物理冶金原理课件1-Introduction-绪论---

金属材料的特点
Characteristics of Metallic Materials (Metals and Alloys)
1、种类繁多(占周期表三分之二)
合金种类及潜力无穷！
（Fe\Al\Ti\Cu\Mg等很少几个体系）
金属间化合物及其合金
用量最大、最重要的结构及功 能材料
金属材料的特点
4. 优异的成形加工性能
Processing Ability or Workability
➢ 优异与灵活的凝固加工成型性能：
– 铸造成型：各种复杂形状及各种重量的零件 – 焊接成型：同种及异种金属材料的连接制造
➢ 独特的塑性变形及加工硬化特性与优异的 冷加工成型能力：
– 冷轧、冷冲压、冷旋压、冷拔、冷挤压….. – 冷加工过程中同时实现零件及材料的强化）
- etc
Properties:
- Mechanical - Functional
主要研究内容
➢金属材料的原子排列与结构(晶体 结构、晶体缺陷、显微组织等)
➢金属材料制备/成形的基本原理(凝
固、固态相变与固态制备成形、塑性变形等)
➢金属材料组织结构、性能及其与材 料制备成形过程之间相互关系与控 制的基本理论。
Characteristics of Metallic Materials (Metals and Alloys)
2. 优异的物理性能：
– 磁、光、电子、信息、储 能等
– 优良的导电性及正的电阻 温度系数
– 优异的导热性
– …………….
陶瓷及金属的典型拉伸（应力－应变）曲线
Typical Tensile Curves of Ceramic and Metallic Materials
➢ 优异的热加工成型能力：
– 锻造、热轧、热挤压、
5. 独特的抗过载能力及 使用安全性(加工硬化)
➢ 零件局部过载塑性变形加工硬化 材料强度提高不但不会失效、承载能 力反而提高、使用安全；
➢ 加工硬化避免变形集中、均匀变形、 均匀承载、零件材料潜力得以充分利用
➢ 加工硬化避免变形集中、材料均匀变 形冷加工热加工成型成为可能。
P/M, Sintering, Diffusion Bonding, SPF/DB）
-Plastic Deformation (Mechanical behaviours, hot and cold working, forging,
rolling, thermal-mechanical Processing，etc)
BEIHANG UNIVERSITY
美国F-22飞机：F-119推重比10航空发动机
PROMAN 激光材料加工制造技术实验室
Laboratory of Laser Materials Processing and Manufacturing
军用船舶：耐腐蚀（海水、微生物）、 高强度、高刚度、轻质、减震降噪、
陶瓷及金属的典型拉伸（应力－应变）曲线
Typical Tensile Curves of Ceramic and Metallic Materials
Stress, MPa
sb
Ceramic
Metallic
ss se
d
Strain, %
6. 可以采用很多加工成形工艺 改变金属零件材料组织及性能
➢ 控制铸件及铸锭凝固过程与凝固加工工艺：
什么是材料(Materials)?
