金属材料与热处理--绪论.ppt

机电工程系 王慧萍 金属材料与热处理 2018年7月12日 C919大型客机102架机从上海浦东机场起飞 历经1小时46分的飞行 平稳降落在山东东营胜利机场 顺利完成首次空中远距离转场飞行 这意味着C919大型客机项目正式开启多地同步试飞模式 未来将接受各种复杂气象条件考验和系列高风险试飞科目挑战 C919大型客机是我国按照国际民航规章自行研制 具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机 座级158 168座 航程4075 5555公里 在使用材料上 C919将采用大量的先进复合材料 先进的铝锂合金等 其中复合材料使用量将达到20 再通过飞机内部结构的细节设计 把飞机重量往下压缩 另外 C919将会使用占全机结构重量20 30 的国产铝合金 钛合金及钢等材料 充分体现了C919大型客机带动国内基础工业的能力与未来趋势 同时 由于大量采用复合材料 较国外同类型飞机80分贝的机舱噪音 C919机舱内噪音可望降到60分贝以下 一代材料 一代飞机 航空材料的重要性不容小觑 C919大型客机作为国内第一个干线飞机型号 其新材料的研发和应用不断引领国内航空材料研制水平迈上新的台阶 相关事宜 主要参考书 金属材料与热处理 武斌儒主编 航空工业出版社成绩评定方法 平时成绩 出勤 提问 测试 作业 占40 课程结束时的期末考试成绩占60 旷课三分之一 本门课重修 人体中含量最高的金属元素目前世界年产量最高的金属地壳中含量最高的金属导电 导热性最好的金属硬度最高的金属熔点最高的金属熔点最低的金属密度最大的金属密度最小的金属 你知道吗 钙 铁 铝 银 铬 钨 汞 锇 锂 材料发展概括 石器时代 铜器时代 司 后 母戊鼎 公元前11 16世纪 战国编钟 前475 221年 天然石 兽骨 树枝 泥巴 日晒 原始陶器 火烧 瓷器用具 铁器时代 沧州大狮 公元953年 新型材料 塑料 橡胶 陶瓷 钛合金 碳纤维 纳米等 陶器时代 石器时代 距今6000至4000年左右 石器时代的生产工具极其落后 人类社会的生产力也是极端低下 所以社会发展极其缓慢 人类文化也是相当简单和粗俗的 旧石器新石器 石器时代分为旧石器时代和新石器时代 旧石器时代 人类只会采用敲打而成的石头作为简单的工具 新石器时代 人类已学会通过磨制的方法将石头制成工具 后期还学会用泥土来制作陶器 陶器是由粘土或以粘土 长石 石英等为主的混合物 经成型 干燥 烧制 烧制温度低于1200 而成的制品的总称 新石器时代晚期 公元前3000 前2800 黑陶豆陶体的黑色是因为渗入了碳 到了 新石器时代 的晚期 人类因社会的发展 对农具的要求有了极大的提高 同时渔猎和征战也要求 使用性能 更高的武器 于是 金属时代来临 大约5000 6000年前 最早被人类利用的 金属 是铅 因为铅的熔点很低 大约只有327 主要做一些 器具 那时的人当然不知道 铅中毒 的严重危害 然后 就是铜合金 青铜 一种铜锡铅合金 古埃及人和中国人 在这方面又 领先 了许多年 尤其在冶炼 铸造 锻造和制品后加工技术上 青铜工具如斧 锯 凿 锥 锄铲的出现以及广泛使用 在生产力的发展上起了划时代的作用 它们在生产中高的效用 使青铜冶铸技术日益重要 因而获得飞速发展 青铜器时代 商代四羊方尊 青铜时代约从公元前4000年至公元初年 希腊 埃及始于公元前3000年以前 中国始于公元前2000年 但发展快 水平高 到殷 西周时期已经发展到较高水平 青铜器时代标志着人类开始学会冶炼和使用金属材料 古代青铜器 我国最早的青铜器是1959年在河南偃师二里头遗址中发现的铜爵 高20 7cm 其所处年代约当公元前21世纪至前17世纪 