1、金属材料及热处理工艺 -公共选修课程1ppt课件课程的内容(共10讲，32学时)n第一讲 材料概论与材料性能n第二讲 材料的结构n第三讲 金属的塑性变形与再结晶n第四讲 材料的凝固与铁碳相图n第五讲 金属的热处理(一)-原理n第六讲 金属的热处理(二)-工艺n第七讲 工业用钢n第八讲 铸铁n第九讲 有色金属及其合金n第十讲 新型金属材料及其常用分析技术2ppt课件参考教材n1、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 n2、工程材料，刘天模、徐幸梓主编，机械工业出版社，2001n3、材料科学基础，胡赓祥，蔡珣，戎咏华，上海交通大学出版社，2006.0
2、73ppt课件第一章第一章 材料概论与材料性能材料概论与材料性能 绪绪 论论 u材料与人类文明材料与人类文明u材料分类与性能材料分类与性能4ppt课件引言n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，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。人类的衣、食、住、行均离不开它。5ppt课件一、材料与人类文明发展（历史贡献）一、材料与人类文明发展（历史贡献）n人类的文明进程是依据什么而划分的？人类的文明进程是依据什么而划分的？可以使用的占主导地位的材料。可以使
3、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。绪绪 论论 1.1 材料与人类文明材料应用的发展是人类发展的里程碑！6ppt课件400,000 BC4,500 BC石器时代（石器时代（Stone Age）n燧石：神奇的石头 绪绪 论论 7ppt课件陶器（陶器（Pottery）n陶器的出现是人类跨入新新石器時代的重要标志石器時代的重要标志之一。n据目前已知的考古资料，中国的陶器制作至少已有8000年年以上的历史。西安半坡人面网纹陶盆西安半坡人面网纹陶盆战国陶制四通水管战国陶制四通水管 绪绪 论论 8ppt课件4,500 BC1,000 B
4、C青铜时代青铜时代（Bronze Age）n 从矿石中提炼铜冶金业的黎明这张埃及古墓壁画是这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一人类冶金业的最早纪录之一 绪绪 论论 9ppt课件n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。n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。n到春秋戰國時期，齊國工匠總結科技經驗寫成的考工記考工記一書中，提出了金有六齊，這是世界科技史上最早的冶銅經驗總結。青铜：第一种合金青铜：第一种合金夏钺(yu)戈 绪绪 论论 1
5、0ppt课件三星堆三星堆n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”。n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。绪绪 论论 11ppt课件司母戊鼎司母戊鼎n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。n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。绪绪 论论 12ppt课件1450BC铁制车轮1500AD廉价的冶铁业 1000BC铁器时代（铁器时代（
6、Iron Age）绪绪 论论 13ppt课件二、二、材料与人类现代文明材料与人类现代文明n支撑人类现代文明的四大支柱技术：材料材料科学与技术生物生物科学与技术能源能源科学与技术信息信息科学与技术 绪绪 论论 材料是发展高科技的先导和基石材料是发展高科技的先导和基石其中材料是基础！14ppt课件材料技术大厦的砖石n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
7、有计算机。15ppt课件建筑16ppt课件交通17ppt课件福特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%。汽车汽车 绪绪 论论 18ppt课件实实 例例材料材料强度范围强度范围MPa比强度比强度MPa压气机叶片压气机叶片铝合金150-45055160压气机机匣压气机机匣钛合金350-110080245飞机尾翼飞机尾翼碳纤维复合材料10001200（顺纤维方向）625750轻质材料轻质材料 绪绪 论论 19ppt课件超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车 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
8、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。1980s：高温超导体20ppt课件能源能源p 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。n 主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料n 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n Si半导体材料为代表的太阳能电池材料n 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。绪绪 论论 21ppt课件核能材料核能材料Nuclear power station at Leibstadt,Switzerland uranium oxide bead
9、s 钨钒钢（W-V steel）铬钒钢（Cr-V steel）镍基高温合金（Hastelloy material）核反应堆材料：耐中子辐射、腐蚀、高温烧结后烧结后烧结前烧结前 绪绪 论论 22ppt课件信息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。23ppt课件电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路电子管电子管16K内存器。图中的女士要用显微镜才看得到现在的集集成电路成电路16 K内存器 绪绪 论论 n第一台电子管电子管组成的计算机重达30吨，用电相当于一个小的城市。钨、钼钨、钼电极。锗、硅半导体。锗、硅半导体。单晶硅片，高纯钛、单晶硅片，高纯钛、SiO2和铬等薄膜和铬等薄膜24
10、ppt课件生物、生活生物、生活材料技术的发展改变我们的生材料技术的发展改变我们的生活活仿真手臂仿真手臂人工关节“自行车发烧友自行车发烧友”的首选的首选钛结构自行车架微机械微机械 绪绪 论论 25ppt课件第一章第一章 绪论绪论1.2 1.2 材料的分类与性能材料的分类与性能 一、材料的分类一、材料的分类 二、工程材料的性能二、工程材料的性能26ppt课件一、材料的分类一、材料的分类金属高分子陶瓷材料有机材料无机材料 复合材料复合材料第一章第一章 绪绪 论论 27ppt课件材料分类材料分类28ppt课件What?各类材料的性能特点各类材料的性能特点p金属材料金属材料主要为金属键金属键。q热和电的
