金属材料及热处理工艺PPT课件
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金属材料及热处理基础知识.ppt
硬质合金 HBW 450- 600 用于测量淬火钢
2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
金属材料及热处理说课课件
测)的必修专业基础课和核心课程之一。 本课程在掌握金属材料
和热处理基本理论和基本知识的基础上，让学生掌握常用金
属材料的种类、牌号、性质和用途，了解机械零件和工具中
合理选材的方法，初步掌握运用热处理工艺，合理安排零件
工艺路线的方法。
检测类专业在焊缝检测中会使用到金属材料和热处理工艺的理论知 识，结合实践进行分析问题解决问题。学好这门课对《焊接技术》、《 磁粉检测》、《超声检测》、《渗透检测》等课程都有着承前启后的作 用。
业务规格
4
专业人才培养方案
专业建设委员会专家研讨
地
位
和
作
1、 课程的地位
用
专业提升课程 ……
专业方向课(专业核心
课程)
……
技术平台课(专业基础 课程)
金属材 料与热 处理
……
素质平台课(公共基础课程) ……
5
地
位
和 性
2、 课程的性质
质 《金属材料及热处理》是检测类专业(无损检测、理化检测、土木检
(3)良好的职业道德和吃苦耐劳的精神。
(4)培养学生的质量、成本、安全意识。
9
教
学
方
1、 教学内容
法
企业职业岗位要求
及
考 教学内容的针对性
国家职业资格标准
核
后续课程学习要求
教学内容的适用性
职业素质、专业能力、学习 能力、工作态度、安全规范 操作、质量意识。
10
教
学
方
2、教材及教辅资料
法
及
考
核
高等职业技术院校机械类专业教材， “十二
(2) 能够分析铁碳合 金相图以及相图的结晶过 程
(3) 能够识别金属材 料的牌号，了解材料性能
金属材料及其热处理ppt课件
1. 体心立方晶格（BCC）：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。 晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC） ：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的 中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处 理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热 处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程 中的位置和作用，热处理又可分 为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞 后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。 通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确 定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解， 是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的 冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的 小晶体组成，小晶体称为晶粒，晶粒之间交界的地方称为 晶界。
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。 晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC） ：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的 中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处 理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热 处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程 中的位置和作用，热处理又可分 为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞 后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。 通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确 定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解， 是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的 冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的 小晶体组成，小晶体称为晶粒，晶粒之间交界的地方称为 晶界。
《金属学与热处理》课件
举例说明
电子器件中的微型线圈需要采用真空 热处理来确保其导电性能和稳定性； 而医疗器械中常用的钛合金则需要通 过特殊的化学热处理来提高其耐腐蚀 性和生物相容性。
05
热处理设备与工艺控 制
热处理设备的分类与选择
热处理设备的分类
根据加热方式、用途和特点，热处理设备可分为多种类型，如电炉、燃气炉、 真空炉、感应炉等。
举例说明
飞机发动机中的涡轮叶片需要采用特 殊的热处理工艺来提高其高温强度和 抗疲劳性能；而医疗器械中常用的钛 合金则需要通过精细的热处理来确保 其生物相容性和力学性能。
功能金属材料的热处理
总结词
详细描述
功能金属材料具有特殊的物理和化学 性能，其热处理工艺对材料的性能具 有重要影响。
