金属材料绪论
金属材料学思考题答案2
金属材料学思考题答案2绪论、第一章、第二章1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点？答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。
2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？答：回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显著下降的现象热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。
③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解，3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等；凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等？E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。
S点左移：钢中含碳量小于0.77％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。
4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。
1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织)5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。
金属材料学思考题答案
金属材料学思考题答案2绪论、第一章、第二章1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。
2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性合金元素对回火转变有哪些影响答：回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显着下降的现象热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。
③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解，3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响这种影响意味着什么答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等；凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。
S点左移：钢中含碳量小于％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。
4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。
1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织)5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。
金属材料与热处理绪论课件
高性能金属材料的研发与应用
高强度钢
高强度钢具有较高的抗拉强度和屈服点，广泛应用于汽车、建筑 和船舶制造等领域。
轻质金属材料
如钛合金和铝合金，具有密度低、强度高、耐腐蚀等优点，在航空 航天、汽车和体育器材等领域得到广泛应用。
功能金属材料
如形状记忆合金、超导合金和磁性合金，具有特殊的功能性质，在 医疗器械、能源和通讯等领域有广阔的应用前景。
相变和组织转变过程的调控，从而达到改善材料性能的目的。
热处理的方法与分类
• 总结词：热处有其特定的工艺参数和应用范围。
• 详细描述：退火是将金属加热到适当温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的一种工艺方法，主要用于消除内应力、 降低硬度、改善切削加工性等。正火是将金属加热到临界点以上适当温度后保持一定时间，然后空冷至室温的一种工艺 方法，主要用于细化晶粒、提高强度和韧性等。淬火是将金属加热到临界点以上适当温度后迅速冷却至室温的一种工艺 方法，主要用于提高硬度和耐磨性等。回火则是将淬火后的金属加热到适当温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温 的一种工艺方法，主要用于稳定组织、消除内应力、提高韧性等。
03 金属材料的性能与测试
金属材料的力学性能
弹性性能
金属材料在受到外力作用时， 能够迅速恢复其原始状态的能力。
塑性性能
金属材料在受到外力作用时， 能够发生永久变形而不破裂的 能力。
强度性能
金属材料抵抗外力作用而不被 破坏的能力。
硬度性能
金属材料抵抗表面变形或破坏 的能力。
金属材料的物理性能
热导率
金属材料的性质与用途
金属材料的性质
金属材料的性质主要包括物理性质、化学性质和力学性质。
金属材料的用途
金属材料广泛应用于建筑、机械、航空航天、能源、交通、 电子等领域。
金属材料的先进制备技术
1.2 材料加工技术
材料加工技术的总体发展趋势 过程综合、技术综合、学科综合； 性能设计与工艺设计的一体化（第五次革命）； 在材料设计、制备、成形、处理的全过程中对材料 的组织性能利形状尺寸进行精确控制（计算机仿真、 数据库）。
全属材料加工技术的主要发展方向
常规材料加工工艺的短流程化和高效化 发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制 材料设计(包括成分设计性、性能设计与工艺设计)、制备与 成形加工一体化 开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新制品 发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构筑完善的材料数据 库 材料的智能制各与成形加工技术
