绪论金属学与热处理课件.ppt
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- 绪论 金属 热处理 课件
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1、金属学与热处理金属学与热处理A Metallography and heat-treatment 多媒体教学课件多媒体教学课件课课 时:时:96 (实验(实验 10 学时)学时)授课对象:授课对象:材料成型与控制专业材料成型与控制专业教教 材:材:金属学与热处理金属学与热处理崔忠圻崔忠圻授课学院:授课学院:材料科学与工程学院材料科学与工程学院 1 课程研究的对象、目的及要求课程研究的对象、目的及要求 一一 研究对象、任务和目的研究对象、任务和目的 1 研究的对象研究的对象 金属和合金金属和合金 什么是金属?什么是合金?什么是金属?什么是合金?绪论绪论*高的导电性和导热性高的导电性和导热性 *金
2、属光泽金属光泽 *良好的延展性良好的延展性(塑性塑性)*不透明不透明(1)金属的性质)金属的性质*正的电阻温度系数正的电阻温度系数 即:具有即:具有正的电阻温度系数正的电阻温度系数电阻随温度升高而升高电阻随温度升高而升高 t=0(1+T)某些纯金属在绝对零度附近某些纯金属在绝对零度附近的超导电性的超导电性金属与非金属的本质差别金属与非金属的本质差别(2)金属与合金的定义金属与合金的定义金属定义:金属定义:具有正的电阻温度系数具有正的电阻温度系数的物质的物质合金定义:一种金属元素合金定义:一种金属元素与另一种与另一种或几种其它元素,经熔炼或其它方或几种其它元素,经熔炼或其它方法结合而成的法结合而
3、成的具有金属特性具有金属特性的物质的物质 金属晶体中原子金属晶体中原子结合方式为结合方式为金属键金属键试用金属键模型解释试用金属键模型解释金属特性金属特性(3)金属中原子的结合方式金属中原子的结合方式非金属中:非金属中:离子键、共价键离子键、共价键等等结合键强结合键强,具饱和性具饱和性较高硬度较高硬度结合键极强、具方向性结合键极强、具方向性很高硬度、无塑性很高硬度、无塑性2 本课程的主要任务本课程的主要任务 研究金属与合金的研究金属与合金的化学成分化学成分、加加工工艺工工艺、组织结构组织结构和和性能四要素性能四要素及四及四要素之间的关系与变化规律要素之间的关系与变化规律 此亦为材料科学的研究内
4、容此亦为材料科学的研究内容 实际中我们最关心的是性能实际中我们最关心的是性能性能取决于什么因素呢?性能取决于什么因素呢?化学成分不同,性能不同化学成分不同,性能不同铝合金铝合金 400600铜合金铜合金 60070040钢钢(退火态退火态)50040钢钢(调质态调质态)800 举例:举例:b(MPa)纯铝纯铝 40 纯铜纯铜 60 纯铁纯铁 200 化学成分相同,化学成分相同,处理方式处理方式不同,性能不同不同,性能不同 0.8C 的钢锯条的钢锯条800,冷却方式不同,冷却方式不同一根出炉后一根出炉后水冷水冷,性,性硬而脆硬而脆,一弯就断;,一弯就断;另一根随炉另一根随炉缓慢冷却,缓慢冷却,性
5、软性软,弯曲,弯曲90 不断不断 又如:又如:石墨和金刚石均由碳原子构成石墨和金刚石均由碳原子构成 但性能迥异但性能迥异 原因:碳原子的空间排列方式不同原因:碳原子的空间排列方式不同 即内部组织结构不同即内部组织结构不同金刚石与石墨的空间原子排列金刚石与石墨的空间原子排列金刚石的空间原子排列金刚石的空间原子排列石墨的空间原子排列石墨的空间原子排列提高材料性能的主要途径提高材料性能的主要途径 一改变材料的一改变材料的化学成分化学成分,二改进材料的,二改进材料的生产工生产工艺艺,进而改变材料内部的组织结构与性能,进而改变材料内部的组织结构与性能*材料科学研究的材料科学研究的四要素四要素及相互关系线
6、及相互关系线 性性 能能Performance加工工艺加工工艺Process化学成分化学成分Composition组织结构组织结构Construction内因内因外因外因 (1)原子结构)原子结构取决于取决于原子种类原子种类什么是组织结构?什么是组织结构?材料不同层次的结构材料不同层次的结构(2)晶体结构)晶体结构原子在空间的排列方式原子在空间的排列方式合金相形貌合金相形貌多晶体结构多晶体结构 显微组织显微组织(3)组织结构(显微组织)组织结构(显微组织)在不同放大倍数放大镜、显微镜下在不同放大倍数放大镜、显微镜下观察到的金属的内部形貌观察到的金属的内部形貌1 原子种类原子种类2 内部原子排列
