金屬材料學緒論第1頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

教學安排-----學習方法

總學時：56學時

課堂講授—50學時；實驗—4學時；

機動—2學時。

教材：《金屬材料學》戴起勛

化學工業出版社

參考書：

《金屬材料學》吳承建

冶金工業出版社

《金屬材料學》王笑天

機械工業出版社

學術期刊—鋼鐵、金屬學報、有色金屬學報、功能材料等各類材料研究的學術期刊及外文期刊。第2頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四金屬材料學課程主要內容：金屬材料學》是材料類本科專業主干課程。系統地介紹了鋼鐵材料的合金化原理，包括合金元素和鐵及碳作用、合金元素在各類相變過程中的作用、對材料強化和韌化的影響以及合金鋼工藝性能的特點。圍繞材料成分—工藝—組織—性能—應用的主線，介紹了各類機器零件用鋼、工模具用鋼、特殊性能鋼、鑄鐵等常用鋼鐵材料和鋁、銅、鈦、鎂等有色金屬合金典型材料。根據材料的發展，介紹了比較成熟的新型金屬材料，如磁性合金、金屬基復合材料、微合金非調質鋼等。第3頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第4頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第5頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第6頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第7頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第8頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第9頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第12頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第14頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第15頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第16頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第17頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第18頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第19頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第20頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第21頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第22頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第23頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第25頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第26頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第27頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第28頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第29頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第30頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第31頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第32頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第33頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第34頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四第35頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

緒論

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金屬材料的過去、現在和將來

金屬材料發展簡史

1、第一階段——原始鋼鐵生產

公元前4300年：自然的金、銅及鍛打等工藝公元前2800年：鐵的熔煉公元前2000年：青銅器興盛，編鐘與武器（商、周、春秋戰國）東漢時：反復鍛打鋼→最原始形變熱處理工藝。淬火技術:“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”

→現代的水淬、油淬。第36頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四上圖：吳王夫差矛和越王勾踐劍右上：商周時期的青銅敦和尊盤-國家一級文物右下：商代青銅縱目人面像第37頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

擂鼓礅二號墓編鐘復制件1981年湖北擂鼓墩二號墓出土戰國編鐘一套，音律準確，音色優美。其件數和規模僅次于曾侯乙編鐘，總音域達5個8度以上，可自己轉調，奏出五聲、六聲、七聲音階構成的各種樂曲。須五人合作演出，眾聲齊發，交響疊鳴。無愧為古代音樂之絕響。第38頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四2、第二階段——金屬材料學科的基礎

奠定金屬材料學科基礎：金屬學、金相學、相變和合金鋼等。1803年：道爾頓提出原子學說，阿伏加德羅提出分子論。1830年：Hessel提出32種晶體類型，普及晶體指數。1891年：俄、德、英等國科學家分別獨立地創立了點陣結構理論。1864年：Sorby制備第一張金相照片，9倍，但意義重大。1827年：Karsten從鋼中分離出了Fe3C，1888年Abel證明了這是Fe3C。1861年：俄契爾諾夫提出了鋼的臨界轉變溫度的概念。19世紀末：馬氏體研究已成為時髦，Gibbs得到了相律，

Robert-Austen發現了奧氏體固溶特性，Roozeboom建立了Fe-Fe3C系的平衡圖。第39頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四鋼的組織命名：

Austenite→英金屬學家Austen；Bainite→美科學家Bain；Sorbite→英科學家Sorby；Martensite→德科學家Marten；Troostite→法化學家Troost；Ledeburite→德學者Ledebur新合金鋼發明：

1820年，鐵-鉻合金；1857年，鎢鋼；1898年,含鎢高速鋼雛形1871年，錳鋼和硅鋼。開始了合金鋼的新紀元第40頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四3、第三階段——微觀組織理論大發展

合金相圖，X射線發明及應用，位錯理論的建立。

1912年：發現X射線，證實α（δ）-Fe是bcc，γ-Fe是

fcc；固溶體規律。1931年：發現合金元素的擴大和縮小γ區作用.1934年：俄國Polanyi、匈牙利Orowan和英國Taylor各自獨立地提出了位錯理論，解釋鋼的塑性變形；馬氏體轉變的晶體學。1938年：發明了電子顯微鏡。1910年：發明A不銹鋼，1912年發明了F不銹鋼等。1990年：發明了布氏硬度計，Griffith提出了應力集中會導致產生微裂紋。第41頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四4、第四階段——微觀理論的深入研究微觀理論的深入研究：