功能金属材料的热处理主要包括真空 热处理、化学热处理和磁场热处理等 工艺。这些工艺能够改变金属的表面 组织结构和化学成分，从而赋予材料 特殊的物理和化学性能。例如，磁性 材料需要进行磁场热处理来提高其磁 导率和磁感应强度；而超导材料则需 要通过真空热处理和化学热处理来确 保其超导性能。
气氛控制
对于某些热处理工艺，如渗碳、 渗氮等，需要控制炉内的气氛， 包括气体组成、压力和流量等， 以确保工件表面的质量。
热处理过程中的环境保护
减少能源消耗
采用先进的热处理技术和设备，提高能源利用率 ，减少能源浪费。
降低污染物排放
通过改进工艺和设备，降低热处理过程中产生的 有害物质排放，如废气、废水和固体废弃物等。
热处理过程中的相变
相变概念
金属在加热和冷却过程中发生的组织结构变 化，包括晶体结构的变化和相的分离。
相变机理
固态相变、液态相变和气态相变等。
相变类型
共析转变、包晶转变、固溶体脱溶等。
金属材料与热处理 ppt课件
三、金属结构材料的应用情况(1)
1.从总产量来看，钢铁材料的产量占绝对优势， 占世界金属总产量的95％，而且有许多良好的 性能，能满足大多数条件下的应用，价格低廉。
2.在世界金属矿储量中，铁矿资源虽然比较丰富 和集中，但就世界地壳中金属矿产储量来讲， 则非铁金属矿储量大于铁矿储量，如铁只占 5.1％，而非铁金属中铝为8.8％．镁为2.1％， 钛为0.6％。
四、金属材料发展的历史(3)
5.在非铁金属冶金方面，19世纪80年代发电 机的发明，使电解法提纯铜的工业方法得 以实现，开创了电冶金新领域；同时，用 熔盐电解法将氧化铝加入熔融冰晶石，电 解得到廉价的铝，使铝成为仅次于铁的第 二大金属；20世纪40年代，用镁作还原剂 从四氯化钛制得纯钛，并使真空熔炼加工 等技术逐步成熟后，钛及钛合金的广泛应 用得以实现。同时，其他非铁金属也陆续 实现工业化生产。
用锻压成形方法获得优良锻件的 难易程度称为锻造性能。 铸铁不能锻压 。
焊接性能：
大量接性能是指金属材料对焊接加 工的适应性。 切削加性能：切削加工（性能） 金属材料的难易程度称为切削加工 性能。
第三单元
金属的晶体结构与结晶
一、金属材料的晶体结构
晶体与非晶体 非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状 况的，称为非晶体。如：普通玻璃、松香、 树脂等。 晶体：凡原子呈有序、有规则排列的物质， 金属的固态、金刚石、明矾晶体等。 性能：晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性， 非晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。
•强度的指标
强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。 1、屈服点
Re= Fs/S0
符号： Re 材料产生屈服现象时的最小应力
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm）
金属材料及热处理培训课件
随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。▪ （也叫均匀化退火。）
▪ 目的 ▪ 均匀钢内部的化学成分，消除偏析。
▪ 适用情况 ▪ 主要于铸造后的高合金钢。
5.去应力退火
▪ 概念
▪
为了消除由于变形加工以及铸造、焊接过程引起的
残余内应力而进行的退火称为去应力退火。
▪ 退火温度 ▪ 不超过Ac1，一般500～650℃。
▪
让其中的碳化物球化（粒化）和消除网状的二
次渗碳体。（因此叫做球化退火。）
▪ 适用钢种 ▪ 主要适用于共析或过共析的工模具钢
T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500
4.扩散退火（均匀化退火）
▪ 概念
▪
将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常
为1050℃～1150℃），长时间（一般10～20h）保温，然后
40min，然后迅速放在端淬试验台上喷水冷却。
未淬透钢 淬透钢
a) 全淬透
b) 未淬透
四、钢的回火
▪ 什么是回火？ 后再淬冷火却后到再室将温工的件一加种热热到处A理c1工温艺度。以下某一温度，保温
一般是紧接淬火以后的热处理工艺。
▪ 淬火后回火目的 ◆降低或消除内应力，以防止工件开裂和变形； ◆ 减少或消除残余奥氏体，以稳定工件尺寸； ◆调整工件的内部组织和性能，以满足工件的
➢ 由于感应加热速度快，奥氏体晶粒不易长大，淬火后获得非 常细小的隐晶马氏体组织，使工件表层硬度比普通淬火高2HRC ～3HRC，耐磨性也有较大提高。
➢ 表面淬火后，淬硬层中马氏体的比体积较原始组织大，因此 表层存在很大的残余压应力，能显著提高零件的弯曲、抗扭疲 劳强度。小尺寸零件可提高2～3 倍，大尺寸零件可提高20%～ 30%。
▪ 适用钢材 中碳钢（消除魏氏组织、晶粒粗大、带状组织等）
金属材料与热处理(最全)PPT课件
铁碳合金和铁碳相图
3.1 铁碳合金中的组元和基本相 3.2 Fe-Fe3C相图 3.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织 3.4 铁碳合金的成分－组织－性能关系 3.5 铁碳相图在工业中的应用
• 工业纯铁：塑性较好 ，强度较低，具有铁 磁性，在一般的机器 制造中很少应用，常 用的是铁碳合金
• 铁素体（F）：碳溶 于 -Fe中的一种间 隙固溶体，体心立方 晶体结构，组织和性 能与工业纯铁相同
珠光体（P）：铁 素体和渗碳体 的机械混合物 ，是两者呈层 片相间的组织 ，即层片状组 织特征，可以 通过热处理得 到另一种珠光 体的组织形态
五个单相区： ABCD 以上-液相区（L） ；AHNA- 固溶体 区（ ）； NJESGN- 奥 氏 体 区 （ A）；GPQ 以 上-铁素体区（F） ；DFKL-渗碳体区 （Fe-Fe3C）
• 奥氏体（A）：碳溶 于 -Fe中的一种间隙 固溶体，具有面心立 方晶体结构，塑性好 ，变形抗力小，易于 锻造成型
铁碳合金中的组元和基本相
