金屬材料的任務一 之活動1

1、2022-7-11任務一 金屬及其結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬及其結(jié)構(gòu)與結(jié)晶學習活動1 材料及其性能與發(fā)展建議：2課時引 言l 材料的定義： 材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱為材料。材料的種類佷多,分類方法也各不相同。從物理化學屬性來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型材料所組成的復合材料。從用途來分，又分為電子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。更常見的兩種分類方法則是結(jié)構(gòu)材料與功能材料。從物理化學屬性來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型材料所組成的復合材料。從用途來分，又

2、分為電子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。更常見的兩種分類方法則是結(jié)構(gòu)材料與功能材料。從物理化學屬性來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型材料所組成的復合材料。從用途來分，又分為電子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。更常見的兩種分類方法則是結(jié)構(gòu)材料與功能材料。 從物理化學屬性來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型材料所組成的復合材料。 從用途來分，又分為電子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。 更常見的兩種分類方法則是結(jié)構(gòu)材料與功能材料。從物理化學屬性來分，可分為金屬材料

3、、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型材料所組成的復合材料。從用途來分，又分為電子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。更常見的兩種分類方法則是結(jié)構(gòu)材料與功能材料。 材料科學與人類文明的關(guān)系密切，可以說，人材料科學與人類文明的關(guān)系密切，可以說，人類的衣、食、住、行均離不開它。類的衣、食、住、行均離不開它。金屬、陶瓷、塑料、玻璃、纖維、木材、砂子、石子、復合材料等都屬于材料的范疇。請同學舉例：什么材料的種類和用途一、材料與人類文明發(fā)展（歷史貢獻）一、材料與人類文明發(fā)展（歷史貢獻） l 人類的文明進程是依據(jù)什么而劃分的？人類的文明進程是依據(jù)什么而劃分的？可以使用的占主導地

4、位的材料?？梢允褂玫恼贾鲗У匚坏牟牧?。石器時代、銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代、合成材料時代、復合材料時代。發(fā)展得越來越快。材料與人類文明材料應用的發(fā)展是人類發(fā)展的里程碑！400,000 BC4,500 BC 石器時代（石器時代（Stone Age）l 燧石：神奇的石頭陶器（陶器（Pottery）l陶器的出現(xiàn)是人類跨入新新石器時代的重要標志石器時代的重要標志之一。l據(jù)目前已知的考古資料，中國的陶器制作至少已有8000年年以上的歷史。西安半坡人面網(wǎng)紋陶盆西安半坡人面網(wǎng)紋陶盆戰(zhàn)國陶制四通水管戰(zhàn)國陶制四通水管4,500 BC1,000 BC 青銅時代青銅時代（Bronze Age）l 從礦石中提煉銅冶

5、金業(yè)的黎明這張埃及古墓壁畫是這張埃及古墓壁畫是人類冶金業(yè)的最早紀錄之一人類冶金業(yè)的最早紀錄之一l青銅，古稱金或吉金，是銅與其它化學元素（錫、鎳、鉛、磷等）的合金。l史學上所稱的“青銅時代”是指大量使用青銅工具及青銅禮器的時期。保守的估計，這一時期主要從夏商周直至秦漢，時間跨度約為兩千年左右，這也是青銅器從發(fā)展、成熟乃至鼎盛的輝煌期。l到春秋戰(zhàn)國時期，齊國工匠總結(jié)科技經(jīng)驗寫成的考工記考工記一書中，提出了金有六齊，這是世界科技史上最早的冶銅經(jīng)驗總結(jié)。 青銅：第一種合金青銅：第一種合金夏鉞(yu)戈三星堆三星堆l 立人像鑄于商代晚期，人像高172厘米，底座高90厘米，通高262厘米，是世界上最大的青