11、良导体q具有良好的强度与延展性以及金属光泽p陶瓷材料陶瓷材料通常为离子键离子键或共价键共价键。q绝缘体而且比较耐热。p高分子材料高分子材料通常为共价键、分子键和氢键，以共价键共价键为主。q分子结构都非常巨大q通常密度较低，在高温下不稳定。p复合材料复合材料性能的复合.第一章第一章 绪绪 论论 29ppt课件铸造性铸造性 可锻性可锻性可焊性可焊性切削加工性切削加工性热处理性热处理性 工程材料的性能工程材料的性能 使用性能使用性能力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能 工艺性能工艺性能 二、材料的性能二、材料的性能表征材料在给定外界条件下的行为材料的性能材料的性能30ppt课件核心关系核
12、心关系 绪绪 论论 而其核心是围绕而其核心是围绕:“结构与性能结构与性能”的相互辩证关系。的相互辩证关系。31ppt课件 绪绪 论论 What?“组织结构组织结构”32ppt课件第一章第一章 绪论绪论材料在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下表现出来的行为。主要是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。主要是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。工程设计中应首先考虑材料的力学性能。通俗地讲力学性能决定了在多大和怎样形式的载荷条件下而不致于改变零件几何形状和尺寸的能力。力学性能力学性能指标指标:弹性、塑性、韧性、强度、硬度和疲劳强度等。33ppt课件第
13、一章第一章 绪论绪论工程材料的机械性能工程材料的机械性能 材料在受力时的性质材料在受力时的性质一、静载单向静拉伸应力一、静载单向静拉伸应力应变曲线应变曲线 拉伸机上，低拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线静拉伸曲线 拉伸试验拉伸试验机机34ppt课件第一章第一章 绪论绪论曲线分为四阶段：曲线分为四阶段：1阶段I（oab）弹性变形阶段pa:Pp pb:Pe（不产生永久变形的最大抗力）poa段：L P 直线阶段pab段：极微量塑性变形（0.001-0.005%)2阶段II（bcd）段屈服变形pc:屈服点 Ps 拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线静拉
14、伸曲线 屈服现象：屈服现象：金属材料开始产生明显塑性变形的标志。返回返回35ppt课件第一章第一章 绪论绪论3阶段III（dB）段均匀塑性变形阶段pB:Pb 材料所能承受的最大载荷4阶段IV(BK)段局部集中塑性变形 拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线静拉伸曲线 1.低钢、正火、退火调质中钢，低、中C合金钢某些Al合金及某些高分子材料具有类似上述曲线。2.铸铁、陶瓷：只有第I阶段3.中、高碳钢：没有第II阶段颈缩36ppt课件第一章第一章 绪论绪论二、材料的强度二、材料的强度(strength)材料所能承受的极限应力材料所能承受的极限应力.单位：MPa(MN/m
15、m2)公式：=P/Fo 物理意义:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。扭强度等。37ppt课件第一章第一章 绪论绪论1 1屈服强度屈服强度s s(yield strength)(yield strength)和条件屈服强和条件屈服强度度0.20.2a:s=Ps/Fo （s s代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据之一。）Ps s=(M pa)F0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)38ppt课件b:0.2条件屈服强度 （中高碳钢、无屈服点，国家标准，以产生一定的微量塑性变
16、形的抗力的极限应力值来表示。）脆性材料：b=s 灰口铸铁 P0.2 0.2=(M pa)S0试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性变形时的载荷形时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)39ppt课件2抗拉强度抗拉强度(tensilestrength)b=Pb/Fo 材料被拉断前所承受的最大应力值（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。Pb b=(M pa)S0试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)试样原始横截面积(mm2)40ppt课件第一章第一章 绪论绪论3疲劳强度疲劳强度-1(fatiguestrength)n 疲劳现象：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，
17、往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。（80%的断裂由疲劳造成）的断裂由疲劳造成）n 影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。41ppt课件n 疲劳极限-1-1：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。n条件疲劳极限：经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。钢材的循环次数一般取钢材的循环次数一般取 N=10N=107 7有色金属的循环次数一般取有色金属的循环次数一般取 N=10N=108 8陶瓷、高分子材料疲劳抗力很低；金属材料疲劳强度较高；纤维增强复合材料较好的抗疲劳性能。钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:-1=(0.450
18、.55)b过载持久值过载持久值42ppt课件第一章第一章 绪论绪论三、塑性三、塑性(plasticity):材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。的能力。Lk:试样拉断后最终标距长度1 1延伸率（延伸率（specific elongationspecific elongation）10%属塑性材料属塑性材料 是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量L Lk k与原始标距与原始标距L L0 0之比。之比。具有超塑性的纳米晶铜43ppt课件u 越大，塑性愈好u KIC时，裂纹失稳扩展，发生脆断。uKIKIC时，裂纹处于临界状态uKI铸铁（灰口）铸钢（共晶点附近最好）2.锻造性能（塑性、变形抗力）低碳钢中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铸铁不可锻压3.焊接性能（可焊性、焊后开裂的倾向、焊区硬度）低碳钢中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铜、铝合金4.切削性能（切削难易程度、加工表面质量）5.热处理工艺性能（热处理难易程度及产生缺陷的倾向）淬透性、变形和开裂、过热敏感性、回火脆化和氧化脱碳等59ppt课件