第二章 快速凝固
2.1 概述 2.2 实现快速凝固的条件 2.3 线材快速凝固成形 2.4 带材快速凝固成形 2.5 体材快速凝固成形
2.1 概述
当液态合金以足够快的冷却速度凝固时，则 可能生成过饱和固溶体、非平衡晶体、非晶 体。 大型铸件的冷却速度约0.001—0.1 K／s；特 薄压铸件的冷却速度 100 K／s,快速凝固过程 的冷却速度可高达 10^6-10^9 K／s。
全属材料加工技术的主要发展方向材料设计包括成分设计性性能设计与工艺设计制备与成形加工一体化材料的智能制各与成形加工技术第二章快速凝固21概述22实现快速凝固的条件23线材快速凝固成形24带材快速凝固成形25体材快速凝固成形21概述当液态合金以足够快的冷却速度凝固时则可能生成过饱和固溶体非平衡晶体非晶薄压铸件的冷却速度100ks快速凝固过程的冷却速度可高达106109形成非晶态
金属材料的先进制备技术 （金属材料加工新技术新工艺）
何宜柱 安徽工业大学 材料科学与工程学院
第一章： 绪论
1.1 材料与材料技术 1.2 材料加工技术
金属材料学第一章和绪论
合金钢的分类
按合金元素的总含量的多少分为： 高合金钢（合金元素含量>10%）， 中合金钢（合金元素含量在5~10%）； 低合金钢（合金元素含量<5%）
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
§1.2 合金元素的分类及对铁基 二元相图的影响（作用）
一、合金元素的分类：
铁族金属：Co、Ni、Mn 难熔金属：熔点比Fe高的金属W、Mo、 Nb、V、Cr
2、材料的定义与分类 3、材料学的研究内容与特点 4、研究的机遇与挑战 5、课程的主要内容、特点与目标
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
1、材料与人类文明以及材料在现在工业部门 的重要性及意义
当代社会文明与国民经济的3大支柱：材料、能源与信息
材料可以实现能源的转换、存储和应用；同时材料是信息传输、 存储的载体
微合金钢：某些合金元素（如Nb、Ti、Zr、 B），即使其含量在0.1%（B在0.001%）时， 亦可能显著的影响钢的组织和性能，这一类钢 称为~
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
合金 钢的 性能 特点
更高的力学性能
优良的热处理工艺 性能
特殊的物理与化学 性能
更高的价格
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
碳化物形成元素与非碳化物形成元素在周期 表中分布有什么规律呢？
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
Ⅰ A
H
Ⅱ A
Li Be
Na
Mg
Ⅲ B
Ⅳ B
Ⅴ B
Ⅵ B
Ⅶ B
0
Ⅲ A
Ⅳ A
Ⅴ ⅥA A
Ⅶ A
He
B C N O F Ne
金属材料学绪论
1.2 钢的合金化
1、形成铁基固溶体 1）置换固溶体
1.2 钢的合金化
合金元素的固溶规律， 即Hume-Rothery规律
决定组元在置换固溶体中的溶解度因素 是点阵结构、原子半径和电子因素，无限 固溶必须使这些因素相同或相似。
1.2 钢的合金化
1.2 钢的合金化
结 论
2）间隙固溶体
1.2 钢的合金化
1.3 合金元素对钢的相变影响
4、对奥氏体晶粒长大的影响 1）Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒长大； 由于形成的碳化物或氮化物稳定性高，高温时不溶解，可
钉扎晶界；若溶解于奥氏体中，则会↑Fe原子间的结合力， ↓Fe的自扩散系数，↓奥氏体晶粒长大。
2）C、N、B↑晶粒长大； 由于它们溶于奥氏体后会↓铁原子的自扩散激活能。
A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也 为奥氏体——奥氏体钢；
F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在室温下也 为铁素体——铁素体钢。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
a) Cr对相区的影响
b) Mn对相区的影响
1.2 钢的合金化
一、合金元素在钢中的存在形式
1．形成铁基固溶体 2．形成合金渗碳体（碳化物）与氮化物 3．形成金属间化合物 4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相 5. 自由态
原因：形成了一部分不溶于奥氏体中的特殊碳化物，固定了钢 中一部分碳，使奥氏体碳含量下降，必须再增加一部分碳才能发 生共析转变。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
四、对A1、A3温度的影响
A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动； F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动。
五、对γ-Fe相区的影响
金属材料学
绪论有色金属介绍
⑵重有色金属：密度＞4.5g·cm-3
Cu、Ni、Pb、Zn、Co、Sn、Hg ⑶贵金属：Au、Ag、Ra、Rh、Pd、Os、Ir、Pt（密度大、价贵） ⑷准金属：Si、Se、Te、As、B ⑸稀有金属：Li、Rb、Cs、Be、W、Mo ⑹稀土金属 ⑺低熔点金属：碱金属 p区金属 ⑻高熔金属 W、Mo、Ta 有色金属元素的存在形式 游离态：不活泼的Au、Ag、Pt 、Cu等； 化合态：活泼元素以卤化物存在，溶于海水里较多；难溶的矿藏多。
4.2 中华民族对材料及材料科学的贡献: ⑴陶器
⑵青铜器：
司母戊方鼎：口呈长方形，长110厘米，宽78厘米， 壁厚6厘米，高133厘米，重875千克.
