绪论(2h)1

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1、金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学武汉理工大学 材料学院School of Materials Science and Engineering, WUT金属材料学叶卫平1金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学金属材料学武汉理工大学 材料学院School of Materials S

2、cience and Engineering, WUT绪论金属材料的过去、现在和将来2oCahn R W, Physical Metallurgy ，4rd Ed, Elsevier Science BV, 1996. Cahn-剑桥教授，英皇家学会会士(FRS)，现中科院外藉院士.叙述了金属材料发展。指出金属材料发 展史简单地可分为四个阶段.原始金属材料生产金属材料学科基础微观理论大发展微观理论深入研究Date30.1 金属材料发展简史o第一阶段原始金属材料生产n公元前4300年：自然的金、铜及锻打等工艺n公元前2800年：铁的熔炼n公元前2000年：青铜器兴盛，编钟与武器（商、 周、春秋战

3、国）n东汉时：反复锻打钢最原始形变热处理工艺。n淬火技术:“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂” 现代的水淬、油淬。Date4上图：江陵楚墓越王勾践宝剑 右上：青铜鼎 右下：商代青铜纵目人面像Date5世界音乐史上的奇迹湖北省随州市曾侯乙编钟2500年前战国时代，共有65件，2500公斤Date6上图 沧州铁狮子 铸于953年，重 40余吨。右图 当阳铁塔 铸于1061年，八棱 13层， 塔体分段铸造Date70.1 金属材料发展简史湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄中国古代铁器的金相组织Date80.1 金属材料发展简史o第二阶段金属材料学科的基础(19世纪)n金属学、金相学、相变和合金钢等发展n1864年

4、，Sorby 摄制人类第一张金相照片n19世纪末Fe-Fe3C系的平衡相图 这一阶段新合金钢n1820年Berthier成功研制了铁铬合金；n1857年Jacob发明了钨钢，Mushet发展了钨钢，为高 速钢开发应用打下了基础；n1871年Robert Hadfield研究成功了锰钢和硅钢。Date90.1 金属材料发展简史这一阶段对金属学发展有突出贡献的人n英国金属学家Austen，奥氏体(Austenite)n美国科学家Bain，贝氏体(Bainite)n英国科学家Sorby，索氏体(Sorbite)n德国金属学家Marten，马氏体(Martensite)n法国化学家Troost，托氏体

5、(Troostite)n德国学者Ledebur，莱氏体(Ledeburite)Date100.1 金属材料发展简史Voelklingen Ironworks founded in 1883, closure in 1986. In 1994 it was awarded the status of a World Cultural Heritage by UNESCO.Date110.1 金属材料发展简史o第三阶段微观理论大发展（19001940）n大学设置冶金系（Cambridge大学Cottrell 把该 校冶金系改名材料与冶金系）n发现了X射线点阵类型、原子尺寸、电化学 因素证实()-F

6、e是bcc，-Fe是fcc；固溶体规 律n打破了晶体是完整性观念位错理论（解释钢 塑性变形） 这一阶段新合金钢nStrauss 1910年发明了奥氏体不锈钢，Brearly 在1912年发明了铁素体不锈钢Date120.1 金属材料发展简史o第四阶段微观理论深入研究（ 1940年n电子显微镜发明(1938年)（第二相沉淀析出， 位错的滑移，亚结构）n扩散驱动力本质研究，钢TTT曲线n贝氏体、马氏体 转变形成了比较完整的理论 得利于新仪器发明和性能提高n电子探针分析器、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Date1

7、3Basic Oxygen Furnace（BOF）Accounts for 70% of steel production in U.SDate14BOF Sequencecharging of scrapblowingtapping the molten steelpouring off the slagcharging of pig ironDate15BOF sequencetapping the molten steelDate16现 代 钢 铁 生 产Date170.2 现代金属材料 o先进结构材料的研究与开发是永恒的主题n开发高性能结构材料：高比强度、高比刚度、耐高 温、耐腐蚀、

8、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。n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。n先进制备工艺：如MIT的Flemings金属半固态加工技 术，铝镁合金技术成熟，已在工业中应用。Date180.2 现代金属材料 o先进结构材料的研究与开发是永恒的主题n开发其他高性能钢：由于各种低温技术的温 度、应力等的服役条件不同，因此对所需结 构材料的性能要求也不同；需要开发各种系 列用途的

9、低温奥氏体钢。n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。Date19现有钢的技术界限和钢强韧化努力的方向Date20水陆两用汽车 轻型吊轨磁悬浮列车 材料发展使汽车和飞机等性能发生了突变 Date210.3 金属材料的可持续发展与趋势 o2004年 “循环型社会材料产业材料产业可 持续发展”。n微生物冶金:无废物生产，在许多国家进行 了工业性生产。美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。海水中含有的合金元素量超过100亿 吨。现在

10、已可从海水中提取镁、铀等元素， 世界生产的镁约20%来自海水，美国靠这种 镁已满足着需求量的80%。n我国资源短缺：资源浪费严重；污染严重。Date220.3 金属材料的可持续发展与趋势 n循环材料产业：把生态环境意识贯穿于产品和生产 工艺的设计之中，提高材料的利用率、降低生产和 使用过程中环境的负担。代替含稀缺合金元素的新型合金材料和不含毒害元 素的材料，充分利用再生资源需解决的科技问题， 发展形成资源材料环境良性循环的产业。n合金发展的主流方向: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。 研究开发绿色材料以及环境友好材料。Date230.3 金属材料的可持续

11、发展与趋势 n有色金属 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。n有色金属精深加工技术 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.Date240.3 金属材料的可持续发展与趋势 n用非金属(non-metal)代替金属，有色(non- ferrous)代替钢铁n提高材料的利用率(utilization ratio)n高性能(high performance)材料的采用n新材料新工艺的采用(e.g. PVD，CVD)Date252004年中国各种材料总产量

12、及排名材料名称产量（万吨）世界排名钢铁27246第一位有色金属 1430第一位水泥(2003)86208第一位平板玻璃（2003 ）27702（万重量箱）第一位陶瓷(2003) 96.2 亿件第一位合成树脂1950第二位合成橡胶139第三位合成纤维 1310 第一位工程院院士：左铁镛Date260.4 学习方法Synthesis & Processing composition, crystal growth, thermal treatment, etc.Composition & StructureProperties electronic mechanical optical, etc.

13、Performance来源：MIT主编材料科学与工程百科全书1986TetrahedronDate270.4 学习方法及参考书o抓典型n典型材料(typical materials)合金化特点(alloying) 工艺(technique)特点组 织(microstructure)特点性能特点 。 n典型零件(typical working pieces)服役(service)条件对性能(performance)要求 合理选材加工(processing)路线合适工艺。Date280.4 学习方法及参考书o参考书n张联盟材料学高等教育出版社，2005年n吴承建金属材料学机械工业出版社，2001年

14、 n王晓敏工程材料学机械工业出版社，1999年 n王笑天金属材料学机工版，93n崔昆钢铁材料及有色金属材料机工版，80 n章守华合金钢冶金工业出版社，1981 nKenneth G. Budinski, Engineering Materials properties & selections, 7th Edition， 2002.nG. E. Dieter, Engineering Design A Materials and Processing Approach ,83Date290.4 学习方法及参考书o教材戴起勋 主编化学工业出版社 2005年潘清林 主编中南大学出版社2006 Date300.4 学习方法及参考书o学时安排Date310.4 学习方法及参考书o考核方式n出勤(15%)n平时作业(15%)n考试(70%)Date32