原子擴散及其本質的研究；鋼TTT曲線測定；貝氏體、馬氏體轉變理論形成了比較完整的理論。位錯理論建立：電子顯微鏡的發明→看到了鋼中第二相沉淀析出，位錯滑移，發現了不全位錯、層錯、位錯墻、亞結構、Cottrell氣團等現象→位錯理論。新科學儀器不斷發明：

電子探針，場離子發射顯微鏡和場電子發射顯微鏡、掃描透射電鏡（STEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）等.第42頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四0.2現代金屬材料

先進結構材料的研究與開發是永恒的主題。

開發高性能結構材料：高比強度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損→降低機械重量、提高性能、延長使用壽命的關鍵。復合材料→結構材料，廣泛應用，如鋁基復合材料。開發各種系列用途的低溫奧氏體鋼。改造傳統結構材料：重要途徑是組織更細更均勻，材料更純潔→關鍵是工藝。“新一代鋼鐵材料”強度相當于現有鋼鐵材料兩倍。美“9.11”事件，暴露建筑用鋼結構抗高溫軟化能力差→開發高強熱軋耐火耐候鋼。第43頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四開發其他高性能鋼：利用各種新工藝新方法制造出韌性和耐磨性都很好的新型工具鋼。經濟合金化是高速鋼的一個發展方向，工具材料的各種表面處理技術開發，在新型工具材料的開發上具有重要的意義。

先進制備工藝：如金屬半固態加工技術，鋁鎂合金技術成熟，已應用。第44頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

現有鋼的技術界限和鋼強韌化努力的方向第45頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

水陸兩用汽車輕型吊軌磁懸浮列車

材料的發展使汽車和飛機等性能發生了突變

第46頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四美國飛行汽車

MX-400空中汽車

美國莫勒潛心研究.被譽為“汽車演變的里程碑”。飛機外形像一輛新穎別致的小汽車。空中飛行依仗的是它有可轉動的發動機及專門提供升力的風扇。第47頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

自從1903年12月17日美國萊特兄弟把第一雙人類翅膀送上天空后，各種飛機不斷地在快速發展，對制造飛機各類零部件的材料要求也越來越高。主要是比強度高、重量輕、耐高溫、耐疲勞等性能。第48頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

世界貿易大廈基本上是用鋁合金貼面的.在“9.11”事件中，該雙子大樓遭到襲擊，毀于一旦。但它作為一個大量使用鋁合金貼面的的雄偉建筑將永遠載入史冊。第49頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

泰坦尼克號快速沉沒的原因小問題引大災難.泰坦尼克號撞上冰山后快速沉沒,經查明是因為含有9%礦渣的48根鉚釘使泰坦尼克號鋼板散架.第50頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四0.3金屬材料的可持續發展與趨勢

2004年提出了“循環型社會的材料產業——材料產業的可持續發展”。微生物冶金:無廢物的生產，已在許多國家進行了工業性生產。美國利用微生物冶金方法生產的銅占總產量的10%，日本人工培植海鞘以提取釩。海水是一種液態礦，海水中含有的合金元素量超過100億噸。現在已可從海水中提取鎂、鈾等元素，全世界生產的鎂大約有20%來自海水，美國靠這種鎂已滿足著需求量的80%。我國資源短缺；資源浪費嚴重；污染嚴重。

第51頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

循環材料產業：適應時代需要，把生態環境意識貫穿于產品和生產工藝的設計之中，提高材料利用率、降低生產和使用過程中環境的負擔。發展形成資源—材料—環境良性循環的產業。合金發展的主流方向是少合金化與通用合金，形成綠色/生態材料體系，有利于材料的回收與再生利用。要研究開發與人民生活密切相關的綠色材料以及環境友好材料。第52頁，共56頁，2023年，2月20日，星期四

鈦合金被稱為“空間金屬”、“未來鋼鐵”。鈦合金比強度是最高的，在高溫和低溫下都能保持高強度，耐蝕性也是無可匹敵的。鈦在地球中含量不少（0.6%）。但是提煉工藝復雜，成本高，廣泛應用受到限制。鈦合金將是二十一世紀為人類作重要貢獻的金屬材料之一。

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