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1、材料学院 张静 本科生学位课 金属材料学 1金属材料学西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 2 主讲教师 张静通讯地址：西北工业大学材料学院公字楼415邮 编：710072联系电话： 13325382529E-mail：西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 3 上课时间与考察上课时间：413周 周三、周五的五、六节考试方式：闭卷西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 5我们将学习：l金属材料的地位与作用, 历史与发展。l金属材料的物理、化学性质, 结构。l主要金属的基本原理金属与合金:
2、铝、钛、铜、镁、稀土、合金钢等,性质与应用,制造工艺,典型合金。l新材料: 介绍目前世界上出现的新型金属材料西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 6课程特点和要求特点综合性 、应用性、经验性要求掌握合金化理论的基本知识，了解材料成分设计的基本依据，熟悉生产中常用的材料及其热处理工艺、组织、性能之间的关系，根据零件技术要求，能正确地选择材料和制订工艺。思路主线：材料成分-工艺-组织-性能-应用 之间的有机关系 核心：合金化原理材料学院 张静 本科生学位课 金属材料学 7第一章金属材料的进展西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 8本章框架发展战略发展史与现状未来
3、问题与趋势 作用与地位展望回顾材料学院 张静 本科生学位课 金属材料学 9第一节 发展史与现状 西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 10一、材料的发展史，就是人类社会的发展史。一、材料的发展史，就是人类社会的发展史。 人类历史的划分人类历史的划分 现代社会现代社会 三三大大支支柱柱能源、信息和能源、信息和材料材料（19981998）生物工程，信息技术和生物工程，信息技术和新材料新材料石器时代石器时代陶器时代陶器时代青铜器时代青铜器时代铁器时代。铁器时代。西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 11铁器时代铁器时代青铜时代青铜时代多元材料时代多元材料时代石器时
4、代石器时代西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 12二、材料的发展史，就是人类科技的发展史。信息、材料、能源、生物技术 现代高科技材料人类社会发展的里程碑！新材料现代科学技术和社会发展的基础和支柱！社会文明支柱，科技创新的重要标志！西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 13金属材料发展的四个阶段一原始钢铁生产4300B.C. 金、铜、铁， 铸造、锻打中国的宝剑、西欧的大马士革刀，日本武士剑二金属材料学科的基础1778，第一座铁桥；1818，铁船下水；1825，铁路；铁构成金属材料学科的基础西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 1419世纪，
5、金属学、金相学、相变理论的发展1803，道尔顿的原子学说，阿伏加德罗分子论1830，Hessel 的32种晶体类型1839，Miller指数的普及1891，点阵结构理论的创立1864，Sorby，第一张金相组织照片，9倍1827-1888，Fe3C的分离(Karsten)和认知(Abel)十九世纪中后，钢的金相学发展：Willard Gibbs的相律推导，Robert-Austen奥氏体固溶特性，Roozeboom的Fe-Fe3C相图建立西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 151669, N. Steno, 晶面角守恒定律 1885, A. Bravais, 晶体空间点阵学