渗碳体：铁和碳 的金属化合物 （ 即 Fe3C） 属 于复杂结构的 间隙化合物， 硬而脆，强度 很低，耐磨性 好，是一个亚 稳定的化合物 ，在一定温度 下可分解为铁 和石墨
七个两相区（两相邻 的单相区之间） ：
L+,L+A,L+Fe3C, +A,F+A,A+Fe3C,F +Fe3C
Fe-Fe3C相图
包晶反应： HJB水平线
LB＋H（1495°） AJ
包晶反应仅可能在含碳 量0.09～0.53％的铁 碳合金中，其结果 生成生成奥氏体
恒温转变线
共晶反应： ECF水平线
Ae＋Fe3C （1148°） Lc
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石器時代的重要标志之一。
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
4,500 BC——1,000 BC 青铜时代 （Bronze Age）
从矿石中提炼铜——冶金 业的黎明
绪论
这张埃及古墓壁画是 人类冶金业的最早纪录之一
青铜：第一种合金
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。
材料应用的发展是人类发展的里程碑！
绪论
400,000 BC——4,500 BC 石器时代（Stone Age）
燧石：神奇的石头
绪论
陶器（Pottery）
陶器的出现是人类跨入新
金属材料及热处理工艺
------公共选修课程 2010.09
课程的内容(共10讲，32学时)
第一讲 材料概论与材料性能 第二讲 材料的结构 第三讲 金属的塑性变形与再结晶 第四讲 材料的凝固与铁碳相图 第五讲 金属的热处理(一)----原理 第六讲 金属的热处理(二)----工艺 第七讲 工业用钢 第八讲 铸铁 第九讲 有色金属及其合金 第十讲 新型金属材料及其常用分析技术
金属材料——主要为金属键。
参考教材
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
2、《工程材料》，刘天模、徐幸梓主编，机械工 业出版社，2001
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
绪论
第一章 材料概论与材料性能
材料与人类文明 材料分类与性能
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。
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。
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。
建筑
交通
绪论
汽车
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%。
轻质材料
实例 压气机叶片
压气机机匣
飞机尾翼
绪论
材料 强度范围 MPa
铝合金 150-450
比强度 MPa
55－160
钛合金 350-1100 80－245
引言
材料的定义：
材料－能为人类制造有用器件的物质。
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。
绪论
1.1 材料与人类文明
一、材料与人类文明发展（历史贡献）
人类的文明进程是依据什么而划分的？
绪论
夏钺(yuè)
戈
三星堆
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”。
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
司母戊鼎
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。
绪论
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 微机械
“自行车发烧友” 的首选
钛结构自行车架
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
一、材料的分类
材料
第一章 绪 论
金属
复合材料
陶瓷
高分子
无机材料
有机材料
材料分类
第一章 绪 论
What? 各类材料的性能特点
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。
电子管——晶体管——集成电路
绪论
锗、硅半导体。 钨、钼电极。
单晶硅片，高纯钛、 SiO2和铬等薄膜
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
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。
能源
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。
主要包括储氢电极合金材料为代表 的镍氢电池材料
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
Si半导体材料为代表的太阳能电池 材料
铀、氘、氚为代表的反应堆核能材 料等。
绪论
绪论
核能材料
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
绪论
1000BC—— 铁器时代（Iron Age）
1450BC——铁制车轮
1500AD——廉价的冶铁业
绪论
二、 材料与人类现代文明
－－材料是发展高科技的先导和基石
支撑人类现代文明的四大支柱技术：
▪ 材料科学与技术 ▪ 生物科学与技术 ▪ 能源科学与技术 ▪ 信息科学与技术
其中材料是基础！
材料－技术大厦的砖石
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。
碳纤维 复合材 料
1000－
1200 （顺纤维 方向）
625－750
1980’s：高温超导体
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。
