材料科学与工程导论第3章材料工艺概述(1)PPT课件

金属结晶过程示意图 ★杂质符合“结构相似，尺寸相当” 原则
★实际金属和合金中以非自发形核为主
（2）晶核的长大：（实质就是原子 由液体向固体表面的转移。）
1）平面长大：冷却速度较小，表面向前平行推移长大
2）树枝状长大：冷却速度较大，形成负温度梯度，树枝 状的形状长大。
金属结晶示意图
平面长大的规则形状晶体 金 属 的 树 枝 晶
( L)
4)两相的重量。
L重量 66.7% 50 33.4kg
重量 33.3% 50 16.7kg
例：求30%Ni合金在1280 时相的相对量
温 度
时间
A 15 30 50
70
B
3．成分偏析
实际生产条件下为非平衡 结晶，因此，先后结晶的部 分成分会不相同。 ① 枝晶偏析（晶内偏析）： 先结晶的枝轴与后结晶的枝 轴间成分不同。 ② 区域偏析：由于不平衡冷 却造成宏观区域成分不一致。 例如焊接接头中的中心线偏 析和层状偏析。
4．杠杆定理 不同条件下，相的成分及其相对量可用杠杆定理求得。 1）确定两平衡相的成分 如图（a）所示，水平线与液相 线L的交点 即为相的成分。 2）确定两平衡相的相对量
QL
Qα
方法是：
① 设试验合金总量Q Me为1，液、固相的量分别为QL、Qα ， 则 Q Me =QL+Qα =1 ② 设液、固相含Ni浓度分别为α、c，而x（b）为试验合金中的平均 含Ni量(%)， 则 QL α +Qα c = Q Me b
QLα +Qα c = Q Me b = （QL+Qα ）b = QL b +Qα b Qαc -Qα b = QL b - QL α Qα（c -b ）= QL（ b – α）

(7.15)
Section 7.7
Furthermore, it is occasionally more convenient to represent strain as true strain T, defined by
(7.16)
If no volume change occurs during deformation, that is, if
前面内容 总结复习
固体中的原子有序 (Perfections in Solids) 固体中的原子无序 (Imperfections in Solids) 固体中的转变 (Transformations in Solids) 固体物质的表面结构 (Surface Structures of Solid Materials)
A standard tensile specimen
23
Sometimes it is more meaningful to use a true stress–true strain scheme. True stress T is defined as the load F divided by the instantaneous cross-sectional area Ai over which deformation is occurring (i.e., the neck, past the tensile point), or
Ai li = A0l0
(7.17)
true and engineering stress and strain are related according to
(7.18a) (7.18b)
Equations 7.18a and 7.18b are valid only to the onset of necking; beyond this point

•
8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。
•
9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
•
10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
•
11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
•
4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
•
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
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6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。
•
7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。
•
18、无论是对事还是对人，我们只需要做好自己的本分，不与过多人建立亲密的关系，也不要因为关系亲密便掏心掏肺，切莫交浅言深，应适可而止。
•
19、大家常说一句话，认真你就输了，可是不认真的话，这辈子你就废了，自己的人生都不认真面对的话，那谁要认真对待你。
•
20、没有收拾残局的能力，就别放纵善变的情绪。
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15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。
•
16、成功的秘诀在于永不改变既定的目标。若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。幸福不会遗漏任何人，迟早有一天它会找到你。
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17、一个人只要强烈地坚持不懈地追求，他就能达到目的。你在希望中享受到的乐趣，比将来实际享受的乐趣要大得多。

体心立方
面心立方
体心立方
第三节 合金的结晶与相图
合金的应用比纯金属广泛得多
→ 因为合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯 金属高许多；某些合金还具有特殊的电、磁、耐 热、耐蚀等物理、化学性能。
学习内容： 一 概念 二 合金相结构 三 二元合金相图
一 概念
1·合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经 熔炼或烧结、或采用其它方法组合而成的具有 金属特性的物质。
如果在结晶过程中只有一颗晶核并长大，而不出 现第二颗晶核．那么由这一颗晶核长大的金属， 就是一块金属单晶体。
2、形核和长大 形核： 均质形核：由熔液自发形成新晶核，液体中出现新
相晶核的几率是相同的→ 自发形核
异质形核：新相优先出现于液相中的某些区域的 形核方式 → 非自发形核←杂质（未熔 质点）
长大： 长大过程实质：液体中金属原子向晶核表面迁移过程 长大条件：过冷度
∵结晶初期生成的微小晶粒与
液相间的平衡温度低于大晶
体与液相间的平衡温度— 小
ห้องสมุดไป่ตู้晶体的熔点<大晶体的熔点 温
度
而通常金属的熔点是与大晶 T
Tm=T大晶粒
△T Tn=T小晶粒
体相对应的 → 结晶过程只能
在金属熔点以下的温度进行
∴过 冷条件下发生！
时间τ
②结晶过程中晶核数目越多，凝固后晶粒数目也越多， 晶粒越细小；反之，晶粒数目越少，晶粒越粗大；
2·组元：组成合金最基本的、独立的物质，简称为元。 一般指组成合金的元素，或稳定的化合物。
例如：黄铜的组元是铜和锌；碳钢的组元是铁和碳， 或是铁和金属化合物Fe3 C
黄铜:Cu与Zn的合金。Zn的含量越高，其强度也较高，

