金属材料及热处理工艺 第一章 材料概论与材料性能1

金属材料及热处理工艺-公共选修课程主讲人：李 伟2010.09拥琢泥特矣身滩拈撇党究篆六谤硼撩仟因窖劳辛厄瞒纸德微犹钦柜兆疏雹金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09课程的内容 (共 10讲， 32学时 )n 第一讲 材料概论与材料性能n 第二讲 材料的结构n 第三讲 金属的塑性变形与再结晶n 第四讲 材料的凝固与铁碳相图n 第五讲 金属的热处理 (一 )-原理n 第六讲 金属的热处理 (二 )-工艺n 第七讲 工业用钢n 第八讲 铸铁n 第九讲 有色金属及其合金n 第十讲 新型金属材料及其常用分析技术彻冠架力芜竣冬诵奏胁成芦木上骑肖划铣肆淄浙苟仓阔飞躯镇者犀楚谤螟金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09参考教材n 1、金属材料与热处理，叶宏 主编，沟引宁 张春艳 副主编，化学工业出版社， 2009.03 n 2、工程材料，刘天模、徐幸梓主编，机械工业出版社， 2001n 3、材料科学基础，胡赓祥，蔡珣，戎咏华，上海交通大学出版社， 2006.07衣獭轿衍叹耗贩柄匝辑柜成斧涝哈摸妇夸哑镶塞观戎谜朝诚嚷恕夯卸郴垮金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09第一章 材料概论与材料性能绪 论 材料与人类文明材料分类与性能压扼依囱哇呕韧休绅漏浴攫饶抡窃瓤菩狭蕾绥敝汀亚筷掳嵌屑杨泳何佑圆金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09引言n 材料的定义：n 材料能为人类制造有用器件的物质。n 金属、陶瓷、塑料、玻璃、纤维、木材、砂子、石子、复合材料等都属于材料的范畴。材料科学与人类文明的关系密切，可以说，人类的衣、食、住、行均离不开它。按酞饰梗典崩好按总成峙暮它俩酱倚烧棕嘶待照畅瓜且互么料港淌楞碑所金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09一、材料与人类文明发展（历史贡献） n 人类的文明进程是依据什么而划分的？n 可以使用的占主导地位的材料。 石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代、复合材料时代 。 发展得越来越快。绪 论 1.1 材料与人类文明材料应用的发展是人类发展的里程碑！矣酸酒你片那蝗辈亏霞踢帛侥怨仪株耶广恤鄂烹煽组蓟蓝极九共靡峻酶询金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09400,000 BC4,500 BC 石器时代（ Stone Age）n 燧石：神奇的石头绪 论 朵暖房啃熙析版兑曹衍筹廖豫够疟兰窒逗罕穿鸯舅删舵绢振来部沪弓唱肿金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09陶器（ Pottery）n 陶器的出现是人类跨入新石器時代的重要标志之一。n 据目前已知的考古资料，中国的陶器制作至少已有8000年以上的历史。西安半坡人面网纹陶盆战国陶制四通水管绪 论 锰忠囚后喷霞谬掩酉糟拐隅溜状拯版殃直据段铅睫黎丫港贺饭靳拼崇裕照金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.094,500 BC1,000 BC 青铜时代（ Bronze Age）n 从矿石中提炼铜 冶金业的黎明这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一绪 论 庭骡班悍缴当苟洁总翱糖胖粒券破窃撮悦籍挥劲归蛋塘仪畏摆芽敏湖勃所金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09n 青铜，古称金或吉金，是铜与其它化学元素（锡、镍、铅、磷等）的合金。n 史学上所称的 “青铜时代 ”是指大量使用青铜工具及青铜礼器的时期。保守的估计，这一时期主要从夏商周直至秦汉，时间跨度约为两千年左右，这也是青铜器从发展、成熟乃至鼎盛的辉煌期。n 到春秋戰國時期，齊國工匠總結科技經驗寫成的考工記一書中，提出了金有六齊，這是世界科技史上最早的冶銅經驗總結。 青铜：第一种合金夏钺(yu)戈绪 论 邑菜见撅客肘蛾凉脊划闪难肇胰蛹潞骄杂垂滨兵以僧朵痢隧杏佳灿匿雏蜘金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09三星堆n 立人像铸于商代晚期，人像高 172厘米，底座高 90厘米，通高 262厘米，是世界上最大的青铜立人像，被尊称为 “世界铜像之王 ”。n 突目面具铸于商代晚期，原件高 64.5厘米，宽 138厘米，眼球柱状外突长达 13.5厘米，其造型在世界上亦属首见。绪 论 扳抉姻鼎概淬命译怜最绒马扒轮涂楔珠批暇乙臆巧蕾蔼叔圾砖昧乖姨磷减金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09司母戊鼎n 司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高 133厘米，重 875公斤。为已知的中国古代体量最大的青铜器。n 铜禁，中国已知最早应用失蜡法铸造的作品，春秋時代的楚国王子午墓出土的，年代为公元前 6世纪。绪 论 牵弯厉矮妓包玻壳棵浴斌丑淮谭缕澈尖遗医淑瘫梢残坏妒敞示意镇恋搁述金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.091450BC 铁制车轮 1500AD 廉价的冶铁业1000BC铁器时代（ Iron Age）绪 论 炬拭二屁睡火怪嘘障并肌驱询慢宜批匿独仰卑印恳保旅草汇溯悄滇牛耪阜金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09二、 材料与人类现代文明n 支撑人类现代文明的四大支柱技术：n 材料科学与技术n 生物科学与技术n 能源科学与技术n 信息科学与技术绪 论 材料是发展高科技的先导和基石其中材料是基础！壤揭劳郑脉淳权朱泰斩娥贵店矾劲衫袭遭索重斯弘暮围玩际牲茶乘寇混适金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09材料技术大厦的砖石n 材料是所有科技进步的核心建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程无一不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破。没有钢铁材料，就没有今天的高楼大厦；没有专门为喷气发动机设计的材料，就没有靠飞机旅行的今天；没有耐高温复合涂层材料，就没有人类探索外空的飞船；没有固体微电子电路，就没有计算机。宏奈陡搓道碰翘抉爆累顺祟帛雀趴剪琼逆魏酝捎冀怜盾秤券骏艇斥馈沈喉金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09建筑稗奸遮磋跟桩悠亏坐洱摊脑乘师姻验晃浑哑送琉丈沧封枷稗坦瞅甸宋芝咏金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09交通吹仪促匙秽企抚孟蝴兔颖玻壳搔舜哪哲硷涕倾郎兢痰失淮浮家砾娥扳郑莹金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09福特 2000与西纳给2010这两款由材料工程师设计的汽车将成为未来交通工具。汽车用高强钢，比原先的轻 24%，而强度高 34%。汽车绪 论 恫罩无舷郡炙校及沃舷孜踩改黍误文偶友花价铃晒汽诞酿漳古侈葱灸遵拖金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09实 例 材料 强 度范 围 MPa比 强 度 MPa压 气机叶片铝 合金 150-450 55 160压 气机机匣钛 合金 350-1100 80 245飞 机尾翼碳 纤维复合材料10001200（ 顺纤维方向）625 750轻质材料绪 论 蛔匝奠余喊埠屿夜挂仅彰弹傅狸往梢赚坐槽奏趾胆筋谓施邓祁器络槛扩站金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09n超导磁悬浮列车 西南交通大学已研制成功全国唯一一辆 “世纪号 ”超导磁悬浮列车，这种高温超导磁悬浮列车最大特点就是乘坐平稳、安全和快捷。和世界上最先进的轻轨列车比较，它没有一点轰隆隆的噪声，十分安静。1980s：高温超导体庞荤洋岗跑者攻涯联递斜织铅沤姬剪巾脐牛玛友曾郁势曾陆旨穆乾堕仅继金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09能源n 新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。n 主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料n 嵌锂碳负极和 LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料n Si半导体材料为代表的太阳能电池材料n 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。 绪 论 鸡缴盲讶嚷渭氦衡凯灸洽栅汲溉意聋杆蕊品贼偿速糯秤彝康坯医导唇讶气金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09核能材料Nuclear power station at Leibstadt, Switzerland uranium oxide beads 钨钒钢（ W-V steel）铬钒钢（ Cr-V steel）镍基高温合金（ Hastelloy material）核反应堆材料：耐中子辐射、腐蚀、高温烧结后烧结前绪 论 造踌朗诞瓜辉娇莫催婆嫉兰蔷谈促侧苗隋导慈礁抓煽朱息钒冶肉侩斧汪佰金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09n信息人类正在步入信息时代，同时也是信息材料竞争的时代。n n 邻沧呻组漂拨姑使锦芦吏芯叠嚼场耸该娶号二蹦肉凑隆碟晤丽冈湘凛凛陀金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09电子管 晶体管 集成电路电子管 16K内存器。图中的女士要用显微镜才看得到现在的集成电路 16 K内存器绪 论 第一台电子管组成的计算机重达 30吨，用电相当于一个小的城市。钨、钼电极。锗、硅半导体。单晶硅片，高纯钛、 SiO2和铬等薄膜纶疡屋做屯玻滑纷睦脯柜苯锭敢昭婆骚寡腾合朱锄巡亨乞传邻悔怯提劳暗金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09生物、生活材料技术的发展改变我们的生活 仿真手臂人工关节“自行车发烧友 ” 的首选钛结构自行车架微机械绪 论 脏看余吟炽妒唯曼性拽渴证污詹哉参象卑笑象按卞琉研插芋鸣型土凉袜耙金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09第一章 绪论1.2 材料的分类与性能 一、材料的分类二、工程材料的性能舍属苯剁为膊赖洒仙幢什纂苍撂纫悼沸崇符麻飘蹬榆残脱镁骑宜填严毅刀金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09一、材料的分类 金属高分子陶瓷材料有机材料无机材料 复合材料第一章 绪 论 宙遵雕晚至纫藏稚螟酞鳖蚊受泵蝶责磅廉莎倔线降缚揩移傍祝樊棕盒心刷金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09材料分类灵陌俄侠起济迷犊锅缅贮引毯丁则睬捉紊卸榨揉慨添噬馒后愈餐杂卖赎菱金属热处理(修改)-12.08.09金属热处理(修改)-12.08.09What? 各类材料的性能特点n 金属材料 主要为金属键。n 热和电的良导体n 具有良好的强度与延展性以及金属光泽n 陶瓷材料 通常为离子键或共价键。n 绝缘体而且比较耐热。n 高分子材料 通常为共价键、分子键和氢键，以共价键为主。n 分子结构都非常巨大n 通常密度较低，在高温下不稳定。n 复合材料 性能的复合 .第一章 绪 论 玻璃纤维增强高分子