金属材料学 绪论

金属材料学绪论第1页，共56页，2023年，2月20日，星期四

教学安排-----学习方法

总学时：56学时

课堂讲授—50学时；实验—4学时；

机动—2学时。

教材：《金属材料学》戴起勋

化学工业出版社

参考书：

《金属材料学》吴承建

冶金工业出版社

《金属材料学》王笑天

机械工业出版社

学术期刊—钢铁、金属学报、有色金属学报、功能材料等各类材料研究的学术期刊及外文期刊。第2页，共56页，2023年，2月20日，星期四金属材料学课程主要内容：金属材料学》是材料类本科专业主干课程。系统地介绍了钢铁材料的合金化原理，包括合金元素和铁及碳作用、合金元素在各类相变过程中的作用、对材料强化和韧化的影响以及合金钢工艺性能的特点。围绕材料成分—工艺—组织—性能—应用的主线，介绍了各类机器零件用钢、工模具用钢、特殊性能钢、铸铁等常用钢铁材料和铝、铜、钛、镁等有色金属合金典型材料。根据材料的发展，介绍了比较成熟的新型金属材料，如磁性合金、金属基复合材料、微合金非调质钢等。第3页，共56页，2023年，2月20日，星期四第4页，共56页，2023年，2月20日，星期四第5页，共56页，2023年，2月20日，星期四第6页，共56页，2023年，2月20日，星期四第7页，共56页，2023年，2月20日，星期四第8页，共56页，2023年，2月20日，星期四第9页，共56页，2023年，2月20日，星期四第10页，共56页，2023年，2月20日，星期四第11页，共56页，2023年，2月20日，星期四第12页，共56页，2023年，2月20日，星期四第13页，共56页，2023年，2月20日，星期四第14页，共56页，2023年，2月20日，星期四第15页，共56页，2023年，2月20日，星期四第16页，共56页，2023年，2月20日，星期四第17页，共56页，2023年，2月20日，星期四第18页，共56页，2023年，2月20日，星期四第19页，共56页，2023年，2月20日，星期四第20页，共56页，2023年，2月20日，星期四第21页，共56页，2023年，2月20日，星期四第22页，共56页，2023年，2月20日，星期四第23页，共56页，2023年，2月20日，星期四第24页，共56页，2023年，2月20日，星期四第25页，共56页，2023年，2月20日，星期四第26页，共56页，2023年，2月20日，星期四第27页，共56页，2023年，2月20日，星期四第28页，共56页，2023年，2月20日，星期四第29页，共56页，2023年，2月20日，星期四第30页，共56页，2023年，2月20日，星期四第31页，共56页，2023年，2月20日，星期四第32页，共56页，2023年，2月20日，星期四第33页，共56页，2023年，2月20日，星期四第34页，共56页，2023年，2月20日，星期四第35页，共56页，2023年，2月20日，星期四

绪论

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金属材料的过去、现在和将来

金属材料发展简史

1、第一阶段——原始钢铁生产

公元前4300年：自然的金、铜及锻打等工艺公元前2800年：铁的熔炼公元前2000年：青铜器兴盛，编钟与武器（商、周、春秋战国）东汉时：反复锻打钢→最原始形变热处理工艺。淬火技术:“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”

→现代的水淬、油淬。第36页，共56页，2023年，2月20日，星期四上图：吴王夫差矛和越王勾践剑右上：商周时期的青铜敦和尊盘-国家一级文物右下：商代青铜纵目人面像第37页，共56页，2023年，2月20日，星期四

擂鼓礅二号墓编钟复制件1981年湖北擂鼓墩二号墓出土战国编钟一套，音律准确，音色优美。其件数和规模仅次于曾侯乙编钟，总音域达5个8度以上，可自己转调，奏出五声、六声、七声音阶构成的各种乐曲。须五人合作演出，众声齐发，交响叠鸣。无愧为古代音乐之绝响。第38页，共56页，2023年，2月20日，星期四2、第二阶段——金属材料学科的基础

奠定金属材料学科基础：金属学、金相学、相变和合金钢等。1803年：道尔顿提出原子学说，阿伏加德罗提出分子论。1830年：Hessel提出32种晶体类型，普及晶体指数。1891年：俄、德、英等国科学家分别独立地创立了点阵结构理论。1864年：Sorby制备第一张金相照片，9倍，但意义重大。1827年：Karsten从钢中分离出了Fe3C，1888年Abel证明了这是Fe3C。1861年：俄契尔诺夫提出了钢的临界转变温度的概念。19世纪末：马氏体研究已成为时髦，Gibbs得到了相律，

Robert-Austen发现了奥氏体固溶特性，Roozeboom建立了Fe-Fe3C系的平衡图。第39页，共56页，2023年，2月20日，星期四钢的组织命名：

Austenite→英金属学家Austen；Bainite→美科学家Bain；Sorbite→英科学家Sorby；Martensite→德科学家Marten；Troostite→法化学家Troost；Ledeburite→德学者Ledebur新合金钢发明：

