金属学与造船材料课件
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本课学习方法：预习 、笔记 、复习、讨论问题 本教材的重点：铁碳合金结构及其相图、常见造船材料
学习要求
学 熟悉常用术语和基本概念 习 牢固建立材料的性能取决于材料 要 的组织、结构这一概念 求 熟悉造船材料的种类、成分及组
织性能
考 核 作业20％＋期末考试80 ％
参考书籍
参考书：
1、姜锡瑞，船舶与海洋工程材料， 哈尔滨工程大学出版 社，2000
2、徐轶群等，船舶工程材料，大连海事大学出版社，2019
3、崔忠圻等，金属学与热处理， 哈尔滨工业大学出版社， 2019
4、刘宗昌等，金属学与热处理，化学工业出版社，2019
绪论
材料的含义
材料 能源 信息
现代技术的三大支柱
广义的材料包括 人类思想意识之 外的所有物质。 材料无处不在，
无处不有。
材料品种 数量 质量
哈尔滨工程大学船舶工程学院 Harbin Engineering University Shipbuilding Engineering College
金属学与造船材料(1)
第1章 绪论
一、课程介绍 二、材料科学的发展 三、金属的组织、结构与性能特点 四、造船材料的分类
一、课程介绍
《金属学与造船材料》是高等工科院校船舶设计与制造专业的基础课 程之一 ，主要包含金属学、金属的热处理工艺、造船用钢铁材料、其它 造船材料等四部分
铜器时代：司母戊鼎（公元前11—16世纪） 1战13国0×编7钟80（×1前104075—221年）65个 总重
2500Kg
铁器时代 沧州铁狮（公元953年）重30T ,长6.5m,宽3m,高
5.5m
人工复合材 料 塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等
▲ 《天工开物》—明朝科学家：宋应星 箸
《本草纲目》—李时珍
造船材料的发展
散货船（普通碳素钢）
LNG（低温钢）
全铝合金导弹快艇
美国“短剑号”碳纤维复合材料高速隐身艇
造船材料的发展
现代船舶的船体结构制造所用材料主要是一般强度船 体结构用钢、高强度船体结构用钢、奥氏体不锈钢和 双相不锈钢、复合钢板、Z向钢、铝合金、增强塑料等。 根据CCS 2019年《材料与焊接》规范和2019、2019年 规范修改通报要求，所有金属材料必须从力学性能(强 度、塑性、硬度、蠕变)、工艺性能（弯曲、焊接性）、 化学成分、脱氧方法、交货状态（热处理）等方面符 合规范要求。
第1章 绪论 1.1 材料科学的发展 1.2 金属的组织、结构与性能特点 1.3 造船材料的分类 第2章金属的结构与结晶 2.1 金属及合金的结构 2.2 金属结晶的条件 2.3 晶核的形成和长大 第3章 合金相图 * 3.1 二元合金相图 3.2 铁碳合金的组元及基本相 3.3 Fe-Fe3C碳合金相图分析
第4章 金属的热处理工艺 4.1 钢在加热和冷却时的转变 4.2 金属的热处理工艺 第5章 造船用钢铁材料 5.1 船用钢材的冶炼、分类和编号 5.2 船用碳素结构钢 5.3 船用合金钢 5.4 船用特种钢 第6章 其它造船材料 6.1 造船用有色金属材料 6.2 造船用非金属材料
学习目的
掌握有关金属材料学科的基本概 念、基本原理和基本方法
为合理地选材和制订船舶材料的 热加工工艺规程奠定坚实基础。
教学基本要求
任务：使学生掌握金属学与造船材料的基本知识，为学习船 舶与海洋工程专业打好基础。通过本课程的学习，应使学生 达到下列基本要求：
1、了解金属学的基本知识。 2、掌握铁碳合金的结构及其相图。 3、掌握常用船用金属材料的编号、性能及用途。 4、了解造船用非金属材料。
《农政全书》—徐光启
沧州铁狮 铸造于公 元953年。 铁狮子通 高5.78米， 身长6.5 米，体宽 3.17米， 重约40吨
材料科学的发展
材料的四大家族
金属材料：综合性ห้องสมุดไป่ตู้等。 陶瓷材料：高温、稳定性能等。 高分子材料：耐腐蚀等特殊性能。 复合材料：1＋1大于2。
材料科学的发展
社会需求是材料发展的巨大动力 能源与材料：贮氢材料（钛锰及稀土类合金）、太阳 能电池材料（硅、合金、化合物）、核能用材料（锆 合金等）。 航空航天材料：发动机（高温合金，金属基复合材料， 陶瓷与陶瓷基复合材料）、汽轮机部件（纤维增强金 属基复合材料、陶瓷基复合材料）、火箭喷嘴（难熔 金属）等。 船舶与海洋工程材料：柴油机(高温合金、陶瓷材料)、 轮机（铜合金、铝合金、轴承合金）、船体（结构钢、 低合金高强钢、不锈钢） 人与材料：金属、无机、高分子及其复合材料。
材料科学的发展
具有广泛应用的纳米材料
国家大剧院采用的自清洁玻璃
纳米TiO2在可 见光照射下对 碳氢化合物 (如油污、细 菌)有催化作 用，使其进一 步被氧化成气 体或很容易被 擦掉的物质。
材料科学的发展
➢利用纳米技术还可以直接制造出超微型机械 ➢以制造出纳米齿轮、纳米轴承、纳米弹簧等机械器件，而且还发明 了纳米发动机和纳米执行机构。 ➢波士顿大学制造了世界上最小的仅有78个原子组成的分子马达。
材料科学的发展
纳米汽车
“拟黄蜂”军用机器人
➢美国德克萨斯州的科学家成功研制出了只有人体头发直径五万分之 一大小的汽车 ➢以色列正尝试采用纳米技术开发一种黄蜂大小的微型机器人，能够 进行追踪、拍照、甚至攻击目标 ➢这些研究为今后开发和研制微小的分子机械奠定一定的基础。
材料科学的发展
具有广泛应用的纳米材料
材料科学的发展
造船材料的发展
独木舟
木筏 木板船
★古代造船以木材为主，就地取材，优中选优，根据材料不 同的特点和性能用在不同部位。
造船材料的发展
朱元璋
鄱阳湖之战
陈友谅
鄱阳湖之战，是元朝末年朱元璋和陈友谅为争夺南部中国在鄱 阳湖水域而进行的一次战略决战，决战以朱元璋的完全胜利而 告终。这次战役被视为中世纪世界规模最大水战。
纳米直升机 纳米红血球
纳米探针
材料科学的发展
➢采用纳米技术对机械关键零部件进行表面涂层处理，可提高机械设 备的耐磨性、硬度和使用寿命。 ➢芬兰在碳钢上涂上纳米复合涂层，涂层硬度达20.8GPa，比碳钢大 幅度提高，涂层还具有良好的抗氧化性和耐高温性。 ➢美国西北大学在工具钢沉积碳化物纳米复合多层膜，如TiN/AlN和 TiN/VN等，硬度超过50GPa.
国家现代化程度标志之一
绪论
★是人类生产、生活的物质基础
材 料 的 ★人类社会文明程度的重要标志之一 重 要 性 ★当代社会经济的先导，是科技进步的关键
材料科学的发展
石器
陶器
铜器
钢铁
硅材料
纳米材料
材料发展概括
▲ 石器时代 天然石，兽骨，树枝
★ 智能材料
陶器时代 泥巴（日晒→原始陶器；火烧→瓷器用具）
学习要求
学 熟悉常用术语和基本概念 习 牢固建立材料的性能取决于材料 要 的组织、结构这一概念 求 熟悉造船材料的种类、成分及组
织性能
考 核 作业20％＋期末考试80 ％
参考书籍
参考书：
1、姜锡瑞，船舶与海洋工程材料， 哈尔滨工程大学出版 社，2000
2、徐轶群等，船舶工程材料，大连海事大学出版社，2019
3、崔忠圻等，金属学与热处理， 哈尔滨工业大学出版社， 2019
4、刘宗昌等，金属学与热处理，化学工业出版社，2019
绪论
材料的含义
材料 能源 信息
现代技术的三大支柱
广义的材料包括 人类思想意识之 外的所有物质。 材料无处不在，
无处不有。
材料品种 数量 质量
哈尔滨工程大学船舶工程学院 Harbin Engineering University Shipbuilding Engineering College
金属学与造船材料(1)
第1章 绪论
一、课程介绍 二、材料科学的发展 三、金属的组织、结构与性能特点 四、造船材料的分类
一、课程介绍
《金属学与造船材料》是高等工科院校船舶设计与制造专业的基础课 程之一 ，主要包含金属学、金属的热处理工艺、造船用钢铁材料、其它 造船材料等四部分
铜器时代：司母戊鼎（公元前11—16世纪） 1战13国0×编7钟80（×1前104075—221年）65个 总重
2500Kg
铁器时代 沧州铁狮（公元953年）重30T ,长6.5m,宽3m,高
5.5m
人工复合材 料 塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等
▲ 《天工开物》—明朝科学家：宋应星 箸
《本草纲目》—李时珍
造船材料的发展
散货船（普通碳素钢）
LNG（低温钢）
全铝合金导弹快艇
美国“短剑号”碳纤维复合材料高速隐身艇
造船材料的发展
