材料概论--金属材料部分（2011）（上课版）3

材材 料料 概概 论论- 金属材料部分金属材料部分材料学院金属材料研究所材料学院金属材料研究所严严 彪彪 教授、博导教授、博导课程内容课程内容第一部分第一部分 华夏瑰宝华夏瑰宝 国之重器国之重器第二部分第二部分 现代科技之磁性材料现代科技之磁性材料第三部分第三部分 智能材料智能材料 人类的未来人类的未来1、中国博物馆镇馆之宝 - 永乐大钟与制造技术2、王者之剑 -越王勾践剑 我们伟大的祖国是世界文明古国之一。 九百六十万平方公里广阔、富饶、美丽的国土上（ 还有 300多万平方公里是我国的专属经济区和大陆架 ）。 人类文明史是对自然改造的历史，是劳动工具制造的历史。 由于使用材料的不同和进步，一般将人类进步的过程分为三个阶段，即石器时代、青铜器时代和铁器时代。 我国青铜器的出现大约在奴隶社会初期，即传说中的夏代和早商时期。殷周达到了鼎盛。 在文明古国中，我国掌握 炼铜技术 起步不是最早，但是发展 很快 。青铜材料简介青铜材料简介 当铜与锡一起冶炼，可以获得硬度高，强度大，而且熔点降低的制品，呈青灰色，故称 青铜 。原料是含铜量高达 57%孔雀石 “六齐 ”-世界上最早的铜合金配料规律： 金有六齐，六分其金，而锡居一，谓之锺鼎之齐；五分其金，而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金，而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金，而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金，而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐；合金配方 化学成分（ %）纯铜（铜合金） 锡及其他杂质（铜合金）锺鼎之齐 5/6(6/7) 83.30(85.70) 1/6（ 1/7） 17.70（14.30）斧斤之齐 4/5(5/6) 80.00（83.30） 1/5（ 1/6） 20.00（16.70）戈戟之齐 3/4(4/5) 75.00（80.00） 1/4（ 1/5） 25.00（20.00）大刃之齐 2/3(3/4) 66.66（75.00） 1/3（ 1/4） 33.34（25.00）削杀矢之齐 3/5(5/7) 60.00（71.40） 2/5（ 2/7） 40.00（28.00）鉴燧之齐 1/2(2/3) 50.00（66.60） 1/2（ 1/3） 50.00（33.40）青铜器的制造工艺青铜器的制造工艺 石型凿刻较软的石头，形成简单的器形。 泥型（亦称陶范）我国最早使用的一项主要铸型工艺。 金属型特种铸造中广泛采用的有效工艺。 失蜡法（亦称捏蜡法，脱蜡法）用蜡制成零件模型，再翻成型壳，进行浇注。 砂型用砂作范，制作零件。中国古钟的分类中国古钟的分类 从形体上分类，钟有两类： 一类是圆形钟，这类钟的横截面是圆形的，朝钟、更钟、佛事钟属于此类，西方的教堂钟也属此类。 一类是扁形钟，其横截面为两段圆弧，似两片瓦合成，也称瓦型钟，中国古乐钟属于此类。 中国古钟的分类中国古钟的分类 从功能上分类，中国古钟主要有四类： 用于礼乐的乐钟，如曾侯乙编钟； 为炫耀宫廷威严用的朝钟，如乾隆钟； 用于报时的更钟，如北京钟楼大钟； 宗教用的佛事钟，即佛教用的佛钟和道教用的道钟，如中国最大的佛钟永乐大钟。 永乐大钟的简介 永乐大钟的建造永乐大钟的简介与制造永乐大钟的简介与制造永乐大钟的研究与分析永乐大钟的研究与分析思考题：思考题：请查阅资料，阐述东、西方铸造大钟的不同特点（至少三个）。 