1820年，铁-铬合金；1857年，钨钢；1898年,含钨高速钢雏形1871年，锰钢和硅钢。开始了合金钢的新纪元第40页，共56页，2023年，2月20日，星期四3、第三阶段——微观组织理论大发展

合金相图，X射线发明及应用，位错理论的建立。

1912年：发现X射线，证实α（δ）-Fe是bcc，γ-Fe是

fcc；固溶体规律。1931年：发现合金元素的扩大和缩小γ区作用.1934年：俄国Polanyi、匈牙利Orowan和英国Taylor各自独立地提出了位错理论，解释钢的塑性变形；马氏体转变的晶体学。1938年：发明了电子显微镜。1910年：发明A不锈钢，1912年发明了F不锈钢等。1990年：发明了布氏硬度计，Griffith提出了应力集中会导致产生微裂纹。第41页，共56页，2023年，2月20日，星期四4、第四阶段——微观理论的深入研究微观理论的深入研究：

原子扩散及其本质的研究；钢TTT曲线测定；贝氏体、马氏体转变理论形成了比较完整的理论。位错理论建立：电子显微镜的发明→看到了钢中第二相沉淀析出，位错滑移，发现了不全位错、层错、位错墙、亚结构、Cottrell气团等现象→位错理论。新科学仪器不断发明：

电子探针，场离子发射显微镜和场电子发射显微镜、扫描透射电镜（STEM）、扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）等.第42页，共56页，2023年，2月20日，星期四0.2现代金属材料

先进结构材料的研究与开发是永恒的主题。

开发高性能结构材料：高比强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损→降低机械重量、提高性能、延长使用寿命的关键。复合材料→结构材料，广泛应用，如铝基复合材料。开发各种系列用途的低温奥氏体钢。改造传统结构材料：重要途径是组织更细更均匀，材料更纯洁→关键是工艺。“新一代钢铁材料”强度相当于现有钢铁材料两倍。美“9.11”事件，暴露建筑用钢结构抗高温软化能力差→开发高强热轧耐火耐候钢。第43页，共56页，2023年，2月20日，星期四开发其他高性能钢：利用各种新工艺新方法制造出韧性和耐磨性都很好的新型工具钢。经济合金化是高速钢的一个发展方向，工具材料的各种表面处理技术开发，在新型工具材料的开发上具有重要的意义。

先进制备工艺：如金属半固态加工技术，铝镁合金技术成熟，已应用。第44页，共56页，2023年，2月20日，星期四

现有钢的技术界限和钢强韧化努力的方向第45页，共56页，2023年，2月20日，星期四

水陆两用汽车轻型吊轨磁悬浮列车

材料的发展使汽车和飞机等性能发生了突变

第46页，共56页，2023年，2月20日，星期四美国飞行汽车

MX-400空中汽车

美国莫勒潜心研究.被誉为“汽车演变的里程碑”。飞机外形像一辆新颖别致的小汽车。空中飞行依仗的是它有可转动的发动机及专门提供升力的风扇。第47页，共56页，2023年，2月20日，星期四

自从1903年12月17日美国莱特兄弟把第一双人类翅膀送上天空后，各种飞机不断地在快速发展，对制造飞机各类零部件的材料要求也越来越高。主要是比强度高、重量轻、耐高温、耐疲劳等性能。第48页，共56页，2023年，2月20日，星期四

世界贸易大厦基本上是用铝合金贴面的.在“9.11”事件中，该双子大楼遭到袭击，毁于一旦。但它作为一个大量使用铝合金贴面的的雄伟建筑将永远载入史册。第49页，共56页，2023年，2月20日，星期四

泰坦尼克号快速沉没的原因小问题引大灾难.泰坦尼克号撞上冰山后快速沉没,经查明是因为含有9%矿渣的48根铆钉使泰坦尼克号钢板散架.第50页，共56页，2023年，2月20日，星期四0.3金属材料的可持续发展与趋势

2004年提出了“循环型社会的材料产业——材料产业的可持续发展”。微生物冶金:无废物的生产，已在许多国家进行了工业性生产。美国利用微生物冶金方法生产的铜占总产量的10%，日本人工培植海鞘以提取钒。海水是一种液态矿，海水中含有的合金元素量超过100亿吨。现在已可从海水中提取镁、铀等元素，全世界生产的镁大约有20%来自海水，美国靠这种镁已满足着需求量的80%。我国资源短缺；资源浪费严重；污染严重。

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循环材料产业：适应时代需要，把生态环境意识贯穿于产品和生产工艺的设计之中，提高材料利用率、降低生产和使用过程中环境的负担。发展形成资源—材料—环境良性循环的产业。合金发展的主流方向是少合金化与通用合金，形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再生利用。要研究开发与人民生活密切相关的绿色材料以及环境友好材料。第52页，共56页，2023年，2月20日，星期四

钛合金被称为“空间金属”、“未来钢铁”。钛合金比强度是最高的，在高温和低温下都能保持高强度，耐蚀性也是无可匹敌的。钛在地球中含量不少（0.6%）。但是提炼工艺复杂，成本高，广泛应用受到限制。钛合金将是二十一世纪为人类作重要贡献的金属材料之一。

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