先在奥氏体晶界上构成，在长大过程中，其两侧奥
氏体的含碳 量下降，促 进了铁素体 形核，两者 相间形核并 长大，构成一个珠光体团。
珠光体转变是分散型转变(铁、碳原子均分散〕。
二、 贝氏体转变
1、贝氏体的组织形状及 性能
过冷奥氏体在550℃230℃ (Ms)间将转变为 贝氏体类型组织，贝氏 体用符号B表示。
物，根据片层 厚薄不同,又细 分为珠光体、 索氏体和屈氏 体(或托氏体).
屈氏体
珠光体 索氏体
⑴ 珠光体：
构成温度为A1-650℃， 片层较厚，500倍光镜 下可辨，用符号P表示.
⑵ 索氏体
电镜形貌
光镜形貌
构成温度为650-600℃, 片层较薄，800-1000 倍光镜下可辨，用符 号S 表示。
转变〔碳原子分散，铁原子不分散〕。
上贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌
下贝氏体
三、 马氏体转变
当奥氏体过冷到Ms以下将 转变为马氏体类型组织。
马氏体转变是强化钢的重 要途径之一。
1、马氏体的晶体构造 碳在-Fe中的过饱和固溶
体称马氏体，用M表示。
马氏体组织
马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保管到马氏体中.
和Fe3C方向长大。
第三步 剩余Fe3C溶解: 铁素体的成分、构造更接近 于奥氏体，因此先消逝。剩余的Fe3C随保温时间延 伸继续溶解直至消逝。
第四步 奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其所在部 位碳含量仍很高，经过长时间保温使奥氏体成分趋于 均匀。
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢根本 一样。但由于先共析 或二次Fe3C的存在，要 获得全部奥氏体组织，必 需相应加热到Ac3或Accm 以上.
冷却是热处置更重要的工序。 过冷奥氏体的转变产物及转变过程: 处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥

1997 年至 1999 年，专业进行了第四次大规模修订由行业划分专业向以学科划 分专业过渡。厚基础、宽专业、高素质、强能力，以适应市场需要。新的专业目录 由 504 个减少到 232 个。
0713 材料科学类
(注:可授理学或工学学士学位)
071301 材料物理
071302 材料化学
0802 材料类
教授 1
博士
教授
博士
教授
博士
副教授
博士
副教授
博士
副材料科学与工程对社会发展的影响
1、“四要素”与结构 071302 材料化学
军事、体育类课程（教育部要求——健康保障）
（2） 电子衍射分析 ；
充分利用课堂时间
社出会的对 第材一料条科S-学N曲与线工，程开人辟才了的材要料求、组织与性成能分间（关系组的成）
新结构转化为材料与结构的演化过程
1.主要基础、公共课程设置
2.1、“材料科学基础”课程简介
2.2、材料工艺学
该课程目前是材料科学以及其它材料学 相关专业的专业基础课程，其教学内容包括 ：工艺技术、基础原理和环境保护三部分， 涉及传统材料和新型材料。有大量的实验内 容。是各种专业课的基础课程。
080201 冶金工程
080202 金属材料工程
080202 无机非金属材料 工程
080204 高分子材料与工程
本科新旧专业对照
071301 材料物理
071303W 矿物岩石材料
071302 材料化学
080201 钢铁冶金 080202 有色金属冶金
080203 冶金物理化学 080213W 冶金
提纲
工业的迅猛发展要求与之相适应的科学技术与专门人才：十七 世纪中叶英国成立了皇家学会，之后又在大学设立工程学科，大大 促进了科技人才的培养和发展。在冶金/材料领域：

