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2019/12/151金属材料与热处理任务一金属及其结构与结晶学习活动1材料及其性能与发展建议：2课时引言材料的定义：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，人类的衣、食、住、行均离不开它。一、材料与人类文明发展（历史贡献）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。•——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。材料与人类文明材料应用的发展是人类发展的里程碑！400,000BC——4,500BC石器时代（StoneAge）燧石：神奇的石头陶器（Pottery）陶器的出现是人类跨入新石器時代的重要标志之一。据目前已知的考古资料，中国的陶器制作至少已有8000年以上的历史。西安半坡人面网纹陶盆战国陶制四通水管4,500BC——1,000BC青铜时代（BronzeAge）从矿石中提炼铜——冶金业的黎明这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一青铜，古称金或吉金，是铜与其它化学元素（锡、镍、铅、磷等）的合金。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。到春秋戰國時期，齊國工匠總結科技經驗寫成的《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：第一种合金夏钺(yuè)戈三星堆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”。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。司母戊鼎司母戊鼎，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。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。2019/12/1510鼎鬲(li)甗(yan)角斝(jia)觚(gu)觥(gong)尊2019/12/1511四羊方尊造型精致，风格独特制作技艺高超，装饰手法巧妙。经有关考证，它是用传统的分铸法制作而成的。首先铸出羊角及龙头等饰件，再经合范浇铸，使其成为整体，这里充分展示了古人的聪明智慧，杰出的铸造技巧恰到好处，匠心独具。2019/12/15122019/12/15132019/12/15142019/12/15152019/12/15161450BC——铁制车轮1500AD——廉价的冶铁业1000BC——铁器时代（IronAge）2019/12/1518通宽5.35米，身长6.30米，身高6.6米，体宽3.0米，重约40吨，素有“狮子王”的美誉沧州铁狮子2019/12/1519二、材料与人类现代文明支撑人类现代文明的四大支柱技术：材料科学与技术生物科学与技术能源科学与技术信息科学与技术－－材料是发展高科技的先导和基石其中材料是基础！材料-----技术大厦的砖石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，就没有计算机。建筑交通福特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%。汽车实例材料强度范围MPa比强度MPa压气机叶片铝合金150-45055－160压气机机匣钛合金350-110080－245飞机尾翼碳纤维复合材料1000－1200（顺纤维方向）625－750轻质材料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。1980’s：高温超导体能源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。主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料Si半导体材料为代表的太阳能电池材料铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。核能材料NuclearpowerstationatLeibstadt,Switzerlanduraniumoxidebeads钨钒钢（W-Vsteel）铬钒钢（Cr-Vsteel）镍基高温合金（Hastelloymaterial）核反应堆材料：耐中子辐射、腐蚀、高温烧结后烧结前信息－人类正在步入信息时代，同时也是信息材料竞争的时代。电子管——晶体管——集成电路电子管16K内存器。图中的女士要用显微镜才看得到现在的集成电路16K内存器第一台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、钼电极。锗、硅半导体。单晶硅片，高纯钛、SiO2和铬等薄膜生物、生活－材料技术的发展改变我们的生活仿真手臂人工关节“自行车发烧友”的首选钛结构自行车架微机械材料的种类：金属、非金属、人工合成材料什么是金属及金属材料？由单一元素构成的具有金属光泽、延展性、导电、导热性在物质。如Au、Ag、Cu、Fe、Zn、Al等由一种金属与其它金属元素或非金属元素通过熔炼或其它方法合成金属特性的物质。金属材料是金属及其合金在总称。什么是非金属及非金属材料？除金属材料以外在材料都是非金属材料请列举：你见过的材料，各材料的性能、特点（详细）2019/12/1534青铜器时代的开始：约公元前3000年开始。铁器时代的开始：约公元前1400年开始。铝器的使用：19世纪末。我国金属材料和加工工艺的发展2019/12/15351949年，我国钢的年产量不超过16万吨。1996年，我国钢的年产量已超过1亿吨。2006年，我国钢的年产量已超过4亿吨。占全球总产量的1/3。2008年，我国钢的年产量超过5亿吨。2010年，我国钢的年产量将达到创纪录的6亿吨，占全球产量的将近一半。全球第二大产钢国日本的产量仅为中国的六分之一。09年，俄罗斯和美国全球钢产量分别排名第三和第四2019/12/1536我国不但是钢产量，而且钢的种类也得到了长足发展。20年前，我国钢结构用钢主要是以16Mn(锰)为代表的低合金钢；而今天，洁净钢、耐火钢、容器钢、彩色涂层钢板、高层建筑用钢、桥梁钢、热轧H型钢、高强螺栓等大量的新型钢材被开发应用。