古铜镜：透光镜
剑: 钟：华严钟也叫永乐钟，铸于明代永乐年间(1403
－1424）。钟高6.94米，最大直径3.3米，厚 22厘米，净重46.5吨 。钟身上铸有佛经、咒 语，共二十三万多字 。声音洪亮悠扬，能传 到数十里以外，并持续三分钟之久。
海水中含80多种、60多种金属，如 U10亿吨、Au 500万吨
2 课程内容、性质及目标
2.1 内容 有色金属材料:除黑色金属外的金属和合金。 本课程以有色金属铜、铝、镁、钛、锌、镍等金属及其合金为 基础，介绍有色金属及其合金类型、制备、组织性能特点、强化 方法、加工性能及抗蚀性能、应用等。
学习重点： 成分、牌号、组织、性能与强化机制和应用
3.2 学习方法 ⑴笔记 ⑵作业（隔周交作业） ⑶掌握重点
3.3 考试方法 平时 (10％) +试卷(90％)
4 有色金属材料概述
4.1 有色金属材料在我国发展状况 铜、铝、镁、钛、铅、锌、镍、锡、锑、汞
万吨 3000 2500 2000 1500 1000 500
绪论,第一章金属的结构与结晶
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1、过冷现象：金属的实际结晶温度低于 理论结晶温度（熔点）。 2、过冷度：金属的理论结晶温度Tm与实 际结晶温度Tn之差。 △T=Tm-Tn>0 3、同一成分的金属，冷却速度愈大，则 过冷度也愈大。 4、临界过冷度（△Tk）：过冷度有一最 小值，若过冷度小于这个值，结晶过程 就不能进行。
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(二)结晶过程的微观现象
原子密度最大的晶面是（111），
晶向是［110］。
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(四)晶体的各向异性
由于晶体中不同晶面和晶向上的原子 密度不同，因而晶体在不同方向上的性能 有所差异。 如冷轧硅钢片，当易于磁化的〈100〉 晶向平行于轧制方向时，得到优异的磁导 率。
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§ 1-2金属的实际结构和缺陷
一、多晶体结构 1、单晶体：内部的晶格位向完全一致的 晶体。
九江长江大桥 : 跨度216 米,始建于 1973年12月，1992年公路桥建成通车，
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§0-2 影响金属材料性能的因素 一、化学成分 组成金属材料的各种元素的种类及其浓 度（一般用重量百分数）。 成分 铝 抗拉强度(MPa) 20-80 延伸率 （%） 32-40
铜
纯铁
200-240
250-330
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3、显微组织：用100-2000倍的显微镜所观 察到的组织。（反映了晶粒的种类、形状、 大小以及各种晶粒的相对数量和相对分布）
通常所说的组织就是指显微组织。
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第一章
金属的结构与结晶
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§1-1金属的晶体结构 一、晶体的概念 1、晶体：原子(离子)呈规则排列的物质。 2、晶体结构（结构）：构成晶体的原子在 三维空间的具体的排列方式。 3、晶格：表示晶体中原子排列形式的空间 格子。 建立：原子简化成点，用假想线连接点。
《金属工艺学》课程笔记
《金属工艺学》课程笔记第一章：绪论，金属材料主要性能一、金属材料的基本概念1. 金属金属是一种具有金属光泽、良好的导电性、导热性和可塑性的物质。
在自然界中，金属以元素形式存在或者以化合物的形式存在。
2. 合金合金是由两种或两种以上的金属，或者金属与非金属通过熔合制成的具有金属特性的物质。
合金的性能通常优于其组成的纯金属。
二、金属材料的分类1. 按化学成分分类- 纯金属：如铁、铜、铝等。
- 合金：如不锈钢、黄铜、青铜等。
2. 按用途分类- 结构材料：用于承受力的材料，如建筑用钢材、飞机用铝合金。
- 功能材料：具有特殊物理、化学或生物功能的材料，如超导材料、形状记忆合金。
3. 按冶金工艺分类- 铸造合金：适用于铸造工艺的合金，如铸铁、铸钢。
- 变形合金：适用于压力加工的合金，如冷轧钢板、热轧型钢。
三、金属材料的主要性能1. 物理性能- 密度：不同金属的密度差异较大，如铁的密度约为7.87 g/cm³，铝的密度约为2.70 g/cm³。
- 熔点：金属的熔点范围很广，如钨的熔点高达3422°C，而汞的熔点为-38.83°C。
- 导电性：金属的导电性通常很好，银的导电性最高，铜和铝也具有良好的导电性。
- 导热性：金属的导热性与其导电性有关，银的导热性最好，其次是铜和铝。
2. 化学性能- 耐腐蚀性：金属在特定环境下的抗腐蚀能力，如不锈钢在空气中具有良好的耐腐蚀性。
- 抗氧化性：金属在高温下抵抗氧化的能力，如镍基合金在高温下具有良好的抗氧化性。
3. 力学性能- 强度：金属抵抗外力作用的能力，分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
- 塑性：金属在受力时产生永久变形而不破裂的能力，如金、银具有良好的塑性。
- 韧性：金属在受到冲击载荷时吸收能量并产生塑性变形的能力，如低碳钢具有较高的韧性。
- 硬度：金属抵抗局部塑性变形的能力，常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度等。
四、影响金属材料性能的因素1. 化学成分：不同元素的加入会改变金属的晶格结构，从而影响其性能。
金属材料学(2012)绪论及第一章
三.钢铁材料的分类
非合金钢; 低合金钢; 合 金 钢
高温合金; 铸
钢; 铸
铁
1、钢：以铁为主要元素，含碳量一般在2%以 下，并含有其它元素的金属材料。 2、铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，其 杂质含量比钢高。 3、高温合金：不以碳作为主要在强化元素， 也可以不以铁作为基体。
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4、杂质元素：由于冶炼工艺、原料等原因， 不可避免地存在于钢中的元素，含量要求 低于某一标准值。 (1)常存元素：Si，Mn，S，P，N，H，O。 (2)残余元素：Cr,Ni,Mo,W，Cu，V，Ti等。
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3、三元碳化物
只限于W，Mo－Fe－C，均为间隙化合物。
(1) 复杂立方点阵M6C型：
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二、碳化物的结构
1. 间隙相
rC/rM<0.59，形成简单点阵的碳化物。
(1) Ti，Zr，Nb，V：形成面心立方点阵的MC型 碳化物。 如TiC，NbC，VC。 (2) W，Mo：形成六方点阵的碳化物 ①简单六方点阵MC型：WC，MoC。 ②密排六方点阵M2C型：W2C，Mo2C。
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2、间隙化合物
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③高速钢含碳量小于1％时，通常也不标注含 碳量 。 如：W18Cr4V： 含碳量 0.7-0.8%
0.8-0.9%
W6Mo5Cr4V2： 含碳量
合金元素相同，含碳量不同的要标注含碳量， 如9W18Cr4V。
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八、低合金钢的编号 可以采用两种不同的方法表示。 1、采用合金结构钢的编号方法， 如09CuPTi，15MnVN，15MnVB。 2、采用碳素结构钢的编号方法， 如Q490，Q640。
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非合金钢 Mn Mo <1% <0.05%
金属工艺学-0绪论-1钢铁材料及热处理
河北理工大学 机械工程学院
绪论
• 金属工艺学 金属工艺学:
研究金属材料性质及其加工工艺为 主的综合性技术基础课程。 主的综合性技术基础课程。 • 主要研究内容： 主要研究内容：
– – – – 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系； 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系； 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性； 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性； 常用金属材料性能对加工工艺的影响； 常用金属材料性能对加工工艺的影响； 工艺方法的综合比较等.
布氏硬度
HBS或HBW 或
洛氏硬度
HRC、HRB、HRA 、 、
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第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.4 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。
Ak v
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第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能 1.5 疲劳强度
材料在多次交变载荷作用下而不引起断裂 的最大应力。 的最大应力。疲劳破坏是机械零件失效的主要 原因之一。 原因之一。
碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金； 碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金； 含碳量<2.11%，硅、锰、硫、磷等杂质.
1.1 碳及杂质对碳钢的影响 强度、硬度提高 塑性、韧性下降 提高， 下降； 碳 --- 强度、硬度提高，塑性、韧性下降； 强度、硬度、弹性提高 塑性、韧性下降 提高， 下降； 硅 --- 强度、硬度、弹性提高，塑性、韧性下降； 下降， 强度、硬度提高 塑性、韧性下降 冷脆； 提高， 磷 --- 强度、硬度提高，塑性、韧性下降，冷脆； 强度、硬度提高 对性能影响不大。 提高， 锰 --- 强度、硬度提高，对性能影响不大。
金属材料教案-绪论
广东省技工学校文化理论课教案共2页第1页科目金属材料一章一节课题金属的性能授课日期9．5课时1班级12机电班授课方式讲授、分析、演示作业题数2拟用时间0.5小时教学目的1、使学生掌握金属性能的主要内容2、掌握一些简单的应力计算选用教具挂图重点力学性能概念，并能掌握力学性能的两种变化形式难点力学性能概念，并能掌握力学性能的两种变化形式教学回顾金属材料这一门课的基本内容，由其基本内容的组成介绍金属的力学性能审阅签名：年月日教学过程共 2 页第 2 页新课导入由大家平时所见到的电线说明，为什么采用铜来做为导线一、金属材料的性能（使用性能和工艺性能）硬度力学性能强度使用性能物理性能力学性能塑性化学性能韧性疲劳强度二、力学性能：指金属在外力作用下所表现出来的性能三、载荷：金属材料加工及使用过程中所受外力静载荷：大小不变和变化缓慢的载荷冲击载荷：短时间内以较高速度作用于零件上的载荷交变载荷：大小，方向隋时间发生周期性变化的载荷四、变形：金属材料受到载荷作用而产生的几何开关和尺寸的变化弹性变形：随着载荷的存在而产生，去除而消失的变形塑性变形：不能随载荷的去除而消失的变形五、内力：与外力相对搞的力六、应力：单位面积上的内力称应力，其符号用σ表示金属受拉伸载荷或压缩载荷作用下，横截面积应力计算σ=F/S 单位为N/m2或Pa其中：σ——应力F——外力S——横截面积注： 1Pa=1 N/m2 1M pa=1 N/m m 2=106Pa布置作业1、已知一外力100N的作用力在一物体上，该物体的直径为φ40mm，试求该物体所受的应力为多少？（课堂练习）2、P16 1，2（课外）。
金属材料的热处理工艺和性能研究
金属材料的热处理工艺和性能研究第一章：绪论金属材料是人类文明发展过程中得到广泛应用的一种材料。
随着科技的不断进步，金属材料的种类也越来越丰富，性能也越来越优越。
而热处理工艺是改善金属材料性能的一种重要方式。
因此，对金属材料的热处理工艺和性能进行研究显得尤为重要。
第二章：金属材料的热处理工艺2.1 热处理的定义热处理是指将金属材料加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后通过不同的冷却方式使金属材料达到一定的组织状态和性能。
2.2 热处理的分类热处理可以分为三类：回火、调质和淬火。
