金属材料强韧化原理及应用ppt课件
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The future of metals
2020/5/3
.
5
金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾
金属材料在材料科学领域占有及其重要的地位
“金属”在《辞海》中被解释为：“具特有光泽而不透明（对可见光强烈反 射的结果）,富有展性、延性及导热性、导电性的这一类物质。” 在门捷列夫的元素周期表中，左下角绝大部分是金属的领域，仅右上角才是 非金属的地盘。也就是说在人类至今认识的109种化学元素中，非金属只有 22种，而金属元素有87种，在总体的化学元素中占了近80%。可以说，金属 在我们的生产生活中是无处不在的。
2020/5/3
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10
金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾 晶体的微观周期性结构
晶体点阵中的缺陷
电子在周期势场中的运动
晶体的宏观 几何形貌
位错在晶体中运动
量子力学Schrödinger方程
表面组装
金属材料强化理论
2020/5/3
能带理论 固体半导体理论
.
晶体生长理论
11
金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料强韧化的内涵
2020/5/3
.
15
金属材料强韧化原理及应用
金属材料的强度
强度来源是原子键合力，取决于元素本质的基本性质，同时也是最 典型的结构敏感性能。
根据图所示的曲线 有:
= m sin(2 x /)
式中x为原子平面拉开的距离（从原子平面间距a 0处开始计算， 即原子间的位移），为正弦曲线的波长, a 0为原子间的平衡距离
Fire – tetrahedron（四面体） Air – octahedron（八面体） Earth – cube（六面体）
Water – icosahedron（二十面体） Ether – dodecahedron（十二面体）
2020/5/3
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9
金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾 人类对材料微观结构认识的发展过程
金属材料强韧化目的
提高材料的强度和韧性的目的
节约材料，降低成本，增加材料在使用过程中的可靠性和延长服 役寿命 希望所使用的材料既有足够的强度，又有较好的韧性，通常的材 料二者不可兼得 理解材料强韧化机理，掌握材料强韧化现象的物理本质，是合理 运用和发展材料强韧化方法从而挖掘材料性能潜力的基础
2020/5/3
结构材料 功能及智能材料
2020/5/3
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7
金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾
人类对材料微观结构认识的发展过程
1）逻辑推理(古 代 哲 学 家，432 BC.) 2）宏观形貌观察、观测（by eye, 1669） 3）数学理论计算 4）科学测定（X-ray diffraction, electron diffraction,等）
材料科学是21世纪四大支柱学 科之一，而金属材料工程则是材料 科学中一个重要的专业方向。
2020/5/3
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6
金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾 金属材料在新材料研究领域中也具有十分重要的地位
近年来出现的新材料
新型氮化物、氧化物等陶瓷刀具材料； 新型高温合金、高温陶瓷以及金属间化合物； 新型高强度、高成形性钢铁材料； 新型高比强度、高比刚度复合材料； 高磁化能的磁性材料、非晶合金材料； 新型光导纤维、敏感材料； 新型生物功能材料ຫໍສະໝຸດ Baidu 国防军工尖端材料（极端条件下） .......?
2020/5/3
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2
金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾 金属材料的发展和应用是人类文明发展和进步的重要里程碑
人类历史的划分 石器时代陶器时代 青铜器时代 铁器时代 铝 (Al) 钛(Ti)
金属时代开始
五千年
2020/5/3
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3
金属材料强韧化原理及应用
2020/5/3
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4
金属材料强韧化原理及应用
.
12
金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料强韧化的内涵
金属材料强韧化主要研究的问题
强韧化问题的主要着眼点在于材料的性能
材料的性能
结构不敏感的性能 元素的熔点
单一元素物质弹性模量 元素的线膨胀系数 元素的磁性能 。。。
结构敏感的性能 强度 韧性 硬度
疲劳强度 。。。
2020/5/3
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料强韧化的内涵
1、古代中国： “日取其半，万世不竭” “道生一，一生二，二生三，三生万物”（《老子》）； “以土与金、木、水、火杂以成百物”（《国语·正语》）； “太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦交而生万物”
（《易经》）
2020/5/3
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾
2、古代欧洲 Plato 柏拉图(427-347BC, 古希腊哲学家) Euclid欧几里得(约公元前3世纪的古希腊数学家) 用fire, air, earth, water, ether－以太) 描述世界万物.
理想晶体解理断裂的理论断裂强度： m = (E. s / a 0 )1/2
金属材料强韧化原理及应用
Principle and Application of Strengthening and Toughening for
Metal Materials
.
金属材料强韧化原理及应用
课程总体内容
金属材料强韧化简介 强韧化原理部分 强韧化应用部分 超常规金属材料制备技术
1）快速凝固技术 2）喷射沉积技术 3）机械合金化 4）半固态加工 5）搅拌摩擦加工 6）大塑性变形加工
金属材料的基本性能
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金属材料强韧化原理及应用
金属材料的强度
强度是在给定条件（温度/压力/应力状态/应变速率/周围介质）下材 料达到给定变形量所需要的应力，或材料发生破坏的应力
材料的内部应力：拉伸、压缩、剪切 强度分为：拉伸强度、压缩强度、剪切强度 加载特征分为：弯曲、扭曲、冲击、疲劳 若未到破坏强度，则因形变而失去承载能力
1669, N. Steno, 晶面角守恒定律 1885, A. Bravais, 晶体空间点阵学说 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）
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾
金属材料在材料科学领域占有及其重要的地位
“金属”在《辞海》中被解释为：“具特有光泽而不透明（对可见光强烈反 射的结果）,富有展性、延性及导热性、导电性的这一类物质。” 在门捷列夫的元素周期表中，左下角绝大部分是金属的领域，仅右上角才是 非金属的地盘。也就是说在人类至今认识的109种化学元素中，非金属只有 22种，而金属元素有87种，在总体的化学元素中占了近80%。可以说，金属 在我们的生产生活中是无处不在的。
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾 晶体的微观周期性结构
晶体点阵中的缺陷
电子在周期势场中的运动
晶体的宏观 几何形貌
位错在晶体中运动
量子力学Schrödinger方程
表面组装
金属材料强化理论
2020/5/3
能带理论 固体半导体理论
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晶体生长理论
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料强韧化的内涵
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金属材料强韧化原理及应用
金属材料的强度
强度来源是原子键合力，取决于元素本质的基本性质，同时也是最 典型的结构敏感性能。
根据图所示的曲线 有:
= m sin(2 x /)
式中x为原子平面拉开的距离（从原子平面间距a 0处开始计算， 即原子间的位移），为正弦曲线的波长, a 0为原子间的平衡距离
Fire – tetrahedron（四面体） Air – octahedron（八面体） Earth – cube（六面体）
Water – icosahedron（二十面体） Ether – dodecahedron（十二面体）
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾 人类对材料微观结构认识的发展过程
金属材料强韧化目的
提高材料的强度和韧性的目的
节约材料，降低成本，增加材料在使用过程中的可靠性和延长服 役寿命 希望所使用的材料既有足够的强度，又有较好的韧性，通常的材 料二者不可兼得 理解材料强韧化机理，掌握材料强韧化现象的物理本质，是合理 运用和发展材料强韧化方法从而挖掘材料性能潜力的基础
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结构材料 功能及智能材料
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾
人类对材料微观结构认识的发展过程
1）逻辑推理(古 代 哲 学 家，432 BC.) 2）宏观形貌观察、观测（by eye, 1669） 3）数学理论计算 4）科学测定（X-ray diffraction, electron diffraction,等）
材料科学是21世纪四大支柱学 科之一，而金属材料工程则是材料 科学中一个重要的专业方向。
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾 金属材料在新材料研究领域中也具有十分重要的地位
近年来出现的新材料
新型氮化物、氧化物等陶瓷刀具材料； 新型高温合金、高温陶瓷以及金属间化合物； 新型高强度、高成形性钢铁材料； 新型高比强度、高比刚度复合材料； 高磁化能的磁性材料、非晶合金材料； 新型光导纤维、敏感材料； 新型生物功能材料ຫໍສະໝຸດ Baidu 国防军工尖端材料（极端条件下） .......?
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾 金属材料的发展和应用是人类文明发展和进步的重要里程碑
人类历史的划分 石器时代陶器时代 青铜器时代 铁器时代 铝 (Al) 钛(Ti)
金属时代开始
五千年
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金属材料强韧化原理及应用
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金属材料强韧化原理及应用
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料强韧化的内涵
金属材料强韧化主要研究的问题
强韧化问题的主要着眼点在于材料的性能
材料的性能
结构不敏感的性能 元素的熔点
单一元素物质弹性模量 元素的线膨胀系数 元素的磁性能 。。。
结构敏感的性能 强度 韧性 硬度
疲劳强度 。。。
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料强韧化的内涵
1、古代中国： “日取其半，万世不竭” “道生一，一生二，二生三，三生万物”（《老子》）； “以土与金、木、水、火杂以成百物”（《国语·正语》）； “太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦交而生万物”
（《易经》）
2020/5/3
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾
2、古代欧洲 Plato 柏拉图(427-347BC, 古希腊哲学家) Euclid欧几里得(约公元前3世纪的古希腊数学家) 用fire, air, earth, water, ether－以太) 描述世界万物.
理想晶体解理断裂的理论断裂强度： m = (E. s / a 0 )1/2
金属材料强韧化原理及应用
Principle and Application of Strengthening and Toughening for
Metal Materials
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金属材料强韧化原理及应用
课程总体内容
金属材料强韧化简介 强韧化原理部分 强韧化应用部分 超常规金属材料制备技术
1）快速凝固技术 2）喷射沉积技术 3）机械合金化 4）半固态加工 5）搅拌摩擦加工 6）大塑性变形加工
金属材料的基本性能
2020/5/3
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金属材料强韧化原理及应用
金属材料的强度
强度是在给定条件（温度/压力/应力状态/应变速率/周围介质）下材 料达到给定变形量所需要的应力，或材料发生破坏的应力
材料的内部应力：拉伸、压缩、剪切 强度分为：拉伸强度、压缩强度、剪切强度 加载特征分为：弯曲、扭曲、冲击、疲劳 若未到破坏强度，则因形变而失去承载能力
1669, N. Steno, 晶面角守恒定律 1885, A. Bravais, 晶体空间点阵学说 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）