金属学与热处理绪论

1、材料：是指经过某种加工，具有一定结构、成分和性能，并可应用于一定用途的物质。一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为“原料”，把经过工业加工的原料成为“材料”。0.1 材料的含义人类社会文明程度的重要标志之一 当代社会经济的先导，是科技进步的关键 0.2 材料的重要性 是人类生产、生活的物质基础对材料的认识和利用的能力，决定着社会的形态和人类生活的质量。历史学家就是按人类使用材料的种类来划分历史时代的。从某种意义上说，一部人类社会文明史也可以称之为世界材料发展史。我们只要考察一下从石器时代、青铜器时代、铁器时代，直到目前的信息时代发展的历程，就可以明显地看出材料在社会进步中的巨大作用。每一种新材

2、料的应用，都会给社会生产和人类生活带来巨大变化，把人类文明推向前进。材料是人类生产、生活的物质基础。它与每一个人的衣、食、住、行都息息相关。近年来，一场全方位、多层次的新技术革命正在全世界范围内蓬勃兴起，它以信息科学、生命科学和材料科学作为基础，对材料的性能提出了更新、更高的要求。如核反应技术要求有耐辐射、耐腐蚀材料；微电子技术要求有高纯度、超薄的半导体材料；航空航天技术要求有低密度、高强度材料和能耐数千度高温的内烧蚀材料及涂层材料。在历史上起过革命性作用的钢铁材料已经远远无法满足这些要求。这也是新材料得以发展的直接动力。在这些需求的推动下，新型材料作为新技术革命的支柱随之得到了迅速发展。其中

3、非金属材料发展尤其神速。如今，新材料已成为当代社会经济的先导，是科技进步的关键。0.3 材料的组织结构与性能含义(1) 材料的组织结构材料不同层次的结构 原子结构取决于原子种类 晶体结构原子在空间的排列方式 材料的组织(显微组织) 人们用肉眼或借助某种工具（放大镜、光学显微镜、电子显微镜等）所观察到的材料形貌。它决定于组成相的类型、形状、大小、数量、分布等。珠光体组织金属多晶体结构材料的性能是表征材料在给定外界条件的行为。工程材料的性能主要是指材料的使用性能和工艺性能。材料的使用性能是指在服役条件下，能保证安全可靠工作所必备的性能，其中包括材料的力学性能、物理性能和化学性能。 (2) 材料的性

4、能力学性能物理性能化学性能工艺性能使用性能力学性能：在外力或能量作用下表现出来的变形和破坏的特征，包括弹性刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳特性、耐磨性等。物理性能：材料本身具有的各种物理量及其变化规律，包括工程材料的熔点、密度以及热、电、声、光、磁等性能。化学性能：材料指工程材料在环境作用下的耐腐蚀和抗老化性能等。工艺性能：制备材料或零部件加工过程的可能性或难易程度，包括铸造、锻造、焊接成型性、切削加工性、热处理等。工程材料：主要利用其力学性能制作结构件。结构材料 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：功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特

5、定功能的材料。半导体材料 磁性材料 激光材料热电材料 光电材料 声电材料 等等按材料的化学成分按材料的化学成分金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料(1)金属材料金属材料包括金属和以金属为基的合金。工程应用的金属材料，原子间的结合键基本上为金属键，皆为金属晶体材料。 工业上把金属及其合金分为两大部分 黑色金属(铁基合金)： 铁和以铁为基的合金(钢、铸铁和铁合金) 有色金属(非铁合金)：黑色金属以外的所有金属及其合金。 金属原子间以金属键结合，由于金属键无方向性，因而金属材料具有良好的延展性、导热性、导电性并具有金属光泽等特点，此外，金属材料资源丰富，生产工艺成熟，工艺性能好，价格便宜，因此按使用重

6、量来说，在工程材料中仍占主导地位，而且预计在相当长的历史时期内，金属材料的主导地位是不会改变的。 (2) 高分子材料高分子材料是指以高分子化合物为主要组分的材料，每一个高分子化合物又是由一种或几种简单的低分子化合物聚合而成的，故高分子化合物也称高分子聚合物(简称高聚物)。高分子内部的原子间存在着很强的共价键，而高分子与高分子之间的结合是分子键。具有重量轻、耐腐蚀、绝缘性良好、易于加工成型等特点。其体积用量已超过金属材料。 来 源天然高分子：自然界天然存在的高分子。半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子

7、。元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。主链元素(链原子)组成热行为热塑性高聚物具有加热时可以软化，冷却时又硬化成形，再加热可再软化，且材料的基本结构和性能不改变的特点，如：烯类高聚物。热固性高聚物具有受热时发生化学变化并固化成形，成形后再受热也不会软化变形的特点，如：酚醛树脂、环氧树脂。按性质和用途可分为：塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等热塑性PE管(3) 陶瓷材料陶瓷材料主要是指由一种或多种金属元素与非金属元素的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物及硅酸盐等所组成的无机非金属多晶材料。陶瓷材料大多数是由离子键和共价键的混合键。陶

8、瓷材料具有很高的强度和硬度，较低的导电、导热性，延性、成型性及耐冲击性都很差。极好的耐高温和耐腐蚀特性，还有一些独特的光学、电学性能。 陶瓷陶器、瓷器玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦等粘土、石灰石、长石、石英硅酸盐类材料传统陶瓷现代陶瓷各种无机非金属材料陶瓷分类陶瓷材料普通陶瓷特种陶瓷利用天然硅酸盐矿物为原料制成的陶瓷(传统陶瓷)利用人工合成原料制成的陶瓷(新型陶瓷或现代陶瓷)特种陶瓷结构陶瓷(工程陶瓷)功能陶瓷Al2O3陶瓷密封环陶瓷发动机普通陶瓷(4) 复合材料复合材料由2种或2种以上的物理、化学性质不同的物质，经一定方法得到的一种新的多相固体材料。复合材料可能具有非同寻常的刚度、强度、高温性能

9、和耐蚀性。 材料科学与工程这个科学名称是上世纪50年代末60年代初提出来的。美国材料科学与工程调查委员会的定义为： “材料科学与工程是关于材料成分与制备工艺，组织结构，材料性质和使用性能这四个要素以及它们之间相互关系的有关知识的开发和应用的科学”材料科学与工程定义 材料科学与工程这个学科应属于应用基础范畴，它以凝聚态物理和物理化学、晶体学为理论基础，结合冶金、机械、化工等科学知识，去探讨材料的成分、工艺、组织结构、性质及使用性能之间的内在规律，并联系一个器件或构件的使用功能要求，力求用经济合理的办法制备出一个有效的器件或构件.因此，材料科学与工程是现代机械工程、电子技术和高技术工业发展的基础。

10、 提高材料性能的主要途径： 一方面改变材料的化学成分，另一方面改进材料的生产工艺，进而改变材料内部的组织结构与性能。性能 Property组织结构 Structure工艺 Technology成分 Composition材料科学的核心问题是：材料的成分（Composition）、组织结构（Structure）、工艺（Technology）和性能（Property）以及它们之间的关系。右图为材料科学与工程四要素。学习掌握金属材料的基本理论学习掌握金属材料热加工的基本理论和工艺具备基本的金属材料组织结构分析能力，为后续的相关专业课程学习及进一步深造打好必要基础。第八章：扩散第九章：金属热处理第十章：热处理工艺第十一章：合金钢第十二章：铸铁第十三章：有色金属及合金习题课、总结金属学原理：第一 第八章金属热处理：第九