制造有用物件（物品、构件、 器件、机器等）的物质！
Substances for Making Useful Articles
材料的分类
Classifications of Materials
Materials
材
金属材料
料
Metallic Materials (Metals and Alloys)
Technologies ) 切削加工、焊接与连接、
锻压、扎制、表面处理、修复等 ➢ 长期性能稳定性及性能退化问题
➢无法回收利用(Recycling )
绪 论 -Introduction
一、材料分类及各类材料性能特点 二、金属键及其特点 三、金属材料的独特性能特点 四、课程研究对象及主要内容 五、课程性质及学习方法 六、主要教学参考书
复合材料 Composites
(MMCs, CMCs, PMCs)
非金属材料
无机非金属材料
Ceramics and Glass
Non-Metallic Materials 有机高分子材料
Polymers and Rubbers
按使用功能分类：
• 结构材料（按组成、性质、用途等） • 功能材料（磁性材料、电子信息材料、
Stress, MPa
sb
Ceramic
Metallic
ss se
d
Strain, %
3. 优异的力学性能配合
• 优异的强韧性配合：
– 高强度～4000MPa – 高塑性及加工硬化 – 高韧性及损伤容限
• 使用温度范围宽广(高温、中温、 室温、低温)且力学性能优异
• 优异的耐蚀、耐摩、抗氧化、抗热 腐蚀等性能
复合材料的性能优点
• Flexible Combinations and Full Exploitations of Properties of Different Materials
• Flexible Control of Properties by Intelligent Design and Processing of a Composite
（合金冶炼－铸造－热处理－焊接）
在可预见的将来 金属材料仍是最重要的材料
金属材料
陶瓷材料
绪 论 -Introduction
一、材料ห้องสมุดไป่ตู้类及各类材料性能特点 二、金属键及其特点 三、金属材料的独特性能特点 四、课程研究对象及主要内容 五、课程性质及学习方法 六、主要教学参考书
研究对象
金属材料的科学基础！
➢ 铸、锻、焊、热处理等热加工制造技术 ➢ 车、铣、刨、磨等机械技工技术 ➢ 旋压、冲压、板金、铆接等各种冷加工制
造技术
➢ 表面强化与表面加工制造技术 ➢ 几乎完全可回收利用 Materials Recycling
– Fully-Recyclable Environment-Friendly Materials--Ecomaterials
研究金属材料的结构(晶体结构、晶体缺陷、 显微组织等)、控制金属的结构基本原理 和基本规律，结构与性能之间的关系！ 是一门有关金属材料结构、性能及其与 材料制备加工过程之间相互关系与控 制基本规律的基础科学。
The Four Elements of Materials Science and Engineering
• Realization of Properties not Attainable by either of the Components alone
复合材料的性能缺点(金属基及陶瓷基) :
➢ 材料制备工艺复杂、成本高； ➢ 性能一致性差、质量保障技术； ➢ 缺乏可靠的制造技术(Manufacturing
课程主要内容
➢ 金属的结构 ➢ 合金相图与相变 ➢ 塑性变形与强化方法
金属的结构
Structure of Metals and Alloys (Atomic Arrangements )
➢ 晶体学基础
➢ 金属的晶体结构 ➢ 合金组成相的结构 ➢ 晶体缺陷（位错、界面） ➢ 固体中原子的扩散
合金相图与相变
金属材料：
过去、现在和可预见的将来， 都是用处最关键、用量最大、
使用最安全可靠的材料！
Metallic Materials: > 70%
高性能钛合金 :
41%
高性能铝合金 :
15%
先进塑脂基复合材料 : 24%
超高强度钢 :
5%
“Rib-on-Web” Example: Aircraft Bulkheads
➢ 加工制造困难 (切削加工困难；无法焊 接、锻压、扎制、锚接、无法修复等)
➢ 回收利用(Recycling)难度大、成本高
高分子材料的性能缺点
➢ 使用温度范围窄 (高温软、低温脆) ➢ 高温力学性能低、高温老化 ➢ 低温韧性差、低温脆化； ➢ 长期化学及力学性能稳定性低
性能退化 (Degradation) ➢ 回收问题 (Recycling )
物理冶金原理课件1－Introduction－绪论---
绪 论 -Introduction
一、材料分类及各类材料性能特点 二、金属键及其特点 三、金属材料的独特性能特点 四、课程研究对象及主要内容 五、课程性质及学习方法 六、主要教学参考书
绪 论 -Introduction
一、材料分类及各类材料性能特点 二、金属键及其特点 三、金属材料的独特性能特点 四、课程研究对象及主要内容 五、课程性质及学习方法 六、主要教学参考书
Characteristics of Metallic Bond
金属键及其特点
• • • •
不无无自
选饱方由
择和向电
结性性子
合
公
对
有
象
化
“Gas” of Free Electrons； Metallic Ions
自由电子云； 金属离子
绪 论 -Introduction
一、材料分类及各类材料性能特点 二、金属键及其特点 三、金属材料的独特性能特点 四、课程研究对象及主要内容 五、课程性质及学习方法 六、主要教学参考书
Processing Innovations
New Materials
Atomic Arrangements: