第1章 绪论与材料的性能讲解.ppt

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材料科学与工程学院 侯清宇 本科生课程 金属学与热处理 第 1 章 绪论及金属的性能 1/38 教学要求: 1 、介绍材料科学及金属材料的地位与作用; 2 、介绍课程的性质和内容; 3 、介绍 金属力学性能及测试方法 。 目标: 了解金属的力学性能及其测试方法 。 重点: 金属的力学性能及其测试方法。 学时: 共 2 学时。 ? 人类社会的发展取决于 以劳动工具为代表 的生产 力的发展。 ? 劳动工具的进步又离不开材料的发展 。 1 、材料 ? 指人类能用来制作有用物件的物质。 2 、材料科学与工程 ? 材料科学: 主要研究材料的设计与制备、组织结 构与材料性能的基础关系。 ? 材料工程: 研究如何将材料加工成构件。 一、材料科学的重要地位与作用 2/38 ? 材料科学 是科学技术发展的基础,也是工业生产 的支柱, 工业应用以工程材料为主。 ? 工程材料: 指工程上使用的各种材料。 具有一定性能 在特定条件下能够承担某种功能 被用于制取零件和原件 3/38 3 、工程材料的分类 (1) 按化学成分: 金属材料、无机非金属材料、有 机高分子材料、复合材料; (2) 按使用性能: 结构材料、功能材料。 ? 结构材料: 以强度、塑性、韧性等力学性能为 性能指标,用来制造承受载荷、传递动力的零件 和构件,并兼一定物理、化学性能的工程材料。 ? 功能材料: 指具有特异物理化学性质的工程材 料,如超导材料、激光材料、半导体材料、储能 材料等。 4/38 确立两个关系: ? 性能与成分、组织 结构间的关系; ? 组织结构与成分和 加工工艺间的关系 材料科学与工程的 主要任务 合成与工艺 ? 材料成为工业产品的桥梁 化学成分 ? 最本质因素 性能 ? 材料应用的基础 组织结构 ? 最直接因素 ? 改变材料的化学成分 ? 改进材料的合成与工 艺。 5/38 二、材料科学与工程的四要素 提高材料性能的途径 6/38 1 、化学成分: 组成材料的各元素及其其浓度。 Composition 2 、组织: 用肉眼或借助于不同放大倍数的显微 镜所观察到的金属材料内部的情景。 Microstructure ? 低倍组织 / 宏观组织: 肉眼或几十倍放大镜 观察到的组织。 质量检验的第一步 ? 高倍组织 / 显微组织: 放大 100 ~ 2000 倍的组 织。 性能研究的必经途径 —— 一般用光学显微镜 ? 精细组织 / 电镜组织: 在电子显微镜下放大 几千 ~ 几十万倍的组织。 强韧化机制研究的必经途径 —— 一般用扫描电镜或透射电镜 7/38 钢的宏观组织、 显微组织和电 镜组织。 钢 锭 的 宏 观 组 织 显 微 组 织 电 镜 组 织 8/38 3 、结构: 材料中各原 子的具体组合状态。 可通过 X- 射线衍射或 透射电镜研究。 Structure Al 的高分辨透射电镜像 纯 Al 的透射电镜衍射斑点 纯 Al 的 X- 射线衍射 9/38 SEM 5 nm TEM Optical 实际关心的是性能,其取决于哪些因素呢 ? 10/38 (1) 化学成分不同,性能不同。 材料 抗拉强度, MPa 延伸率, % 退火纯铝 80~100 32-40 退火纯铜 200-240 45-50 退火纯铁 250-330 25-55 (2) 化学成分相同, 处理方式 不同,性能不同。 金属学研究 的内容 0.8%C 的钢锯条加热到 800 o C 并保温: ? 一根出炉后 水冷 ,性 硬而脆 ,一弯 就断; ? 另一根随炉 缓慢冷却 ,性 软 ,弯曲 90 o 不断。 热处理研究 的内容 11/38 三、课程性质、任务及目的 1 、课程性质与考试形式 专业基础课 — 共 56 学时。闭卷考试 — 百分制。 2 、本课程的主要任务 研究金属与合金的 化学成分 、 组织结构 、 合 成与工艺 和 性能 及其之间关系与变化规律。 ┗ 课程体系包括 金属学、金属热处理、金属 材料学、金属力学性能等。 12/38 3 、本课程的目的 利用材料科学与工程四要素之间的关系及影响 规律 ? 进行

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