1、金属材料与热处理绪论材料的重要性 人类生产、生活的物质基础 人类社会文明程度的重要标志 当代社会经济的先导，科技进步的关键 绪绪 论论材料发展概括材料发展概括 石器时代：石器时代：铜器时代：铜器时代：司司( (后）母戊鼎后）母戊鼎（公元前（公元前11161116世纪）世纪）战国编钟（战国编钟（前前475221475221年）年）天然石，兽骨，树枝天然石，兽骨，树枝 泥巴（日晒泥巴（日晒原始陶器；火烧原始陶器；火烧瓷器瓷器用具）用具） 铁器时代：铁器时代： 沧州大狮沧州大狮（公元公元953953年）年）新型材料：新型材料： 塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等维
2、、纳米等陶器时代：陶器时代：司(后）母戊鼎（公元前1116世纪）了解它们之间成分、组织、性能、热处理的关系。金属材料品种多，性能各异。a获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。西周时期虢国墓地出土的玉柄铁剑到殷、西周时期已经发展到较高水平。25千克，藏于河南省博物馆。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。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。 人类生产、生活的物质基础石器时代：距今6000至4000年左右铜盘盘体上共装饰了56条蟠龙和48条蟠螭青铜时代约从公元前4000年
3、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。腰檐上铸有瓦垄、屋檐、檐角上铸有凌空的龙首。商后期四川广汉三星堆出土金面罩人头铜像石器时代：距今石器时代：距今6000至至4000年左右年左右石器时代的生产石器时代的生产工具极其落后，人工具极其落后，人类社会的生产力也类社会的生产力也是极端低下，所以是极端低下，所以社会发展极其缓慢，社会发展极其缓慢，人类文化也是相当人类文化也是相当简单和粗俗的。简单和粗俗的。旧石器旧石器 新石器新石器 石器时代石器时代分为旧石分为旧石器时代和新石器时器时代和新石器时代。代。旧石器时代，人类旧石器时代，人类只会采用敲打而成只会采用敲打而成
4、的石头作为简单的的石头作为简单的工具；新石器时代，工具；新石器时代，人类已学会通过磨人类已学会通过磨制的方法将石头制制的方法将石头制成工具，后期还学成工具，后期还学会用泥土来制作陶会用泥土来制作陶器器 陶器是由粘土或以粘土、长石、石英等为主的混合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（烧制温度低于物，经成型、干燥、烧制（烧制温度低于12001200）而）而成的制品的总称。成的制品的总称。新石器时代晚期新石器时代晚期( (公公元前元前3000-3000-前前2800) 2800) 黑陶豆黑陶豆陶体的黑色是因为渗陶体的黑色是因为渗入了碳入了碳到了“新石器时代”的晚期，人
5、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 商代四羊方尊商代四羊方尊 青铜时代约从公元前青铜时代约
6、从公元前40004000年至公元初年，希腊、埃及年至公元初年，希腊、埃及始于公元前始于公元前30003000年以前，中年以前，中国始于公元前国始于公元前20002000年。但发年。但发展快、水平高。到殷、西周展快、水平高。到殷、西周时期已经发展到较高水平。时期已经发展到较高水平。青铜器时代标志着人类开始青铜器时代标志着人类开始学会冶炼和使用金属材料。学会冶炼和使用金属材料。 古代青铜器：古代青铜器：我国最早的青铜器是我国最早的青铜器是19591959年在河南偃师二年在河南偃师二里头遗址中发现的铜里头遗址中发现的铜爵（高爵（高20.7cm20.7cm），其），其所处年代约当公元前所处年代约当公元
7、前2121世纪至前世纪至前1717世纪，世纪，相当于史籍所载夏王相当于史籍所载夏王朝的时代。朝的时代。上海博物馆上海博物馆所藏镶嵌十字所藏镶嵌十字鈫方钺为夏代鈫方钺为夏代晚期兵器，如晚期兵器，如图所示。图所示。杜岭方鼎杜岭方鼎 1974 1974年出土于河南省郑年出土于河南省郑州杜岭张寨前街，共两件。州杜岭张寨前街，共两件。 一件高一件高1 1米，重米，重86.486.4千千克，腹上部饰兽面纹，两侧克，腹上部饰兽面纹，两侧及下部饰乳丁纹，形体质朴及下部饰乳丁纹，形体质朴庄重，现藏于中国历史博物庄重，现藏于中国历史博物馆。馆。 另一件较小，高另一件较小，高0.870.87米，重米，重64.256
8、4.25千克，藏于河千克，藏于河南省博物馆。为南省博物馆。为“河南博物河南博物院院九大镇院之宝九大镇院之宝”19331933年河南安阳武年河南安阳武官村出土的公元前十官村出土的公元前十二世商代司母戉大方二世商代司母戉大方鼎：鼎：高高133cm133cm、器口长、器口长110cm110cm、宽、宽78cm78cm，重，重832.8kg832.8kg。花纹精美。花纹精美。成分：成分：84.77%Cu84.77%Cu，11.64%Sn11.64%Sn，2.79%Pb2.79%Pb司母戉大方鼎司母戉大方鼎商后期四川广汉三星堆出土金面罩人头铜像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
9、、平顶人头像三星堆的金面罩铜质圆顶、平顶人头像 , , 大者与人相似大者与人相似主要介绍铁碳合金的组织及铁碳合金相图 。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。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。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。曾候乙墓编钟:楚王镈中国古代的大型铸铁件：铁器时代： 沧州大狮（公元
10、953年）河北沧州铁狮:五代后周广顺三年（公元953年）铸造。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 。铜盘盘体上共装饰了56条蟠龙和48条蟠螭商后期四川广汉三星堆出土金面罩人头铜像另一件较小，高0. 人类社会文明程度的重要标志总重量为1241公斤，由大小3462个零部件组装而成。另一件较小，高0.商代晚期青铜神树商代晚期青铜神树 东汉青铜摇钱树东汉青铜摇钱树19781978年湖北年湖北随县擂鼓墩曾随县擂鼓墩曾候乙墓候乙墓( (公元公元前前433433年年) )出土出土文物数量共有文物数量共有1540415404件件. .青铜青铜器达到器达到1010吨：吨：礼、乐、兵器、礼
11、、乐、兵器、日用品，马车日用品，马车器等。器等。曾候乙墓：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。来源丰富：铝在地壳中占8.铜盘盘体上共装饰了56条蟠龙和48条蟠螭三星堆的金面罩铜质圆顶、平顶人头像 , 大者与人相似商后期四川广汉三星堆出土金面罩人头铜像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。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：b熟悉常见金属材料的牌号、性能特点及应用；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。为“河南博物院九大镇院之宝”世界上现有8
12、00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。 人类社会文明程度的重要标志1974年出土于河南省郑州杜岭张寨前街，共两件。商代晚期青铜神树 东汉青铜摇钱树材料是全球新技术革命的四大标志之一曾候乙墓编钟曾候乙墓编钟:共共65件，重件，重2500多公斤多公斤 曾候乙墓编钟曾候乙墓编钟:楚王镈楚王镈 曾侯乙铜鉴缶 (战国早期)尊盘铜尊上是用铜尊上是用3434个个部件，经过部件，经过5656处处铸接、焊接而连铸接、焊接而连成一体，尊体上成一体，尊体上装饰着装饰着2828条蟠龙条蟠龙和和3232条蟠螭。条蟠螭。铜盘盘体上共装铜盘盘体上共装饰了饰了56
13、56条蟠龙和条蟠龙和4848条蟠螭条蟠螭联禁铜壶与大尊缶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：铁器时代：青铜武器，在秦汉时，几乎走到了青铜武器，在秦汉时，几乎走到了“末路末路”。由于铁器比青铜器的硬度高由于铁器比青铜器的硬度高4倍，极大地促进了社会倍，极大地促进了社会生产力的发展生产力的
14、发展 。铁和（锻）钢的出现，改变了冷兵器时代的铁和（锻）钢的出现，改变了冷兵器时代的“格格局局”，锻造的铁或钢制兵器，大大提高了游牧民族的，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时代铁器的“铸造为主铸造为主”，向，向“百炼铁百炼铁”（锻造）转（锻造）转变。变。战国后期由于锋利的钢铁兵器用于实战，促使了防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。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
15、国春秋战国 (公元前公元前770221年年)开始大量使用铁器开始大量使用铁器19771977年河北平山中山年河北平山中山王墓出土的战国时期长王墓出土的战国时期长方形铁炉，尺寸为方形铁炉，尺寸为8945.217.8cm,8945.217.8cm,这这时铁器已相当普及。我时铁器已相当普及。我国已用铸铁做农具，比国已用铸铁做农具，比欧洲国家早欧洲国家早18001800多年多年战国铁锄中国古代的大型铸铁件：中国古代的大型铸铁件：河北沧州铁狮河北沧州铁狮: :五代后周广顺三年（公元五代后周广顺三年（公元953953年）铸造。年）铸造。总高总高5.45.4米，身高米，身高3.93.9米，头高米，头高1.5
16、1.5米，身长米，身长6.86.8米，宽米，宽3 3米，米，总重总重4040吨吨 。湖北当阳铁塔湖北当阳铁塔: :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
17、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。 钢铁时代钢铁时代1818世纪的工业革命使人类的生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，这标志着工业时正意义的机器，这标志着工业时代的来临。代的来临。工业革命是以推广应用蒸汽机工业革命是以推广应用蒸汽机和纺织工业为突破口的，还有稍和纺织工业为突破口的，还有稍后的机械制造、轮船、火车等，后的机械制造、轮船、火车等，这都是以炼钢工业和钢
18、铁材料的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。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，酚醛树酚醛树脂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。新材料时代新材料时代 (New Material Age)材料是全球新技术革
19、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) 金属金属由单一元素构成的具有特殊的光泽、延展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、性、导电性、导热性的物质，如金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。锌、铝等。 合金合金由一种金属元素与其他一种由一种金属元素与其他一种( (或几种或几种) )金属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。属特性的材料。金属材料金属材料金属及其合金的总称，即指金属元素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。或以
20、金属元素为主构成的，并具有金属特性的物质。 黑色金属钢碳素钢合金钢有色金属轻有色金属：铝、镁、铍等重有色金属：铜、锌、铅等贵金属：金、银、等稀有金属及稀土金属金属材料铸铁：灰铸铁、球黑铸铁、可锻铸铁来源丰富：铝在地壳中占来源丰富：铝在地壳中占8.13%8.13%金属材料品种多，性能各异。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。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。有良好的加工工艺性。课程主要内容：1金属材料的基本知识 2金属的性能3金属学基础知识4金属材料及其应用5热处理的基本知识1金属材料的基本知识 主要介绍金属的晶体结构及变形的相关知识。
21、2金属的性能 主要介绍金属的力学性能和工艺性能。来源丰富：铝在地壳中占8.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。 人类生产、生活的物质基础青铜武器，在秦汉时，几乎走到了“末路”。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；1金属材料的基本知识a获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。是机械类专业必修的一门专业技术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 。材料是全球新技术革命的四大标志之一曾侯乙铜鉴缶 (战国早期)青铜武器，在秦汉时，几乎走到了“末路”。泥巴（日晒原始陶器；新材料时代 (N
22、ew Material Age)d 为后续课程和从事技术工作打下基础。3金属学基础知识 主要介绍铁碳合金的组织及铁碳合金相图 。4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。5热处理的基本知识 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。本课程的性质和目的本课程的性质和目的是机械类专业必修的一门专业技术是机械类专业必修的一门专业技术（2）目的：）目的：a获得有关金属热处理、金属材
23、料的基本知识。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；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。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。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。为后续课程和从事技术工作打下基础。 （1）性质：）性质：基础课。基础课。绪绪 论论学习要求：学习要求： 弄清重要的概念和基本理论，按照材料的成分弄清重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其组织、组织决定性能，性能决定其和热处理决定其组织、组织决定性能，性能决定其用途这一内在关系进行学习和记忆，注意理论联系用途这一内在关系进行学习和记忆，注意理论联系实际，认真听课、按时完成作业，做好复习和预习，实际，认真听课、按时完成作业，做好复习和预习，是完全可以学好本课程。是完全可以学好本课程。本课学习方法本课学习方法：预习：预习 、笔记、笔记 、复习、讨论问题、复习、讨论问题本教材的重点本教材的重点：常见的材料牌号及应用，钢的热处理：常见的材料牌号及应用，钢的热处理谢谢观看！
