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1、金属学与热处理金属学与热处理绪绪 论论v一、什么是材料一、什么是材料v 材料材料: : 是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。置等物品的物质。v 材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的生命息息相关。v 材料是人类文明、社会进步、科技发展的物质基础。v 材料是全球新技术革命的四大四大标志之一。新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术绪绪 论论二、材料的分类二、材料的分类（按化学组成分类）（按化学组成分类）金属材料金属材料无机非金属材料无机非金属材料高分子材料高分子材料复合材料
2、复合材料由于通常把材料归为金属材料、陶瓷材料和高分子材料由于通常把材料归为金属材料、陶瓷材料和高分子材料等类型；等类型；材料理论的发展范畴：材料理论的发展范畴：金属学金属学陶瓷学陶瓷学高分子物理学高分子物理学材料各有特点、也有许多共性和相通之处，将他们的微材料各有特点、也有许多共性和相通之处，将他们的微观特性和宏观规律以统一理论概括观特性和宏观规律以统一理论概括材料科学材料科学。绪绪 论论三、什么是金属学三、什么是金属学n金属学：金属学：是研究金属或合金的是研究金属或合金的化学成分化学成分、组织组织、结结构构及及性能性能之间的相互关系及变化规律的科学。之间的相互关系及变化规律的科学。 n化学成
3、分化学成分：组成物质的基本元素及其含量。n化学成分主要由冶炼和铸造控制，特别是靠冶炼来保证。n化学成分不同，金属材料的性能不同。n例如：铁，铝，金性能各不相同。绪绪 论论高分辩率电镜观察硅晶体内部的原子排列高分辩率电镜观察硅晶体内部的原子排列结构结构：原子在空间有规律排列的形式（原子集合体中各原原子在空间有规律排列的形式（原子集合体中各原子的具体组合状态）。子的具体组合状态）。绪绪 论论绪绪 论论例如：石墨和金刚石。n结构不同，性能不同。结构不同，性能不同。绪绪 论论组织组织：用肉眼和借助于不同放大倍数的显微镜观察到的用肉眼和借助于不同放大倍数的显微镜观察到的金属材料内部各种相的晶粒大小、形态
4、和分布。金属材料内部各种相的晶粒大小、形态和分布。组织不同，性能也不同。组织不同，性能也不同。晶粒形貌Al-Si合金纯铝锭组织绪绪 论论绪绪 论论v 金属材料的性能金属材料的性能：零件的加工过程：零件的加工过程：u对金属材料性能要求：对金属材料性能要求：u工艺性能；u使用性能。冶炼下料（锻、铸件）预先热处理机加工最终热处理装配使用绪绪 论论工艺性能：能适应实际生产工艺要求的能力。工艺性能：能适应实际生产工艺要求的能力。在于能不能保证生产、制作。在于能不能保证生产、制作。包括：包括：铸造性能、锻造性能、切削加工性能，热处理性能，焊接性能。使用性能：在使用中应具备的性能。使用性能：在使用中应具备的
5、性能。在于保证能不能应用。在于保证能不能应用。包括：包括：物理性能，化学性能，机械性能（强度、硬度、塑性、韧性）绪绪 论论四要素之间关系：四要素之间关系：合成与制备过程合成与制备过程使用性能使用性能性质性质成分与成分与结构结构（化学）（化学）（工程）（工程）（物理学）（物理学）绪绪 论论改变金属材料的性能：改变金属材料的性能： 内在因素内在因素成分、结构、组织 外在因素外在因素各种加工处理工艺（外在因素通过改变内在因素改变材料的性能）材料的成分不同材料的成分不同结构组织不同结构组织不同性能不同性能不同材料合成、制备过程不同：材料合成、制备过程不同：绪绪 论论四、金属学研究的具体内容：四、金属学
6、研究的具体内容：三大理论：三大理论：晶体结构理论晶体结构理论（正常结构、晶体缺陷）；（正常结构、晶体缺陷）；结结 晶晶 理理 论论（纯金属、二元合金、三元合金）；（纯金属、二元合金、三元合金）；固态转变理论固态转变理论（塑变和回复再结晶、扩散；五大转变：珠光体转（塑变和回复再结晶、扩散；五大转变：珠光体转变、奥氏体转变、贝氏体转变、马氏体转变、回火转变变、奥氏体转变、贝氏体转变、马氏体转变、回火转变 ）。）。一大中心：一大中心：成分、组织、结构、性能关系。成分、组织、结构、性能关系。二大图形：二大图形：相图、曲线图。相图、曲线图。四把火（简介）：四把火（简介）：正火、退火、淬火、回火。正火、退