太空行走
可编辑课件PP火T 星探测
太空攻19 防
世界前沿科技领域的发展动向
航空技术发展面临历史性机遇，应用前景广阔
高超声速导弹、飞机有望在2020年左右进入实际应用 高效、环保发动机的研制倍受关注 智能结构技术开始得到应用，如智能蒙皮、变形飞机等 无人驾驶飞机称为研究热点
航空发动机 可编辑课件PPT
卫星
经济和社会发展对材料科技的重大需求
信息
基础及支柱产业的发展
机械计算机 电子计算机 晶体管计算机 当代计算机
电子管
晶体管 计算机的发展
集成电路
可编电辑课话件PP的T 演变历史
9
经济和社会发展对材料科技的重大需求
能源
基础及支柱产业的发展
铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池
锂
电 池
锂离子电池 燃料电池 太阳能电池
可编辑课件PPT
3
经济和社会发展对材料科技的重大需求
基础及支柱产业的发展
材料 科技
重大 前沿科技的发展 需求 生活质量的提高
外 力
材料科学自身的发展
可编辑课件PPT
4
经济和社会发展对材料科技的重大需求
制备
工业原料
制备
开采
原材料
矿产
再生循环
工程材料 分类/再制造
产品设计 制造装配
废料
农业、建筑、环境
无人机20
世界前沿科技领域的发展动向
能源技术将变革未来社会的动力基础，促进人类实 现可持续发展
煤炭的高效清洁利用成为化石能源技术研发热点 核能技术酝酿新的突破 氢能技术研发和商业应用加速 新能源和可再生能源技术展现良好前景
核电站
可编辑课件PP燃T 料电池车

结构材料
不锈钢中合金元素的作用
钢铁材料
合金钢
4。加入合金元素Mo、Cu等：提高钢在非氧化性酸中的 耐腐蚀能力。 5。加入合金元素Ti、Nb等：能优先同C形成稳定的碳化 物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫Cr，提高钢的耐腐 蚀性。
6。加入合金元素Mn、N等：部分替代Ni以获得奥氏体
组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐腐蚀性。
将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随 炉冷却），以获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。
结构材料
碳钢的常规热处理
温
钢铁材料
碳钢
正火
将钢件加热到AC3 和Acm以上30－50 度，保持适当时间 正火 淬火 后，在空气中冷却， 得到珠光体类组织的 热处理工艺。
度
时
间
在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组 织，提高强度，改善韧性。
铝及铝合金
时效强化
l Cu在Al中的固溶度随温
α
400
温度/℃
200
5.7 α＋θ（Al2Cu） GP区固溶线
度降低而降低。500℃时 将有4％的Cu固溶在Al
中，将含4％的Al冷却到
室温，绝大部分的Cu将 以GP区和过渡相等形式
4 6
2
Cu/%
析出。
结构材料
合金元素的作用
温 度
有色金属材料
铝及铝合金
结构材料
牌号及用途
钢铁材料
碳钢
铸 钢
铸钢牌号是在数字前冠以ZG，数字代表钢中平均质量
分数（以万分数表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。
主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性的
零件，如齿轮、联轴器等。

9
第3章 材 料 的 结 构
图3-1 元素周期表
10
第3章 材 料 的 结 构
1) 周期 元素周期表中的每个横行称为一个周期，共有七个 周期。
11
第3章 材 料 的 结 构
2) 族 元素周期表中的每个纵行称为一个族，共有八个主族 (ⅠA～ⅧA)、七个副族(ⅠB～ⅦB)和ⅧB族(含三列)。
12
第3章 材 料 的 结 构
1.5 1.8 2.1 2.5 3.0
元素 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br
电负性 0.8 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.9 1.9 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8
元素 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I
角量子数
磁量子数确定
考虑自旋量子数后的
亚壳层状态
的状态数目
状态数目
1s
1
2
2s
1
2
2p
3
6
3s
1
2
3p
3
6
3d
5
10
4s
1
2
4p
3
6
4d
5
10
4f
7
14
各主壳层总 电子数 2 8
18
32
7
第3章 材 料 的 结 构
5．电子分布原则 原子核外电子的分布与四个量子数有关，且符合以下三 个基本原则： (1) 泡利不相容原理。 (2) 能量最低原理。 (3) 洪特规则(也称最多轨道原则)。
16
第3章 材 料 的 结 构