耐核 中反 子应 辐堆 射材 、料 腐： 蚀 、 高 温
Nuclear power station at Leibstadt, Switzerland
烧 结 前
烧 结 后
钨钒钢（W-V steel） 铬钒钢（Cr-V steel） 镍基高温合金（Hastelloy material） uranium oxide beads
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
4,500 BC——1,000 BC 青铜时代 （Bronze Age）
从矿石中提炼铜——冶金 业的黎明
绪论
这张埃及古墓壁画是 人类冶金业的最早纪录之一
青铜：第一种合金
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。
材料应用的发展是人类发展的里程碑！
绪论
400,000 BC——4,500 BC 石器时代（Stone Age）
燧石：神奇的石头
绪论
陶器（Pottery）
陶器的出现是人类跨入新
金属材料及热处理工艺
------公共选修课程 2010.09
课程的内容(共10讲，32学时)
第一讲 材料概论与材料性能 第二讲 材料的结构 第三讲 金属的塑性变形与再结晶 第四讲 材料的凝固与铁碳相图 第五讲 金属的热处理(一)----原理 第六讲 金属的热处理(二)----工艺 第七讲 工业用钢 第八讲 铸铁 第九讲 有色金属及其合金 第十讲 新型金属材料及其常用分析技术
金属材料——主要为金属键。
参考教材
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
2、《工程材料》，刘天模、徐幸梓主编，机械工 业出版社，2001
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
绪论
第一章 材料概论与材料性能
材料与人类文明 材料分类与性能
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。
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。
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。
建筑
交通
绪论
汽车
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%。
轻质材料
实例 压气机叶片
压气机机匣
飞机尾翼
绪论
材料 强度范围 MPa
铝合金 150-450
比强度 MPa
55－160
钛合金 350-1100 80－245
引言
材料的定义：
材料－能为人类制造有用器件的物质。
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。
绪论
1.1 材料与人类文明
一、材料与人类文明发展（历史贡献）
人类的文明进程是依据什么而划分的？
绪论
夏钺(yuè)
戈
三星堆
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”。
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
司母戊鼎
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。
绪论
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 微机械
“自行车发烧友” 的首选
钛结构自行车架
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
一、材料的分类
材料
第一章 绪 论
金属
复合材料
陶瓷
高分子
无机材料
有机材料
材料分类
第一章 绪 论
What? 各类材料的性能特点
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。
电子管——晶体管——集成电路
绪论
锗、硅半导体。 钨、钼电极。
单晶硅片，高纯钛、 SiO2和铬等薄膜
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
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。
能源
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。
主要包括储氢电极合金材料为代表 的镍氢电池材料
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
Si半导体材料为代表的太阳能电池 材料
铀、氘、氚为代表的反应堆核能材 料等。
绪论
绪论
核能材料
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
绪论
1000BC—— 铁器时代（Iron Age）
1450BC——铁制车轮
1500AD——廉价的冶铁业
绪论
二、 材料与人类现代文明
－－材料是发展高科技的先导和基石
支撑人类现代文明的四大支柱技术：
▪ 材料科学与技术 ▪ 生物科学与技术 ▪ 能源科学与技术 ▪ 信息科学与技术
其中材料是基础！
材料－技术大厦的砖石
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。
碳纤维 复合材 料
1000－
1200 （顺纤维 方向）
625－750
1980’s：高温超导体
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。
耐核 中反 子应 辐堆 射材 、料 腐： 蚀 、 高 温
Nuclear power station at Leibstadt, Switzerland
烧 结 前
烧 结 后
钨钒钢（W-V steel） 铬钒钢（Cr-V steel） 镍基高温合金（Hastelloy material） uranium oxide beads