6、说 1912, M. Laue*, 晶体的X射线衍射 1915, W. H. Bragg and W. L. Bragg*X射线晶体结构分析方法 电子显微镜（SEM、TEM）扫描探针显微术*（STM、AFM）三微观组织理论大发展合金相图、X射线，位错理论西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 16Reaumur (1722) Hill (1748) 在放大镜下观察出晶粒Sorbit 发现并描述了细珠光体Young(1807)提出材料弹性模量概念Barlow(1826)关于材料强度的测定Tehernoff(1861)发表了钢临界点的实验报告Wshery(1860-1870)关于拉
7、伸、扭转、变曲应力的工作及得出的第一条S-N曲线，开辟了材料、组织与性能间关系的科学研究西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 17四微观理论的深入研究电子显微镜、扫描透射电镜（SYEM）、扫描隧道显微镜（STM）、原子显微镜（AFM）等新仪器的发明为微观研究进一步发展提供可能，随之产生了表面和界面科学西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 18三、现代金属材料1.先进结构材料特点：高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损途径：细化、均匀化组织，合金化，改进加工技术代表：铝镁合金、合金钢，复合材料2.高温合金材料特点：高比强度、高比刚度，提高高温工作效率途径：
8、颗粒或短纤维增强金属基复合材料用于：航空发动机，涡轮代表：Ti、Ti-Al合金材料学院 张静 本科生学位课 金属材料学 19第二节作用和地位西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 20美国国家知识评估大纲 近几年来，由于科学技术的发展，世界运动方式发生了根本变化。 长途通讯价格下降，计算机的普及，全球网络的出现，以及生物技术、材料科学和电子工程等领域的发展，创造出10年前根本不可能想象的新产品、新服务系统、新兴行业和新的就业机会，这就是人们所说的知识革命。西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 21u 材料是国民经济、社会进步和国家安全 的物质基础与先导u 先进
9、材料具有强烈的基础性、支撑性、 技术经济价值和迫切战略需求材料的基础、先导、战略作用西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 22高强高导铜合金，新型耐蚀、耐磨、高散热性等铜高强高导铜合金，新型耐蚀、耐磨、高散热性等铜合金、高纯铜等。轻质高性能镁材，特别是镁基压合金、高纯铜等。轻质高性能镁材，特别是镁基压铸材料。铸材料。 典型先进金属材料典型先进金属材料高强可焊铝锂合金，超高强铝合金，新型耐热、耐高强可焊铝锂合金，超高强铝合金，新型耐热、耐磨、高比强、高比模、高韧性铝合金，纤维增强和磨、高比强、高比模、高韧性铝合金，纤维增强和颗粒增强铝基复合材料等。颗粒增强铝基复合材料等。 西北
10、工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 23典型先进金属材料典型先进金属材料高强高韧钛合金、热强钛合金、新型阻燃耐蚀功能高强高韧钛合金、热强钛合金、新型阻燃耐蚀功能钛合金、高性能锆合金、功能重材料钽钨合金、高钛合金、高性能锆合金、功能重材料钽钨合金、高精度铍材等。精度铍材等。 铋系超导带材，钇系超导块材中。稀土永磁材料烧铋系超导带材，钇系超导块材中。稀土永磁材料烧结结NdFeBNdFeB，第四代稀土永磁材料，第四代稀土永磁材料SmSm2 2FeFel7l7NxNx。新。新型高性能稀土储氢材料，在镍型高性能稀土储氢材料，在镍氢电池中得到重要氢电池中得到重要应用。应用。西北工业大学 材
11、料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 24导弹与火箭的构件基本上采用导弹与火箭的构件基本上采用铝合金、钛合金、铝合金、钛合金、镍基高温合金、镁合金和部分难熔金属合金。镍基高温合金、镁合金和部分难熔金属合金。钛、铝及其合金钛、铝及其合金成为舰船耐压壳体、核动力系统成为舰船耐压壳体、核动力系统、武备系统、声纳系统等的主要材料。、武备系统、声纳系统等的主要材料。一、国防支撑材料一、国防支撑材料铝铝材是飞机的主要结构材料，占重量比的材是飞机的主要结构材料，占重量比的50508080，民用飞机铝材料用量在，民用飞机铝材料用量在7070以上。钛及其合以上。钛及其合金在新型飞机上用作结构材料，飞机越先进，
12、钛金在新型飞机上用作结构材料，飞机越先进，钛用量就越大。用量就越大。西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 25 航空航天的物质基础b(MPa) 0.2(MPa) (%)382 310 6488 478 12360 280 4482 472 9330 250 2440 290 6纵向横向高鍛铝2014（LD10）的力学性能卫星发射，节省1公斤重量将降低费用$20000。一次发射节约费用20%。铝的理论强度4700MPa，当今高强铝合金强度没超过1000MPa。西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 26“核时代金属核时代金属”铍铍，在核武器中对增大爆炸威力起关键
13、作用，在核武器中对增大爆炸威力起关键作用。铍的比刚度大，在导航系统中用作制造精密陀螺仪，对增。铍的比刚度大，在导航系统中用作制造精密陀螺仪，对增加射程、提高命中精度起关键作用。加射程、提高命中精度起关键作用。 国防支撑材料国防支撑材料“原子时代第一金属原子时代第一金属”的锆的锆，是核动力潜艇不可替代材料，是核动力潜艇不可替代材料，8080的锆材用作核动力堆的燃料包壳、容器管、压力管、的锆材用作核动力堆的燃料包壳、容器管、压力管、格架、端塞和其它堆芯结构材料。格架、端塞和其它堆芯结构材料。 铀、铍、钽、钨、铂族金属、锗铀、铍、钽、钨、铂族金属、锗，被许多国家储存作为，被许多国家储存作为战略物资。
14、美国对钨以钨精矿形式，钽和铍以纯金属形式进战略物资。美国对钨以钨精矿形式，钽和铍以纯金属形式进行储备，铂和钯被列为特殊战略金属。行储备，铂和钯被列为特殊战略金属。 西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 272121世纪中叶聚变能和太阳能将成为主要能源，世纪中叶聚变能和太阳能将成为主要能源，可可控核聚变反应堆工程需要大量锂、钼、锆、钛等控核聚变反应堆工程需要大量锂、钼、锆、钛等。 二、高技术关键材料二、高技术关键材料 铌、钛、锡、铋、钇等都是制取超导材料的基本组铌、钛、锡、铋、钇等都是制取超导材料的基本组元，元，NbTiNbTi、NbNb3 3SnSn实用低温超导材料已商品化。
15、实用低温超导材料已商品化。表面工程和技术表面工程和技术, ,有相当部分是稀有金属薄膜、半有相当部分是稀有金属薄膜、半导体材料薄膜和贵金属薄膜。导体材料薄膜和贵金属薄膜。 西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 28高技术关键材料高技术关键材料 稀土元素稀土元素的特殊电子层结构使其在光、电、磁、化学上的特殊电子层结构使其在光、电、磁、化学上表现出奇异性能，已出现的一大批功能材料，如稀土磁表现出奇异性能，已出现的一大批功能材料，如稀土磁性材料、稀土发光材料、稀土尾气净化材料、稀土储氢性材料、稀土发光材料、稀土尾气净化材料、稀土储氢材料、高温超导材料等，材料、高温超导材料等，2l2l
16、世纪稀土将在功能材料中处世纪稀土将在功能材料中处于主体地位。于主体地位。美国公布的美国公布的2222种金属高科技材料中，稀土金属被列为第种金属高科技材料中，稀土金属被列为第三位。三位。 西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 29车辆中以铝代钢，减重车辆中以铝代钢，减重5050，增加运载量，增加运载量1010，节能节能9.69.612.512.5，日常检修工时减少，日常检修工时减少4545。 三、国民经济的基础材料三、国民经济的基础材料 电线、电缆占铜材总消耗量的电线、电缆占铜材总消耗量的5050，铝材总消耗，铝材总消耗量的量的3333, ,没有材料可替代。没有材料可替代。“蓄电池金属蓄电池金属”铅的铅的60607070消费在蓄电池中。消费在蓄电池中。镍是制造镍氢电池、镍镉电池的原材料。镍是制造镍氢电池、镍镉电池的原材料。 西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学 30国民经济的基础材料国民经济的基础材料 钛钛的极好耐蚀性在化工、海洋工程、冶金、能源的极好耐蚀性在化工、海洋工程、冶金、能源等部门的应用，我国氯碱行业在等部门的应用，我国氯碱行业在5 5 00