6、銅立人像，被尊稱為“世界銅像之王”。l 突目面具鑄于商代晚期，原件高64.5厘米，寬138厘米，眼球柱狀外突長達13.5厘米，其造型在世界上亦屬首見。司母戊鼎司母戊鼎l 司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高133厘米，重875公斤。為已知的中國古代體量最大的青銅器。l 銅禁，中國已知最早應用失蠟法鑄造的作品，春秋時代的楚國王子午墓出土的，年代為公元前6世紀。2022-7-111鼎鬲(li)甗(yan)角斝(jia)觚(gu)觥(gong)尊2022-7-112 制作技藝高超，裝飾手法巧妙。經(jīng)有關(guān)考證，它是用傳統(tǒng)的分鑄法制作而成的。首先鑄出羊角及龍頭等飾件，再經(jīng)合范澆鑄，使其成為整體，這里充

7、分展示了古人的聰明智慧，杰出的鑄造技巧恰到好處，匠心獨具 。2022-7-1132022-7-1142022-7-1152022-7-1162022-7-1171450BC鐵制車輪1500AD廉價的冶鐵業(yè) 1000BC鐵器時代（鐵器時代（Iron Age）2022-7-119 2022-7-120二、二、 材料與人類現(xiàn)代文明材料與人類現(xiàn)代文明l支撐人類現(xiàn)代文明的四大支柱技術(shù)：材料材料科學與技術(shù)生物生物科學與技術(shù)能源能源科學與技術(shù)信息信息科學與技術(shù)材料是發(fā)展高科技的先導和基石材料是發(fā)展高科技的先導和基石其中材料是基礎！材料-技術(shù)大廈的磚石l 材料是所有科技進步的核心建筑、交通、能源、計算機、通信

8、、多媒體、生物醫(yī)學工程無一不依賴材料科學與技術(shù)的發(fā)展來實現(xiàn)和突破。沒有鋼鐵材料，就沒有今天的高樓大廈；沒有專門為噴氣發(fā)動機設計的材料，就沒有靠飛機旅行的今天；沒有耐高溫復合涂層材料，就沒有人類探索外空的飛船；沒有固體微電子電路，就沒有計算機。建筑交通福特2000與西納給2010這兩款由材料工程師設計的汽車將成為未來交通工具。汽車用高強鋼，比原先的輕24%，而強度高34%。汽車汽車實實 例例材料材料強度范圍強度范圍 MPa比強度比強度 MPa 壓氣機葉片壓氣機葉片鋁合金150-45055160 壓氣機機匣壓氣機機匣鈦合金350-110080245 飛機尾翼飛機尾翼碳纖維復合材料10001200（

9、順纖維方向）625750輕質(zhì)材料輕質(zhì)材料超導磁懸浮列車超導磁懸浮列車 西南交通大學已研制成功全國唯一一輛“世紀號”超導磁懸浮列車，這種高溫超導磁懸浮列車最大特點就是乘坐平穩(wěn)、安全和快捷。和世界上最先進的輕軌列車比較，它沒有一點轟隆隆的噪聲，十分安靜。1980s：高溫超導體能源能源p 新能源材料則是指實現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)中所要用到的關(guān)鍵材料。n 主要包括儲氫電極合金材料為代表的鎳氫電池材料n 嵌鋰碳負極和LiCoO2正極為代表的鋰離子電池材料、燃料電池材料n Si半導體材料為代表的太陽能電池材料n 鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料等。 核能材料核能材料Nuclear powe

10、r station at Leibstadt, Switzerland uranium oxide beads 鎢釩鋼（W-V steel）鉻釩鋼（Cr-V steel）鎳基高溫合金（Hastelloy material）核反應堆材料：耐中子輻射、腐蝕、高溫燒結(jié)后燒結(jié)后燒結(jié)前燒結(jié)前信息信息人類正在步入信息時代，同時也是信息材料競爭的時代。 電子管電子管晶體管晶體管集成電路集成電路電子管電子管16K內(nèi)存器。圖中的女士要用顯微鏡才看得到現(xiàn)在的集成集成電路電路16 K內(nèi)存器n第一臺電子管電子管組成的計算機重達30噸，用電相當于一個小的城市。鎢、鉬鎢、鉬電極。鍺、硅半導體。鍺、硅半導體。單晶硅片，高純