王者之剑 -越王勾践剑 人们形容古代的英雄人物，常说： “这人膀大腰圆，臂力过人，十八般武器件件皆精。 ”这十八般武器是什么名呢？ 一般认为是指战国以前出现过的 “ 刀、枪、剑、戟、棍、棒、槊、 镋 、斧、钺、铲、钯、鞭、铜、锤、叉、戈、矛等件。 在青铜器时代，最常用的武器是弓、弩刀、剑、枪矛。王者之剑 -越王勾践剑 宝剑是我国古代一种近战短兵器，春秋时代南方的吴、越、楚三个国家铸造的宝剑最有名，因为这三个国家处于江南水网纵横，林莽丛生的水乡地区，车战不适用，步兵和水师便成为军队的主要组成，对发展短兵器有利，于是剑就成为近战格斗的常规武器。 吴越春秋 和 越绝书 记述过许多 铸剑 、 相剑 的大师，如 欧冶子 、 干将 、 莫邪 、风胡子和薛烛等，炼成了许多著名的宝剑，曾经流传着不少动人的故事。王者之剑 -越王勾践剑 越王勾践剑是 1965年湖北江陵县望山一号楚墓出上，通长 55.7厘米，宽 4.6厘米，柄长 8.4厘米，剑身装饰菱形花纹，剑格两面都用蓝色琉璃镶嵌精美花纹。剑身靠近剑格处有 8个错金鸟篆体铭文 :“ 越王鸠浅自乍用剑 ” 。 “ 剑 ” 是剑的古写字，剑主人鸠浅即越王勾践， “ 乍 ” 是作的简写。 这口剑铸成已经 2400多年，但剑仍锋利如初，出土后曾经作过一次裁切试验，以检验它的锋利程度，即将十九层白纸叠成一扎，剑尖轻轻一挥，立刻光洁截断。 1973年送日本展出，许多外国学者参观后，都惊叹我国古代兵器制造家的高度技艺水平。越王勾践剑的发现越王勾践剑的历史越王勾践剑的研究越王勾践剑的分析与性能古铜剑制造技术的特色 经过专家研究，认为我国铜剑制造技术上有以下特色。 （ 1）采用不同锡量的青铜铸成复合铜剑 考工记 “ 六齐 ” 的 6类青铜铸件，兵器就占了 4类，即斧斤之齐含铜 80或 83%含锡 16.7或 14%；戈戟之齐含铜 75或 80%含锡 25或 20%，大刃之齐含铜 66.7或 75%；含锡 33.3或 25%；削杀矢之齐含铜 60或 71%，含锡 40或 29%。兵凶器，战危事，兵器材质关系到战争胜负，国家安危。 古代人对青铜兵器，用 调整含锡量来解决强度、韧性、硬度和脆性问题 。 更巧妙地是在同一剑的各部分使用不同锡量的青铜复合铸成 。 勾践剑的剑脊和剑刃含锡量不同。脊部含锡量只有 10%左右，呈红色，比一般青铜质柔而坚，韧性大，格斗时经得起重力撞击，而不致于折裂；刃部含锡量达到 20%左右，质脆而硬，刃口锋利，能洞穿坚甲而锋锷不摧。古铜剑制造技术的特色 （ 2）剑上表面花纹 越绝书 记载春秋铜剑花纹时，说 :“ 阳曰龟纹，阴曰漫理” 。就是雄剑上具有龟腿的点状花纹，而雌剑上的花纹则如水波浪。奇的是，这种花纹属于一种平面花纹，既非腐蚀金属而成，更非镶嵌而就，乃是金属内部质量产生的影响，越王剑的剑身呈现着菱形花纹，就属于这种平面花纹。 古伊斯兰民族 (包括古匈奴、突厥、回讫等民族及现在伊朗、印度、阿富汗、土耳其、阿拉伯及俄国民族一部分 )也能生产具有天然花纹的铸刃，但那是凸形花纹，即能摸得着的糙面花纹刃。古铜剑制造技术的特色 (3)剑的外镀技术 铜器外镀技术始于殷商，河南安阳小屯发现的 “ 虎面铜盔 ”，即是用赤铜做成一顶盔，外部镀一层很厚的锡。 周代以后兵刃外镀不单是为了防止表面锈蚀，而且要保持锋锐的杀伤力，因此镀层很薄。 秦始皇陵兵马坑出土的铜剑，经测定，表面有一层仅 0.01-0.15毫米厚的镀层，这是一层含铬化合物的氧化层。 古铜剑制造技术的特色 成都科技大学金属材料系田长浒教授曾对一柄 东周古剑 (山西出土 )进行电子探针分析 ，发现剑的表面有一层深绿色覆盖物，能谱线图显示表面层有 Cr(KK )，而内层没有， 说明铸件是经过铬化物处理过说明铸件是经过铬化物处理过 。这种表面处理有两个作用，一者为防诱，一者为表面强化。这