澤等特點(diǎn)，此外，金屬材料資源豐富，生產(chǎn)工藝成熟，工藝性能好，價(jià)格便宜，因此按使用重

6、量來(lái)說(shuō)，在工程材料中仍占主導(dǎo)地位，而且預(yù)計(jì)在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期內(nèi)，金屬材料的主導(dǎo)地位是不會(huì)改變的。 (2) 高分子材料高分子材料是指以高分子化合物為主要組分的材料，每一個(gè)高分子化合物又是由一種或幾種簡(jiǎn)單的低分子化合物聚合而成的，故高分子化合物也稱(chēng)高分子聚合物(簡(jiǎn)稱(chēng)高聚物)。高分子內(nèi)部的原子間存在著很強(qiáng)的共價(jià)鍵，而高分子與高分子之間的結(jié)合是分子鍵。具有重量輕、耐腐蝕、絕緣性良好、易于加工成型等特點(diǎn)。其體積用量已超過(guò)金屬材料。 來(lái) 源天然高分子：自然界天然存在的高分子。半天然高分子：經(jīng)化學(xué)改性后的天然高分子。碳鏈高分子：主鏈（鏈原子）完全由C原子組成。雜鏈高分子：鏈原子除C外，還含O,N,S等雜原子

7、。元素有機(jī)高分子：鏈原子由Si,B,Al,O,N,S,P等雜原子組成合成高分子：由單體聚合人工合成的高分子。主鏈元素(鏈原子)組成熱行為熱塑性高聚物具有加熱時(shí)可以軟化，冷卻時(shí)又硬化成形，再加熱可再軟化，且材料的基本結(jié)構(gòu)和性能不改變的特點(diǎn)，如：烯類(lèi)高聚物。熱固性高聚物具有受熱時(shí)發(fā)生化學(xué)變化并固化成形，成形后再受熱也不會(huì)軟化變形的特點(diǎn)，如：酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂。按性質(zhì)和用途可分為：塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑等熱塑性PE管(3) 陶瓷材料陶瓷材料主要是指由一種或多種金屬元素與非金屬元素的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物及硅酸鹽等所組成的無(wú)機(jī)非金屬多晶材料。陶瓷材料大多數(shù)是由離子鍵和共價(jià)鍵的混合鍵。陶

8、瓷材料具有很高的強(qiáng)度和硬度，較低的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，延性、成型性及耐沖擊性都很差。極好的耐高溫和耐腐蝕特性，還有一些獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)性能。 陶瓷陶器、瓷器玻璃、搪瓷、耐火材料、磚瓦等粘土、石灰石、長(zhǎng)石、石英硅酸鹽類(lèi)材料傳統(tǒng)陶瓷現(xiàn)代陶瓷各種無(wú)機(jī)非金屬材料陶瓷分類(lèi)陶瓷材料普通陶瓷特種陶瓷利用天然硅酸鹽礦物為原料制成的陶瓷(傳統(tǒng)陶瓷)利用人工合成原料制成的陶瓷(新型陶瓷或現(xiàn)代陶瓷)特種陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷(工程陶瓷)功能陶瓷Al2O3陶瓷密封環(huán)陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)普通陶瓷(4) 復(fù)合材料復(fù)合材料由2種或2種以上的物理、化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)，經(jīng)一定方法得到的一種新的多相固體材料。復(fù)合材料可能具有非同尋常的剛度、強(qiáng)度、高溫性能

9、和耐蝕性。 材料科學(xué)與工程這個(gè)科學(xué)名稱(chēng)是上世紀(jì)50年代末60年代初提出來(lái)的。美國(guó)材料科學(xué)與工程調(diào)查委員會(huì)的定義為： “材料科學(xué)與工程是關(guān)于材料成分與制備工藝，組織結(jié)構(gòu)，材料性質(zhì)和使用性能這四個(gè)要素以及它們之間相互關(guān)系的有關(guān)知識(shí)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的科學(xué)”材料科學(xué)與工程定義 材料科學(xué)與工程這個(gè)學(xué)科應(yīng)屬于應(yīng)用基礎(chǔ)范疇，它以凝聚態(tài)物理和物理化學(xué)、晶體學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合冶金、機(jī)械、化工等科學(xué)知識(shí)，去探討材料的成分、工藝、組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及使用性能之間的內(nèi)在規(guī)律，并聯(lián)系一個(gè)器件或構(gòu)件的使用功能要求，力求用經(jīng)濟(jì)合理的辦法制備出一個(gè)有效的器件或構(gòu)件.因此，材料科學(xué)與工程是現(xiàn)代機(jī)械工程、電子技術(shù)和高技術(shù)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

10、 提高材料性能的主要途徑： 一方面改變材料的化學(xué)成分，另一方面改進(jìn)材料的生產(chǎn)工藝，進(jìn)而改變材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)與性能。性能 Property組織結(jié)構(gòu) Structure工藝 Technology成分 Composition材料科學(xué)的核心問(wèn)題是：材料的成分（Composition）、組織結(jié)構(gòu)（Structure）、工藝（Technology）和性能（Property）以及它們之間的關(guān)系。右圖為材料科學(xué)與工程四要素。學(xué)習(xí)掌握金屬材料的基本理論學(xué)習(xí)掌握金屬材料熱加工的基本理論和工藝具備基本的金屬材料組織結(jié)構(gòu)分析能力，為后續(xù)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)及進(jìn)一步深造打好必要基礎(chǔ)。第八章：擴(kuò)散第九章：金屬熱處理第十章：熱處理工藝第十一章：合金鋼第十二章：鑄鐵第十三章：有色金屬及合金習(xí)題課、總結(jié)金屬學(xué)原理：第一 第八章金屬熱處理：第九