现代船舶的船体结构制造所用材料主要是一般强度船 体结构用钢、高强度船体结构用钢、奥氏体不锈钢和 双相不锈钢、复合钢板、Z向钢、铝合金、增强塑料等。 根据CCS 2019年《材料与焊接》规范和2019、2019年 规范修改通报要求，所有金属材料必须从力学性能(强 度、塑性、硬度、蠕变)、工艺性能（弯曲、焊接性）、 化学成分、脱氧方法、交货状态（热处理）等方面符 合规范要求。
第1章 绪论 1.1 材料科学的发展 1.2 金属的组织、结构与性能特点 1.3 造船材料的分类 第2章金属的结构与结晶 2.1 金属及合金的结构 2.2 金属结晶的条件 2.3 晶核的形成和长大 第3章 合金相图 * 3.1 二元合金相图 3.2 铁碳合金的组元及基本相 3.3 Fe-Fe3C碳合金相图分析
第4章 金属的热处理工艺 4.1 钢在加热和冷却时的转变 4.2 金属的热处理工艺 第5章 造船用钢铁材料 5.1 船用钢材的冶炼、分类和编号 5.2 船用碳素结构钢 5.3 船用合金钢 5.4 船用特种钢 第6章 其它造船材料 6.1 造船用有色金属材料 6.2 造船用非金属材料
学习目的
掌握有关金属材料学科的基本概 念、基本原理和基本方法
为合理地选材和制订船舶材料的 热加工工艺规程奠定坚实基础。
教学基本要求
任务：使学生掌握金属学与造船材料的基本知识，为学习船 舶与海洋工程专业打好基础。通过本课程的学习，应使学生 达到下列基本要求：
1、了解金属学的基本知识。 2、掌握铁碳合金的结构及其相图。 3、掌握常用船用金属材料的编号、性能及用途。 4、了解造船用非金属材料。
《农政全书》—徐光启
沧州铁狮 铸造于公 元953年。 铁狮子通 高5.78米， 身长6.5 米，体宽 3.17米， 重约40吨
材料科学的发展
材料的四大家族
金属材料：综合性ห้องสมุดไป่ตู้等。 陶瓷材料：高温、稳定性能等。 高分子材料：耐腐蚀等特殊性能。 复合材料：1＋1大于2。
材料科学的发展
社会需求是材料发展的巨大动力 能源与材料：贮氢材料（钛锰及稀土类合金）、太阳 能电池材料（硅、合金、化合物）、核能用材料（锆 合金等）。 航空航天材料：发动机（高温合金，金属基复合材料， 陶瓷与陶瓷基复合材料）、汽轮机部件（纤维增强金 属基复合材料、陶瓷基复合材料）、火箭喷嘴（难熔 金属）等。 船舶与海洋工程材料：柴油机(高温合金、陶瓷材料)、 轮机（铜合金、铝合金、轴承合金）、船体（结构钢、 低合金高强钢、不锈钢） 人与材料：金属、无机、高分子及其复合材料。
材料科学的发展
具有广泛应用的纳米材料
国家大剧院采用的自清洁玻璃
纳米TiO2在可 见光照射下对 碳氢化合物 (如油污、细 菌)有催化作 用，使其进一 步被氧化成气 体或很容易被 擦掉的物质。
材料科学的发展
➢利用纳米技术还可以直接制造出超微型机械 ➢以制造出纳米齿轮、纳米轴承、纳米弹簧等机械器件，而且还发明 了纳米发动机和纳米执行机构。 ➢波士顿大学制造了世界上最小的仅有78个原子组成的分子马达。
材料科学的发展
纳米汽车
“拟黄蜂”军用机器人
➢美国德克萨斯州的科学家成功研制出了只有人体头发直径五万分之 一大小的汽车 ➢以色列正尝试采用纳米技术开发一种黄蜂大小的微型机器人，能够 进行追踪、拍照、甚至攻击目标 ➢这些研究为今后开发和研制微小的分子机械奠定一定的基础。
材料科学的发展
具有广泛应用的纳米材料
材料科学的发展
造船材料的发展
独木舟
木筏 木板船
★古代造船以木材为主，就地取材，优中选优，根据材料不 同的特点和性能用在不同部位。
造船材料的发展
朱元璋
鄱阳湖之战
陈友谅
鄱阳湖之战，是元朝末年朱元璋和陈友谅为争夺南部中国在鄱 阳湖水域而进行的一次战略决战，决战以朱元璋的完全胜利而 告终。这次战役被视为中世纪世界规模最大水战。
纳米直升机 纳米红血球
纳米探针
材料科学的发展
➢采用纳米技术对机械关键零部件进行表面涂层处理，可提高机械设 备的耐磨性、硬度和使用寿命。 ➢芬兰在碳钢上涂上纳米复合涂层，涂层硬度达20.8GPa，比碳钢大 幅度提高，涂层还具有良好的抗氧化性和耐高温性。 ➢美国西北大学在工具钢沉积碳化物纳米复合多层膜，如TiN/AlN和 TiN/VN等，硬度超过50GPa.
国家现代化程度标志之一
绪论
★是人类生产、生活的物质基础
材 料 的 ★人类社会文明程度的重要标志之一 重 要 性 ★当代社会经济的先导，是科技进步的关键
材料科学的发展
石器
陶器
铜器
钢铁
硅材料
纳米材料
材料发展概括
▲ 石器时代 天然石，兽骨，树枝
★ 智能材料
陶器时代 泥巴（日晒→原始陶器；火烧→瓷器用具）