金屬材料學(xué)緒論

1、金屬材料學(xué)緒論第1頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四一、課程特點和要求 課程特點：綜合性 、應(yīng)用性、經(jīng)驗性。 金屬材料工程專業(yè)核心課程。 第2頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四二、課程要點及思路 主線：材料成分-工藝-組織-性能-應(yīng)用之間的有機(jī)關(guān)系 核心：合金化原理 “思想”：作用的辨證與矛盾的轉(zhuǎn)化。三、教學(xué)安排 教學(xué)：詳略，有的內(nèi)容自學(xué)； 實踐：課堂討論，小論文，綜合性實驗，思考題； 考試：考試+平時+課堂討論與實驗第3頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四四、學(xué)習(xí)要求掌握金屬材料合金化原理、合金元素對鋼相變、組織、性能影響

2、的一般規(guī)律。掌握常用鋼、鑄鐵、高溫合金、有色金屬等材料的牌號、成分、組織、力學(xué)性能和用途。能夠根據(jù)工程構(gòu)件、機(jī)器零件（或工具）的服役條件，合理選用材料，正確確定熱處理技術(shù)條件。五、參考書目戴起勛編著，金屬材料學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社王曉敏主編，工程材料學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社吳承建主編，金屬材料學(xué)，冶金工業(yè)出版社第4頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四圖 材料學(xué)主線示意圖第5頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 緒論 金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來 0.1 金屬材料發(fā)展簡史 1、第一階段原始鋼鐵生產(chǎn) 公元前4300年：自然的金、銅及鍛打等工藝 公元前2800年：鐵的

3、熔煉 公元前2000年：青銅器興盛，編鐘與武器（商、周、春秋戰(zhàn)國） 東漢時：反復(fù)鍛打鋼最原始形變熱處理工藝。 淬火技術(shù):“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂” 現(xiàn)代的水淬、油淬。第6頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四上圖：吳王夫差矛和越王勾踐劍右上：商周時期的青銅敦和尊 盤- 國家一級文物右下：商代青銅縱目人面像第7頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 擂鼓礅二號墓編鐘復(fù)制件 1981年湖北擂鼓墩二號墓出土戰(zhàn)國編鐘一套，音律準(zhǔn)確，音色優(yōu)美。其件數(shù)和規(guī)模僅次于曾侯乙編鐘，總音域達(dá)5個8度以上，可自己轉(zhuǎn)調(diào)，奏出五聲、六聲、七聲音階構(gòu)成的各種樂曲。須五人合作演出

4、，眾聲齊發(fā)，交響疊鳴。無愧為古代音樂之絕響。第8頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四2、第二階段金屬材料學(xué)科的基礎(chǔ) 奠定金屬材料學(xué)科基礎(chǔ)：金屬學(xué)、金相學(xué)、相變和合金鋼等。 1803年：道爾頓提出原子學(xué)說，阿伏加德羅提出分子論。 1830年：Hessel提出32種晶體類型，普及晶體指數(shù)。 1891年：俄、德、英等國科學(xué)家分別獨(dú)立地創(chuàng)立了點陣結(jié) 構(gòu)理論。 1864年：Sorby制備第一張金相照片，9倍，但意義重大。 1827年：Karsten從鋼中分離出了Fe3C，1888年Abel證明了 這是Fe3C。 1861年：俄契爾諾夫提出了鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度的概念。 19世紀(jì)末：馬氏

5、體研究已成為時髦，Gibbs得到了相律， Robert-Austen發(fā)現(xiàn)了奧氏體固溶特性，Roozeboom建 立了Fe-Fe3C系的平衡圖。第9頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四鋼的組織命名： Austenite英金屬學(xué)家Austen； Bainite美科學(xué)家Bain； Sorbite英科學(xué)家Sorby； Martensite德科學(xué)家Marten； Troostite法化學(xué)家Troost； Ledeburite德學(xué)者Ledebur新合金鋼發(fā)明： 1820年，鐵-鉻合金； 1857年，鎢鋼；1898年,含鎢高速鋼雛形 1871年，錳鋼和硅鋼。開始了合金鋼的新紀(jì)元第10頁

6、，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四3、第三階段微觀組織理論大發(fā)展 合金相圖，X射線發(fā)明及應(yīng)用，位錯理論的建立。 1912年：發(fā)現(xiàn)X射線，證實（）-Fe是bcc，-Fe是 fcc；固溶體規(guī)律。 1931年：發(fā)現(xiàn)合金元素的擴(kuò)大和縮小區(qū)作用. 1934年：俄國Polanyi、匈牙利Orowan和英國Taylor各自 獨(dú)立地提出了位錯理論，解釋鋼的塑性變形；馬氏 體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)。 1938年：發(fā)明了電子顯微鏡。 1910年：發(fā)明A不銹鋼，1912年發(fā)明了F不銹鋼等。 1990年：發(fā)明了布氏硬度計，Griffith提出了應(yīng)力集中會導(dǎo) 致產(chǎn)生微裂紋。 第11頁，共28頁，2022年，

7、5月20日，13點29分，星期四4、第四階段微觀理論的深入研究微觀理論的深入研究： 原子擴(kuò)散及其本質(zhì)的研究；鋼TTT曲線測定； 貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變理論形成了比較完整的理論。位錯理論建立： 電子顯微鏡的發(fā)明 看到了鋼中第二相沉淀析出，位錯滑移，發(fā)現(xiàn)了不全位錯、層錯、位錯墻、亞結(jié)構(gòu)、Cottrell氣團(tuán)等現(xiàn)象 位錯理論。新科學(xué)儀器不斷發(fā)明： 電子探針，場離子發(fā)射顯微鏡和場電子發(fā)射顯微鏡、掃描透射電鏡（STEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）等 .第12頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四0.2 現(xiàn)代金屬材料 先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的研究與開發(fā)是永恒的主題。 開發(fā)高性