相当于史籍所载夏王朝的时代 上海博物馆所藏镶嵌十字鈫方钺为夏代晚期兵器 如图所示 杜岭方鼎 1974年出土于河南省郑州杜岭张寨前街 共两件 一件高1米 重86 4千克 腹上部饰兽面纹 两侧及下部饰乳丁纹 形体质朴庄重 现藏于中国历史博物馆 另一件较小 高0 87米 重64 25千克 藏于河南省博物馆 为 河南博物院 九大镇院之宝 司母戉大方鼎 1933年河南安阳武官村出土的公元前十二世商代司母戉大方鼎 高133cm 器口长110cm 宽78cm 重832 8kg 花纹精美 成分 84 77 Cu 11 64 Sn 2 79 Pb 商后期四川广汉三星堆出土金面罩人头铜像 三星堆的金面罩铜质圆顶 平顶人头像 大者与人相似 商代晚期青铜神树东汉青铜摇钱树 曾候乙墓 1978年湖北随县擂鼓墩曾候乙墓 公元前433年 出土文物数量共有15404件 青铜器达到10吨 礼 乐 兵器 日用品 马车器等 曾候乙墓编钟 共65件 重2500多公斤 曾候乙墓编钟 楚王镈 曾侯乙 铜鉴缶 战国早期 尊盘 铜尊上是用34个部件 经过56处铸接 焊接而连成一体 尊体上装饰着28条蟠龙和32条蟠螭 铜盘盘体上共装饰了56条蟠龙和48条蟠螭 联禁铜壶与大尊缶 陕西临潼秦皇陵出土的铜车马 秦陵一号铜车马 按真车马的二分之一缩小 总重约1061公斤 配有1000多件金银配饰 秦陵二号铜车马 车通长3 17米 高1 06米 相当于真车马的一半 总重量为1241公斤 由大小3462个零部件组装而成 其中青铜制件1742个 黄金制件737个 白银制件983个 所用铜丝直径仅半个毫米左右 铁器时代 青铜武器 在秦汉时 几乎走到了 末路 由于铁器比青铜器的硬度高4倍 极大地促进了社会生产力的发展 铁和 锻 钢的出现 改变了冷兵器时代的 格局 锻造的铁或钢制兵器 大大提高了游牧民族的战斗力 到了西汉时期 中国制铁技术才由春秋战国时代铁器的 铸造为主 向 百炼铁 锻造 转变 战国后期由于锋利的钢铁兵器用于实战 促使了防护工具的改变 到西汉时期铁铠已取代了皮甲 河北藁城商墓出土的铁刃铜 西周时期虢国墓地出土的玉柄铁剑 春秋战国 公元前770 221年 开始大量使用铁器 1977年河北平山中山王墓出土的战国时期长方形铁炉 尺寸为89 45 2 17 8cm 这时铁器已相当普及 我国已用铸铁做农具 比欧洲国家早1800多年 战国铁锄 中国古代的大型铸铁件 河北沧州铁狮 五代后周广顺三年 公元953年 铸造 总高5 4米 身高3 9米 头高1 5米 身长6 8米 宽3米 总重40吨 湖北当阳铁塔 宋朝嘉祐六年 公元1061年 铸造 铁塔在殿前十三级 高七丈 重53 300kg 由基座 塔身及塔顶组成 塔身13层 除第一层外 每层均有平座 塔身和腰檐 腰檐上铸有瓦垄 屋檐 檐角上铸有凌空的龙首 铁塔的基座和塔身上铸有许多神态各异的佛像及纹饰 基座八角各立一金刚武士 聊城铁塔 中国六大古铁塔之一 坐落于聊城市东关京杭古运河河畔 原护国隆兴寺内东南角 塔始建年代无文字记载 据推测当在南宋或辽金 原铁塔在明代永乐年间倒塌 天顺年间重修 塔为生铁铸造13层 高约15 8米 塔下基座占地16平方米 上有石刻佛教浮雕孔雀 麒麟 龙凤及乐舞人物等各类图饰 塔四面有门窗 斗拱 瓦拢 房檐等 1977年 铁塔被公布为山东省重点文物保护单位 钢铁时代 18世纪的工业革命使人类的生产力有了空前的发展 人们不再简单的使用工具 而开始使用真正意义的机器 这标志着工业时代的来临 工业革命是以推广应用蒸汽机和纺织工业为突破口的 还有稍后的机械制造 轮船 火车等 这都是以炼钢工业和钢铁材料的极大发展为基础的 当时 必须先开发出钢铁 铜合金等新材料而后使其实用化并得到推广 如火车铁轨的问世就是钢铁材料大量生产和应用的成功例子 