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1、,金属材料学 Metallic Materials 课程编号：0301200 学 时：56学时 讲课52，实验4学时） 主讲：材料学院 刘德宝 教授 电话：60214008 Email:,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。,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
2、、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。,绪论 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，
3、淬以五牲之脂” 现代的水淬、油淬。,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,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。,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。 18
4、91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。,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
5、； 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,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（）-Fe是bcc，-Fe是 fcc；固溶体规律。 1931年：发现合金元素的扩大和缩小区作用. 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。 1
6、910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。,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 .,0.2 现代金
7、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。,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
8、。 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。,现有钢的技术界限和钢强韧化努力的方向,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,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。,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。,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
9、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。,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.,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
10、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。,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。,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。,世界上第一个载人宇宙飞船,世界上第一个“太空人”,有色金属:资源面临着不可持续发展的严重问题，主要是资源破坏严重和利用率很低，浪费惊 人。精深加工技术落后，高档产品缺乏；创新成 果少，高新技术成果产业化程度不高。开发高性 能结构材料及其先进工艺方法是主流，如，铝锂 合金、快速凝固铝合金等。 有色金属功能材料也是发展方向.,