7、的方式内部原子排列的方式3 合金元素的存在方式合金元素的存在方式4 内部不同尺度的各种结构缺陷内部不同尺度的各种结构缺陷 材料的组织结构取决于材料的组织结构取决于3 学习目的学习目的 利用上述四要素关系和规律利用上述四要素关系和规律(1)进行科学研究)进行科学研究(2)指导生产实践)指导生产实践(3)研制新合金材料)研制新合金材料磁悬浮列车磁悬浮列车 材料科学渗透各个领域材料科学渗透各个领域斜拉索桥斜拉索桥航空母舰与航天飞机航空母舰与航天飞机神七飞船神七飞船神舟七号飞船成功问鼎苍穹神舟七号飞船成功问鼎苍穹高校科技功不可没高校科技功不可没 n哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 舱外航天服低压试验舱的研
8、制舱外航天服低压试验舱的研制n郑州大学郑州大学太空出舱头盔面窗的研制太空出舱头盔面窗的研制n东华大学东华大学n宇航员的生活设施装备等的研制宇航员的生活设施装备等的研制n上海海洋大学上海海洋大学n飞船返回舱海上应急打捞网的研制飞船返回舱海上应急打捞网的研制形状记忆合金在宇航上的应用形状记忆合金在宇航上的应用钢铁产品钢铁产品材料微观结构研究(一)材料微观结构研究(一)微米与纳米尺度组织形貌微米与纳米尺度组织形貌150001000050000Intensity80706050403020102 /deg.材料微观结构研究(二)材料微观结构研究(二)X射线衍射物相结构分析射线衍射物相结构分析材料微观结
9、构研究材料微观结构研究材料微观研究材料微观研究材料微观研究材料微观研究材料微观研究材料微观研究二、本课程内容二、本课程内容1 金属材料科学研究内容金属材料科学研究内容 成分、组织结构、工艺、性能成分、组织结构、工艺、性能 其课程体系其课程体系 金属学、金属热处理、金属材料学金属学、金属热处理、金属材料学 金属性能、材料分析技术与方法等金属性能、材料分析技术与方法等 2 本课程主要内容本课程主要内容 金属学:金属学:第一第一 第八章第八章 金属热处理金属热处理:第九:第九 第十章第十章 金属材料学金属材料学:第十一章:第十一章第十三章第十三章(1)掌握金属材料的基本概念、基本理论与掌握金属材料的
10、基本概念、基本理论与基本实验方法基本实验方法(2)掌握金属材料的掌握金属材料的成分、组织结构、工艺、成分、组织结构、工艺、性能间关系性能间关系的一般规律的一般规律(3)了解金属材料常用的分析方法,主要是了解金属材料常用的分析方法,主要是金相分析方法金相分析方法三三 要求要求(1)材料科学基础,西安交通大学,石德珂材料科学基础,西安交通大学,石德珂(2)工程材料,朱张校,清华大学出版社,工程材料,朱张校,清华大学出版社,2000 (3)工程材料,工程材料,丁厚福,武汉理工大学出版社,丁厚福,武汉理工大学出版社,2001四四 参考文献参考文献注意:其它参考资料、课程辅导资料以及习题解答注意:其它参
11、考资料、课程辅导资料以及习题解答等电子版图书参见安工大本课程精品课程网等电子版图书参见安工大本课程精品课程网材料性能包含材料性能包含使用性能使用性能与与工艺性能工艺性能两方面两方面1 使用性能使用性能:在使用条件下所表现的性能:在使用条件下所表现的性能 力学性能力学性能(强度、硬度、塑性、韧性等强度、硬度、塑性、韧性等)物理性能物理性能(光、电、磁等)(光、电、磁等)化学性能化学性能(抗氧化性、抗腐蚀性等抗氧化性、抗腐蚀性等)其它性能其它性能(耐磨性、热硬性、消振性等耐磨性、热硬性、消振性等)一、金属材料性能的种类一、金属材料性能的种类2 金属材料力学性能金属材料力学性能2 工艺性能工艺性能材
12、料制备、加工过程中所表现的性能材料制备、加工过程中所表现的性能 铸造性能铸造性能(流动性、收缩、偏析等(流动性、收缩、偏析等)压力加工性能压力加工性能、冷加工性能冷加工性能 锻造性能等锻造性能等;切削加工性切削加工性;焊接性焊接性 热处理性能热处理性能;等等等等二、力学性能二、力学性能又称机械性能又称机械性能 主要包括:强度、塑性、硬度、韧性等主要包括:强度、塑性、硬度、韧性等结构材料最重要、最基本的性能结构材料最重要、最基本的性能力学性能:工程材料在外力作用下所反应出力学性能:工程材料在外力作用下所反应出来的性能来的性能 应力应力:=P/A0 (MPa)应变应变:=L/L1 =(L1-L0)
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