2019/12/1537产品设计工艺设计选材熔炼铸造下料钣金加工下料机械加工焊接锻压热处理机械加工或表面处理最终热处理装配检验包装出厂机械零件常规制造工艺流程2019/12/15382019/12/15392019/12/15402019/12/15412019/12/1542二、材料的分类与性能一）材料的分类二）工程材料的性能一、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材料分类What?各类材料的性能特点金属材料——主要为金属键。热和电的良导体具有良好的强度与延展性以及金属光泽陶瓷材料——通常为离子键或共价键。绝缘体而且比较耐热。高分子材料——通常为共价键、分子键和氢键，以共价键为主。分子结构都非常巨大通常密度较低，在高温下不稳定。复合材料——性能的复合.玻璃纤维增强高分子复合材料铸造性可锻性可焊性切削加工性热处理性工程材料的性能使用性能力学性能物理性能化学性能工艺性能二、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核心关系而其核心是围绕:“结构与性能”的相互辩证关系。本课程的性质《金属材料与热处理》是一门从生产实践中发展起来的，又直接为生产服务的专业课，是“模具设计与制造专业”的主要专业基础课；具有很强的实践性。由于金属材料的种类繁多，其性能又千变万化，术语、概念多且抽象，学习起来有一定的难度。本课程的学习内容一、金属材料的基本知识：金属的晶体结构、纯金属的结晶二、金属的性能：1）使用性能：物理性能、化学性能、力学性能2）工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能金属材料的物理性能是金属所固有的属性。1.密度：单位体积金属的质量。（kg/m3）（重金属和轻金属）2.熔点：金属从固体状态向液体状态转变时的温度。（低、中、高熔点金属）3.导热性：金属材料传导热量的能力。4.热膨胀性：金属材料的体积产生热胀冷缩的现象。5.导电性：金属材料传导电流的性能。6.磁性：金属导磁的性能。根据密度的大小，金属材料可分为轻金属和重金属。密度小于4.5g/cm3的金属叫轻金属。密度是金属材料的一个重要物理性能，与材料的使用和检测等都有关系。例如，在航空工业和汽车工业中，为了增加有效载重量，密度是需要考虑的重要因素。熔点一般用℃表示。各种金属都有其固定熔点。易熔金属及合金可用来制造熔断器和防火安全阀等零件；难熔金属及合金则用来制造要求耐高温的零件，广泛用于火箭、导弹、燃气轮机好喷气飞机等。熔点低于1000℃称为低熔点金属，熔点在1000℃~2000℃称为中熔点金属，熔点高于2000℃称为高熔点金属。具有导磁能力的金属都能被磁铁吸引。铁、钴等为铁磁性材料，锰、铬、铜、锌为无磁性或顺磁性材料。但对某些金属来说，磁性也不是固定不变的，如铁在768℃以上就表现为没有磁性或顺磁。铁磁性材料可用来于变压器、测量仪表等制造业；无（顺）磁性材料可用做要求避免磁场干扰的零件和结构材料。金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。1.耐腐蚀性：金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力。2.抗氧化性：金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力。3.化学稳定性：是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总和。金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的抵抗性能，也称机械性能。1、强度：强度是金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力。2、塑性：塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力。3、硬度：是指金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力，是金属材料表面上不大体积内抵抗变形和破坏的能力。4、韧性：是金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。5、疲劳强度：金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力。金属材料的工艺性能是指其在各种加工条件下表现出来的适应能力。1、铸造性：金属材料能否用铸造方法制成优良铸件的性能。2、锻压性（可锻性）：金属材料能否用锻压方法制成优良锻压件的性能。3、焊接性：金属材料在一定焊接条件下，是否易于获得优良焊接接头的能力。4、切削加工性：金属材料接受切削加工的难易程度。四、热处理基本知识：热处理概念及分类、钢在加热及冷却时的组织转变、热处理的基本方法、钢的表面热处理、零件的热处理分析五、金属材料及其应用：合金钢（合金元素在钢中的主要作、合金钢的分类和牌号、合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢、铸铁（铸铁的组织与分类、常用铸铁简介、铸铁的高温石墨化退火）、有色金属及硬质合金（铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金、硬质合金）三、金属学基础知识：合金及其组织铁碳合金的基本组织与性能铁碳合金相图碳素钢六、相应的实验观察金属结晶过程力学性能测试实验观察铁碳合金平衡组织实验热处理实验火花鉴别实验铸铁的高温石墨化退火实验常用有色金属及硬质合金的性能实验学习本课程的目的正确认识和使用金属材料、熟悉并掌握材料的内在构成及性能（使用性能：物理性能、化学性能、力学性能工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能）合理地确定不同金属材料的加工方法、充分发挥金属材料的潜能。学习本课程的方法认真听讲，理论联系实际、认真按时完成作业和实验。做到不懂就问、讨论交流、做好笔记认真掌握重要概念和基本理论，熟悉金属材料牌号及其性能和变化规律；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