11、鈦、單晶硅片，高純鈦、SiO2和鉻等薄膜和鉻等薄膜生物、生活生物、生活材料技術(shù)的發(fā)展改變我們的生材料技術(shù)的發(fā)展改變我們的生活活仿真手臂仿真手臂人工關(guān)節(jié)“自行車發(fā)燒友自行車發(fā)燒友” 的首選的首選鈦結(jié)構(gòu)自行車架微機械微機械材料的種類：金屬、非金屬、人工合成材料什么是金屬及金屬材料？ 由單一元素構(gòu)成的具有金屬光澤、延展性、導電、導熱性在物質(zhì)。如Au、Ag、Cu、Fe、Zn、Al等由一種金屬與其它金屬元素或非金屬元素通過熔煉或其它方法合成金屬特性的物質(zhì)。金屬材料是金屬及其合金在總稱。什么是非金屬及非金屬材料？ 除金屬材料以外在材料都是非金屬材料請列舉：你見過的材料，各材料的性能、特點（詳細）2022-

12、7-135l青銅器時代的開始：約公元前青銅器時代的開始：約公元前30003000年開始。年開始。l鐵器時代的開始：約公元前鐵器時代的開始：約公元前 14001400年開始。年開始。l鋁器的使用：鋁器的使用：1919世紀末。世紀末。2022-7-1361949年，我國鋼的年產(chǎn)量不超過16萬噸。1996年，我國鋼的年產(chǎn)量已超過1億噸。2006年，我國鋼的年產(chǎn)量已超過4億噸。 占全球總產(chǎn)量的 1/3。2008年，我國鋼的年產(chǎn)量超過5億噸。2010年，我國鋼的年產(chǎn)量將達到創(chuàng)紀錄的6億噸， 占全球產(chǎn)量的將近一半。 全球第二大產(chǎn)鋼國日本的產(chǎn)量僅為中國的六分之一。09年，俄羅斯和美國全球鋼產(chǎn)量分別排名第三和

13、第四2022-7-137 我國不但是鋼產(chǎn)量，而且鋼的種類也得到了長足發(fā)展。20年前，我國鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是以16Mn(錳)為代表的低合金鋼；而今天，潔凈鋼、耐火鋼、容器鋼、彩色涂層鋼板、高層建筑用鋼、橋梁鋼、熱軋H型鋼、高強螺栓等大量的新型鋼材被開發(fā)應用。2022-7-1382022-7-1392022-7-1402022-7-1412022-7-1422022-7-143二、材料的分類與性能二、材料的分類與性能 一）材料的分類一）材料的分類 二）工程材料的性能二）工程材料的性能一、材料的分類一、材料的分類金屬高分子陶瓷材料有機材料無機材料 復合材料復合材料材料分類材料分類What? 各類材料的

14、性能特點各類材料的性能特點p金屬材料金屬材料主要為金屬鍵金屬鍵。熱和電的良導體具有良好的強度與延展性以及金屬光澤p陶瓷材料陶瓷材料通常為離子鍵離子鍵或共價鍵共價鍵。絕緣體而且比較耐熱。p高分子材料高分子材料通常為共價鍵、分子鍵和氫鍵，以共價鍵共價鍵為主。分子結(jié)構(gòu)都非常巨大通常密度較低，在高溫下不穩(wěn)定。p復合材料復合材料性能的復合.鑄造性鑄造性 可鍛性可鍛性可焊性可焊性切削加工性切削加工性熱處理性熱處理性 工程材料的性能工程材料的性能 使用性能使用性能力學性能力學性能物理性能物理性能化學性能化學性能 工藝性能工藝性能 二、材料的性能二、材料的性能表征材料在給定外界條件下的行為材料的性能材料的性能