8、能結(jié)構(gòu)材料：高比強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損降低機(jī)械重量、提高性能、延長使用壽命的關(guān)鍵。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用，如鋁基復(fù)合材料。開發(fā)各種系列用途的低溫奧氏體鋼。改造傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料：重要途徑是組織更細(xì)更均勻，材料更純潔 關(guān)鍵是工藝?！靶乱淮撹F材料” 強(qiáng)度相當(dāng)于現(xiàn)有鋼鐵材料兩倍。 美“9.11”事件，暴露建筑用鋼結(jié)構(gòu)抗高溫軟化能力差 開發(fā)高強(qiáng)熱軋耐火耐候鋼。第13頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四開發(fā)其他高性能鋼： 利用各種新工藝新方法制造出韌性和耐磨性都很好的新型工具鋼。經(jīng)濟(jì)合金化是高速鋼的一個發(fā)展方向，工具材料的各種表面處理技術(shù)開發(fā)，在新型工具材料的開發(fā)上具有重要的

9、意義。 先進(jìn)制備工藝：如金屬半固態(tài)加工技術(shù)，鋁鎂合金技術(shù)成熟，已應(yīng)用。第14頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 現(xiàn)有鋼的技術(shù)界限和鋼強(qiáng)韌化努力的方向第15頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 水陸兩用汽車 輕型吊軌磁懸浮列車 材料的發(fā)展使汽車和飛機(jī)等性能發(fā)生了突變 第16頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四美國飛行汽車將于2009年上市銷售 MX-400空中汽車 美國莫勒潛心研究.被譽(yù)為“汽車演變的里程碑”。飛機(jī)外形像一輛新穎別致的小汽車?？罩酗w行依仗的是它有可轉(zhuǎn)動的發(fā)動機(jī)及專門提供升力的風(fēng)扇。第17頁，共28頁，2022年，

10、5月20日，13點29分，星期四 自從1903年12月17日美國萊特兄弟把第一雙人類翅膀送上天空后，各種飛機(jī)不斷地在快速發(fā)展，對制造飛機(jī)各類零部件的材料要求也越來越高。主要是比強(qiáng)度高、重量輕、耐高溫、耐疲勞等性能。 第18頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 世界貿(mào)易大廈基本上是用鋁合金貼面的.在 “9.11”事件中，該雙子大樓遭到襲擊， 毀于一旦。但它作為 一個大量使用鋁合金貼面的的雄偉建筑將永遠(yuǎn)載入史冊。第19頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 泰坦尼克號快速沉沒的原因小問題引大災(zāi)難.泰坦尼克號撞上冰山后快速沉沒,經(jīng)查明是因為含有9%礦渣的48

11、根鉚釘使泰坦尼克號鋼板散架.第20頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四0.3 金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢 2004年提出了 “循環(huán)型社會的材料產(chǎn)業(yè)材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展”。 微生物冶金:無廢物的生產(chǎn)，已在許多國家進(jìn)行了工業(yè)性生產(chǎn)。美國利用微生物冶金方法生產(chǎn)的銅占總產(chǎn)量的10%，日本人工培植海鞘以提取釩。海水是一種液態(tài)礦，海水中含有的合金元素量超過100億噸?，F(xiàn)在已可從海水中提取鎂、鈾等元素，全世界生產(chǎn)的鎂大約有20%來自海水，美國靠這種鎂已滿足著需求量的80%。 我國資源短缺 ；資源浪費(fèi)嚴(yán)重；污染嚴(yán)重。 第21頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 循環(huán)

12、材料產(chǎn)業(yè)：適應(yīng)時代需要，把生態(tài)環(huán)境意識貫穿于產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的設(shè)計之中，提高材料利用率、降低生產(chǎn)和使用過程中環(huán)境的負(fù)擔(dān)。發(fā)展形成資源材料環(huán)境良性循環(huán)的產(chǎn)業(yè)。 合金發(fā)展的主流方向是少合金化與通用合金，形成綠色/生態(tài)材料體系，有利于材料的回收與再生利用。要研究開發(fā)與人民生活密切相關(guān)的綠色材料以及環(huán)境友好材料。第22頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 鈦合金 被稱為“空間金屬”、“未來鋼鐵”。 鈦合金比強(qiáng)度是最高的，在高溫和低溫下都能保持高強(qiáng)度，耐蝕性也是無可匹敵的。 鈦在地球中含量不少（0.6%）。但是提煉工藝復(fù)雜，成本高，廣泛應(yīng)用受到限制。 鈦合金將是二十一世紀(jì)為人類作重要

13、貢獻(xiàn)的金屬材料之一。 第23頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四世界上第一個載人宇宙飛船世界上第一個“太空人”第24頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 有色金屬:資源面臨著不可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重問題，主要是資源破壞嚴(yán)重和利用率很低，浪費(fèi)驚人。精深加工技術(shù)落后，高檔產(chǎn)品缺乏；創(chuàng)新成果少，高新技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化程度不高。開發(fā)高性能結(jié)構(gòu)材料及其先進(jìn)工藝方法是主流，如，鋁鋰合金、快速凝固鋁合金等。 有色金屬功能材料也是發(fā)展方向.第25頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四未來對材料和技術(shù)的要求環(huán)境和能源因素放在很重要的位置第26頁，共28頁，2022年，5月20日，13點29分，星期四 思考題 1、為紀(jì)念世界第一位宇航員加加林，莫斯科列寧大街上建造了40英尺高的雕象，雕象材料是鈦合金。為什么用鈦合金做? 代表什么意義? 2、金