其中，回火主要是对经过淬火的材料进行加热处理，以改善材料的韧性；调质则是对合金钢等材料进行热处理，以达到一定的强度和韧性；淬火则是对普通碳钢等材料进行控制冷却，以提高材料的硬度。
2.3 热处理工艺的步骤热处理工艺主要包括：材料的加热、保温和冷却三个步骤。
其中，加热温度和保温时间的选择是影响材料性能关键的因素。
加热温度过高容易产生晶粒粗大的问题，而加热温度过低则会使金属组织不充分，影响材料性能。
第三章：金属材料热处理后的力学性能和物理性能金属材料经过热处理后，其力学性能和物理性能的变化是非常显著的，具体分析如下。
3.1 金属材料的力学性能热处理后的金属材料一般具有更好的强度和硬度，但是韧性和塑性却相对较差。
其原因是经过热处理后，材料中晶粒的尺寸会变大，而晶粒尺寸的增大对材料的塑性和韧性影响较大。
3.2 金属材料的物理性能热处理后的金属材料物理性能也会有所变化，比如电导率、导热性、磁性等。
这些变化在材料的不同应用领域中，具有着不同的重要作用。
第四章：热处理后的金属材料在工业中的应用4.1 机械加工领域热处理后的金属材料能够提供更优越的性能，其在机械加工领域中广泛应用。
比如在机床工作台、各种机器零部件、以及汽车、航空等领域中使用较多，其耐磨性、耐久性和使用寿命都能得到有效的提高。
4.2 电子制造领域金属材料热处理后能够提高导热性和电导率，因此其在电子制造领域中应用广泛。
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绪论 金属材料的过去、现在和将来
0.1.2第二阶段－金属材料学科的基础
铁对人类文明做出了巨大的贡献。如1788年诞生第1座铁桥，1818年第1艘铁船下水， 1825年第1条铁路运行。人类对铁的研究与发展构成了金属材料科学的基础。 19世纪，冶金学家和晶体学家的工作对金属材料发展做出了重要的贡献。
这一阶段主要是奠定了金属材料学科的基础，如金属学、金相学、相变和合金钢等。 1803年，道尔顿提出了原子学说，阿伏加德罗提出了分子论。
年可以保证需求的矿产仅为9种，特别是铁、锰、铬、铜、铝等矿产将长期短缺。
另外，现有资源利用率不高，资源浪费严重。矿产资源的开发总回收率只有30％～50%，
比发达国家平均低20％左右。
“高投入，低产出，高污染”问题，在中国资源的开发与利用中严重存在。
2003年，中国消耗了相当于全球总产量30％的主要能源和原材料，创造的国内生产总值(GDP)仅占到 4％。
绪论 金属材料的过去、现在和将来
0.1.4 第四阶段－微观理论的深入研究
1938年发明了电子显微镜，1940开始金属学得到飞跃发展。
许多专家进行了原子扩散的研究，提出扩散驱动力不是浓度梯度，其本质是化学位梯度。 大量钢的TTT曲线得到了测定，特别是Hanemann和Schrader用不同速度冷却的试样对先共析组成物的形 貌进行了研究及分类。 Cohen等研究者的许多论文报道了马氏体相变的稳定化、爆发现象、相变临界点、回火过程变化等研究结 果。 由于电子显微镜的发明，人们不仅看到了钢中第二相沉淀析出，还看到了位错的滑移行为，发现了不全位 错、层错、位错墙、亚结构等现象。位错理论得到了完善。
全世界都非常重视资源和环境问题。例如，德国政府规定，各种材料均应实行最大限度的
回收利用。在冶金行业，95％的矿渣、70％以上的粉尘已得到重新利用，2002年有2000t废旧钢铁 被重新利用。中国正在探索循环经济这条可持续发展的道路。
用全生命周期思想考虑材料设计与生产是必然趋势。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，以及废弃物无害资源化转化技术等，是当前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。
合金发展的主流方向是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。