15、核心關(guān)系核心關(guān)系而其核心是圍繞而其核心是圍繞: “結(jié)構(gòu)與性能結(jié)構(gòu)與性能”的相互辯證關(guān)系。的相互辯證關(guān)系。本課程的性質(zhì) 金屬材料與熱處理是一門從生產(chǎn)實踐中發(fā)展起來的，又直接為生產(chǎn)服務的專業(yè)課，是“模具設計與制造專業(yè)”的主要專業(yè)基礎課；具有很強的實踐性。 由于金屬材料的種類繁多，其性能又千變?nèi)f化，術(shù)語、概念多且抽象，學習起來有一定的難度。 本課程的學習內(nèi)容一、金屬材料的基本知識： 金屬的晶體結(jié)構(gòu)、純金屬的結(jié)晶二、金屬的性能： 1）使用性能：物理性能、化學性能、力學性能 2）工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、 切削加工性能、熱處理性能 金屬材料的物理性能是金屬所固有的屬性。1.密度：單位體積金

16、屬的質(zhì)量。（kg/m3） （重金屬和輕金屬）2.熔點：金屬從固體狀態(tài)向液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度。 （低、中、高熔點金屬）3.導熱性：金屬材料傳導熱量的能力。4.熱膨脹性：金屬材料的體積產(chǎn)生熱脹冷縮的現(xiàn)象。5.導電性：金屬材料傳導電流的性能。6.磁性：金屬導磁的性能。 根據(jù)密度的大小，金屬材料可分為輕金屬和重金屬。密度小于4.5g/cm3的金屬叫輕金屬。 密度是金屬材料的一個重要物理性能，與材料的使用和檢測等都有關(guān)系。例如，在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中，為了增加有效載重量，密度是需要考慮的重要因素。 熔點一般用表示。各種金屬都有其固定熔點。易熔金屬及合金可用來制造熔斷器和防火安全閥等零件；難熔金屬及合金則

17、用來制造要求耐高溫的零件，廣泛用于火箭、導彈、燃氣輪機好噴氣飛機等。 熔點低于1000 稱為低熔點金屬，熔點在10002000 稱為中熔點金屬，熔點高于2000 稱為高熔點金屬。 具有導磁能力的金屬都能被磁鐵吸引。鐵、鈷等為鐵磁性材料，錳、鉻、銅、鋅為無磁性或順磁性材料。但對某些金屬來說，磁性也不是固定不變的，如鐵在768以上就表現(xiàn)為沒有磁性或順磁。 鐵磁性材料可用來于變壓器、測量儀表等制造業(yè)；無（順）磁性材料可用做要求避免磁場干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料。金屬材料的化學性能 是指金屬在化學作用下所表現(xiàn)的性能。1. 耐腐蝕性：金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學介質(zhì)腐蝕作用的能力。2.抗氧化性：金

18、屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力。3.化學穩(wěn)定性：是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總和。金屬材料的力學性能 是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的抵抗性能，也稱機械性能。1、強度：強度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗變形和破壞的能力。2、塑性：塑性是金屬材料在靜載荷作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。3、硬度：是指金屬材料抵抗其他更硬物體壓入其表面的能力，是金屬材料表面上不大體積內(nèi)抵抗變形和破壞的能力。4、韌性：是金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。5、疲勞強度：金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應力。金屬材料的工藝性能是指其在各種加工條件下表現(xiàn)出來的適應能力。1、鑄造性：金屬材料能否用鑄造方法制成優(yōu)良鑄件的性能。2、鍛壓性（可鍛性）：金屬材料能否用鍛壓方法制成優(yōu)良鍛壓件的性能。3、焊接性：金屬材料在一定焊接條件下，是否易于獲得優(yōu)良焊接接頭的能力。4、切削加工性：金