7、火、淬火、回火。绪绪 论论五、热处理五、热处理及在工业生产中的地位及在工业生产中的地位 ：热处理：将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，热处理：将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。获得所需要性能的一种工艺。热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。在机床制造中约在机床制造中约60-70%60-70%的零件要经过热处理。的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%70-80%。至于模具、滚动轴承则要至于模具、滚动轴承则要100%
8、100%经过热处理。经过热处理。总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。 绪绪 论论任务：任务：研究固态相变的规律性，研究金属或合金热处理组织与性能研究固态相变的规律性，研究金属或合金热处理组织与性能之间的关系以及热处理理论在工业生产中和应用。之间的关系以及热处理理论在工业生产中和应用。地位：地位：(1)(1)工业生产领域：工业生产中不可缺少的技术，是提高产工业生产领域：工业生产中不可缺少的技术，是提高产品质量和寿命的关键工序，是发挥材料潜力、达到机械零部件轻量品质量和寿命的关键工序，是发挥材料潜力、达到机械零部件轻量化的主要手段。化的主要手
9、段。(2)(2)材料研究领域：研制和开发新材料。材料研究领域：研制和开发新材料。六、热处理的发展六、热处理的发展在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们认识。早在公元前用逐渐为人们认识。早在公元前770前前222年，中国人在生产实年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形影响而变化。白践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。绪绪 论论公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火公元前六世
10、纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两剑和一把工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的应用，使金属二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的应用，使金属热热处理处理工艺得到更大的发展。一个显著的进展是工艺得到更大的发展。一个显著的进展是19011925年，在年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；20世纪世纪60年代，年代，热处理热处理技技术运用了等
11、离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。理方法。绪绪 论论我国热处理的发展历程我国热处理的发展历程古代高水平：古代高水平：春秋战国明清以前：从出土文物可见。近代落后：近代落后：明清新中国以前：统治者闭关锁国。现代奋起直追：现代奋起直追：新中国以前至今：总体上和发达国家比仍有一定差距。具体表现在：(1)科研：科研：个别研究处于世界领先水平，总体研究水平相对落后； (2)生产：生产：工业生产自动化程度不高，能耗较大，特
12、别是技术设备和装备相对落后。本课程特点：本课程特点：大部分概念不是定量的，而是定性的，很少演绎、推理、计算；对生产实际中的现象要进行归纳分析，找出各种事物和因素之间联系以及它们相互制约的规律，并去解决实际问题；初学者常认为这门课程内容庞杂，实际上系统性强。本课程学习方法本课程学习方法多进行归纳和总结；利用习题深刻理解教学内容，学会分析问题。 绪绪 论论学习参考书：学习参考书：1 1、崔忠圻主编：、崔忠圻主编：金属学与热处理金属学与热处理，机械工业出版，机械工业出版社，社，20072007年年5 5月第月第2 2版版2 2、石德珂主编：、石德珂主编：材料科学基础材料科学基础，机械工业出版社，机械工业出版社，20032003年年7 7月第月第2 2版。版。3 3、王顺兴主编：、王顺兴主编：金属热处理原理与工艺金属热处理原理与工艺，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，工业大学出版社，20092009年年9 9月第月第1 1版。版。学习参考网站：学习参考网站：金属材料论坛：金属材料论坛：http:/http:/ 论论