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(2)高温合金材料 对动力机械和运载机械来说，工作温度越高，比强度和比刚度越高，则效率也越 高。国际发动机发展趋势：涡轮温度和推重比都在逐步提高，要求材料及冷却技 术要不断改进。 飞机及航空发动机性能的改进，其2/3和1/2是要靠材料性能的提高。汽车节油有 37％靠材料的轻量化，40％靠发动机的改进，而绝热发动机（不需要冷却）主 要靠材料性能的提高。高温材料的研究与开发是当务之急。 从高温材料看，碳复合材料可达到2500℃，但抗氧化能力太差，只能用于火箭、 导弹； 树脂基复合材料的工作温度只有300～350 ℃；
这些仪器提供了大量金属表面和界面的微观结构信息，导致了金属表面和界面科 学的产生。
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0.2 现代金属材料
金属材料一直是最重要的结构材料和功能材料。钢铁、铜合金、铝合金、镍合金等都是最 重要和最广泛应用的传统金属材料。21世纪，也不能否定金属材料是最重要的结构材料 和功能材料的地位。随着社会的发展，对金属材料的使用性能的要求越来越高，金属材料本身必 须要发展以满足新的需要，同时科学技术的发展，有可能使金属材料得到新的大发展。可以预期， 新型金属材料的发展和应用将成为21世纪金属材料工业的重要特征之一。 (1)先进结构材料 研究与开发是永恒的主题。结构材料一般数量大，资源与能源消耗高，污染严重， 对可持续发展有决定性作用。
1830年，Hessel提出了32种晶体类型。
1839年，普及了晶体Miller指数。 1891年，俄、德、英等国的科学家分别独立地创立了点阵结构理论。 1864年，Sorby第一个对金属进行制片、抛光、腐蚀和照相，诞生了第一张金相组织照片。金 相显微镜的发明人，金相之父。 1827年，Karsten从钢中分离出了Fe3C,一直到1888年Abel证明了这是Fe3C.
冶金史（金属材料史）－金属材料发展史。可追溯到几千年前 Cahn主编《Physical Metallurgy》详细叙述金属材料发展，分为四个阶段。
0.1.1第一阶段－原始钢铁生产
公元前4300，使用自然的金、铜，锻打、热加工等形式的工艺。 公元前2800，铁的熔炼。 公元前2000，商、周 时期，青铜器兴盛，编钟 春秋时期，中国掌握了生铁铸造，农业上广泛应用。 淬火技术已有较大发展，“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”－水淬，油淬。 世界古代兵器最著名的有：中国的宝剑、西欧的大马士革刀和日本的武士 剑。
金属在结构材料中仍然占有重要位置，特别是钢铁材料，在今后几十年里其产量 不会下降。提高金属材料产品的质量，改善其使用性能和延长使用寿命，是实现 节约能源和资源，减少环境污染的途径。
提高传统金属材料的性能，重要的途径之一是使材料的组织更均匀一些，材料更 纯洁一些。 美国麻省理工学院Flemings提出金属半固态加工技术，被认为是21世纪最有前途 的材料制备加工技术之一，该研究对显著改善和提高材料的质量、缩短工艺流程、 降低成本、合理利用资源等都具有重要意义，并且可以产生许多新的交叉学科创 新成果。
对于金属学发展有突出贡献的人，分别以他们的名字命名钢的组织。
以英国金属学家Austen命名奥氏体（Austenite); 美国科学家Bain命名了贝氏体（Bainite); 英国科学家Sorby发明了金相显微镜，被命名为索氏体(Sorbite); 德国金属组织学的奠基人Marten,以马氏体（Martensite)命名；
莱氏体（Ledeburite)为了纪念德国学者Ledebur。
这一时期研究了许多新合金钢。
1820年Berthier成功研制了铁－铬合金； 1857年Jacob发明了钨钢，Mushet发展了钨钢。
1871年Robert Hadfield研究成功了锰钢和硅钢。
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0.1.3第三阶段－微观组织理论大发展
主要成就是合金相图、X射线发明及应用，位错理论的建立。
1900～1940 大学设置冶金系，工业上开始了大量生产与研究。 Tammann导出了合金相组成的一般规律，发现了合金相本质，得到了大量合金相图。 1912年Von laue发现了X射线，Bragg加以发展。利用X射线证实了a-Fe, d-Fe体心立方，g-Fe是面 心立方。 对微观组织的研究，打破了晶体是完整性的传统概念。许多研究者提出了晶体中存在的各种缺陷、 空位。 1934年，俄国Polanyi、匈牙利Orowan和英国Taylor各自独立地提出了位错理论，用以解释马氏体 的塑性变形。 这个时期，出现了许多新的合金钢，如Strauss于1910年发明了奥氏体不锈钢，Brearly在1912年发 明了铁素体不锈钢。Brinell于1990年发明了硬度计。 Griffith提出了应力集中会导致产生微裂纹的说法，成为以后断裂理论的基石。
现有的金属基复合材料虽然有比较好的综合性能，由于成本高，只有颗粒或短纤 维增强的金属基复合材料有可能大量推广于民用。
钛及钛铝中间化合物密度小、工作温度高（600～1000 ℃ ），在空间机械应用 前景广泛。
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（3）低温钢 由于各种低温技术的温度、应力等的服役条件不同，因此对材料要求也不同；需 要开发各种系列用途的低温奥氏体钢。传统奥氏体钢由于组织稳定性和强度低等原因而不能 胜任。许多国家都在致力于开发各种高性能低温用新型奥氏体结构钢。 中国“九五”规划中把低温钢、高性能钢等高技术各领域有特殊用途的材料作为 重点发展的对象。国家自然科学基金和宝钢的联合基金于2001年把高性能钢、高 氮奥氏体不锈钢列入鼓励研究的范围。通过研究，开发出性能高、可靠性好的低 温钢、高氮奥氏体不锈钢。
绪论 金属材料的过去、现在和将来 0.3 金属材料的可持续发展与趋势
2004年在北京召开了“国际新材料与加工、应用博览会暨研讨会”，会议主题 是“循环型社会的材料产业－材料产业的可持续发展”。
中国工程院左铁镛院士作了“构筑循环型材料产业，促进循环经济发展”的报告。
目前中国资源的主要矛盾表现在资源供给不能满足国民经济发展的需要。20ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
Cottrell于1948年提出了碳或其他原子停留在位错上，能把位错钉扎住，这就是所谓的Cottrell气团。
科学仪器不断发明和性能不断提高。由于粒子光学的发展，显微镜向多功能方向发展，又产生
了一些新的仪器，如电子探针分析器、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。
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1861年，俄罗斯契尔诺夫提出钢的临界转变温度的概念，为钢的相变及热处理工艺研究迈出 了第一步。 19世纪末，马氏体研究已成为时髦课题，钢的硬化理论得到了深入研究。 Willard Gibbs推导得到了相律，为相图研究打下了基础。 Robert-Austen等人研究了奥氏体的固溶体特性，以后Roozeboom总结了他人的结果，建立了 Fe-Fe3C系的平衡图。
人口膨胀、资源短缺和环境恶化是当今人类社会面临的三大问题。
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无废物的生产对资源和环境的保护具有重要的意义。最典型的是微生物冶金， 已经在许多国家进行了工业性生产。
某些细菌喜欢金，落叶松能聚集铌，玉米能聚金，甜菜和烟草可集锂，软体动物能生产铜，龙虾能 集钴等。 美国利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。现在可从海水中 提取镁、铀等元素，全世界生产的镁大约有20％来自海水，美国靠这种镁已满足需求量的80％。
课程名称：金属材料
授课教师：王桂松
材料楼809房间 电话：86418674