人工合成材料时代 20世纪初 酚醛树脂的合成标志着人类进入到了人工合成材料时代 目前 传统合成材料已有几十万种 而新材料的数量正在以每年约5 的速度增长 世界上现有800多万种人工合成的化合物 而且还以每年25万种的速度增长 其中相当一部分将成为工业化生产的新材料 新材料时代 NewMaterialAge 材料是全球新技术革命的四大标志之一 新材料技术 新能源技术 信息技术 生物技术 钛和钛合金被认为是21世纪的重要材料 它具有很多优良的性能 如熔点高 密度小 可塑性好 易于加工 机械性能好等 尤其是抗腐蚀性能非常好 即使把它们放在海水中数年 取出后仍光亮如新 其抗腐蚀性能远优于不锈钢 因此被广泛用于火箭 导弹 航天飞机 船舶 化工和通讯设备等 公元前770 前222年 中国人在生产实践中就已发现 钢铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化 白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺 公元前六世纪 钢铁兵器逐渐被采用 为了提高钢的硬度 淬火工艺得到迅速发展 中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟 其显微组织中都有马氏体存在 说明是经过淬火的 西汉 公元前206 公元24 中山靖王墓中的宝剑 心部含碳量为0 15 0 4 而表面含碳量却达0 6 以上 说明已应用了渗碳工艺 随着淬火技术的发展 人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响 三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀 相传是派人到成都取水淬火的 汉水纯弱 不任淬 而蜀江水比较爽烈 适合淬刀 这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了 同时也注意了油和水的冷却能力 金属热处理发展史 金属 由单一元素构成的具有特殊的光泽 延展性 导电性 导热性的物质 如金 银 铜 铁 锰 锌 铝等 合金 由一种金属元素与其他一种 或几种 金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法合成的具有金属特性的材料 金属材料 金属及其合金的总称 即指金属元素或以金属元素为主构成的 并具有金属特性的物质 基本概念 金属材料的分类 来源丰富 铝在地壳中占8 13 金属材料品种多 性能各异 金属材料可通过热处理或加工方法来改善性能 有良好的加工工艺性 金属材料的特点 1 金属材料的性能2 金属学基础知识3 钢的热处理知识常用的金属材料及其应用 本课程的主要内容 1 金属材料的性能 主要介绍金属材料的力学性能和工艺性能 2 金属学基础知识 主要介绍金属的晶体结构及变形的相关知识 铁碳合金的组织及铁碳合金相图 3 钢的热处理知识 主要介绍热处理的原理 钢在加热 保温 冷却时的组织转变 热处理的工艺 退火 正火 淬火 回火 表面热处理等 及常用材料的典型热处理工艺 4 常用的金属材料及其应用 主要介绍碳素钢 合金钢 铸铁 有色金属及硬质合金等金属材料的常用牌号 成分 组织 性能及用途 并介绍了国外常用金属材料的牌号和新型工程材料的相关知识 本课程的性质和目的 2 目的 a获得有关金属热处理 金属材料的基本知识 b熟悉常见金属材料的牌号 性能特点及应用 了解它们之间成分 组织 性能 热处理的关系 c具有选择零件材料的能力 确定加工工艺路线的能力 d为后续课程和从事技术工作打下基础 1 性质 基础课 学习要求 弄清重要的概念和基本理论