02
材料的基本性质
材料的物理性质
导热性
描述材料传输热量的能力。金属 通常具有良好的导热性，而隔热 材料如玻璃纤维或泡沫塑料则具 有较低的导热性。
电导率
衡量材料传导电流的能力。金属 是电的良导体，而塑料和陶瓷则 是电的不良导体。
光学性质
涉及材料对光的行为，如反射、 折射、吸收和散射等。例如，镜 子利用其高反射性来反射光。
详细描述
材料科学是研究材料的组成、结构、性能及其应用的学科，旨在通过实验、理论分析和计算模拟等方法，探索材 料的内在规律和特性，为新材料的研发和应用提供理论支持。
材料科学的重要性
总结词
材料科学在人类文明进步、科技发展、国民经济等方面具有重要作用。
详细描述
材料科学是现代工业和科技发展的重要基础，对人类文明进步和国民经济具有重要意义。新材料的研 发和应用为能源、环保、医疗、交通等领域提供了关键技术支持，推动了科技进步和社会发展。
磁学性能测试
包括磁导率、磁化强度、矫顽力等， 用于研究材料对磁场的作用和响应。
材料的化学性能测试
化学稳定性测试
包括耐腐蚀性、抗氧化性、耐候性等，用于 评估材料在化学环境中的稳定性。
腐蚀性能测试
包括电化学腐蚀、化学腐蚀等，用于评估材 料在特定环境中的耐腐蚀能力。
催化性能测试
通过研究材料对化学反应的催化作用，了解 其反应机理和活性。
硬度测试
通过测量材料表面抵抗被压入或划痕的能力 ，反映其硬度。
材料的其他性能测试
生物性能测试
针对生物相容性、生物活性等进行测试，用于评 估材料在生物医学领域的应用潜力。
渗透性测试
针对气体、液体等在材料中的渗透行为进行测试 ，用于评估材料的密封性能等。

力学性能
P P+ΔP
LL L+ΔL
P P+ΔP
σs＝P和最大拉伸载荷 S是试样截面积(㎡)
P
（载荷）
P
b
s S’
.
0
⊿L
（伸长量）
MPa
σ
﹡应位力面：积试上样所单σb
e s s’
b
k
承受的力 σs
p
﹡应变：试样单
位长度上的
伸长量
o
e =D L/L
内容包括： ⑴工程材料 ⑵热加工基础（成形工艺） ⑶切削加工基础 ⑷互换性原理
零件的合格标准包括两方面： ⑴几何形状标准：包括形状、位置、尺 寸精度和表面粗糙度； ⑵性能指标：包括力学性能、化学性能 和物理性能。
材料科学是在物理、化学及力学等基础 上建立起来的综 合科学；研究的内容 包括从认识材料到使用材料的整个过 程；是研究材料的化学成分、组织结 构与性能之间的关系及其变化规律的 一门科学。
29% 42
13%
%
50
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
年代
玻璃钢
芳纶(+630)
材料发展总的趋势
复合材料
金属
射程(公里)
导弹壳体材料与射程的关系示意图
长征火箭壳体： 铝合金744Kg，碳纤维401Kg 减重343Kg，射程增加1476Km
加工—改变（原材料、毛坯）的形状，使 之达到要求的形状和表面质量。
强度和塑性的主要指标
名称
符 号
屈服强度 σs
抗拉强度 σb
物理意义
工程意义
材料对开始塑性变 塑性材料零件设

玻璃类 饰面玻璃板\玻璃马赛克\玻璃砖\玻璃幕墙材料等
金属类 铝合金金属板\不锈钢板\铜合金板材\镀锌钢板等
装饰抹灰类 斩假石\剁斧石\仿石抹灰\水刷石\干粘石等
第2页/共16页
地面
2 装饰 材料
地板类 地砖类 石材板块
木地板\竹地板\复合地板\塑料地板\实木复合地板等 陶瓷墙地砖\陶瓷马赛克\缸砖\大阶砖\水泥花砖\连锁砖等 天然花岗石\青石板\美术水磨石板等
第4页/共16页
第二节:建筑装饰材料的作用
•
外装饰材料的作用
1. 对建筑物的保护作用:防止建筑外部结构直接受到自然环境的破坏和人 类活动的影响,提高建筑物的耐久性,并兼顾建筑物的美观.
2. 美化城市环境:建筑物外部材料的质感和颜色的运用,与周围环境相协调, 有利于改善和美化城市环境.
3. 节约能源:新型高档装饰材料具有节能的新功效.新型材料的运用大大减 低了污染和能源的浪费.
5 建筑 五金
门窗五金\卫生水暖五金\家具五金\电气五金
6 卫生 洁具
陶瓷卫生洁具\塑料卫生洁具\石材类卫生洁具\玻璃钢卫生洁具\不锈钢卫生洁具等
7 管材 型材
管材 异型材
钢制上下水管\塑料管\不锈钢管\铜管等 楼梯扶手\画(挂)镜线\踢脚线\窗帘盒\防滑条\花饰等
8
胶结 材料
无机胶凝材 料
水泥\石灰\石膏\水玻璃等
第一节:装饰材料的分类
• 按化学成分的不同可分为:
金属材料 非金属材料 复合材料
第1页/共16页
建筑装饰材料的分类
• 装饰材料按装饰部位分类:
序号 类型举例 Nhomakorabea涂料类
无机类涂料(石灰/石膏/碱金属硅酸盐/硅溶胶等) 有机类涂料(乙烯树脂/丙烯树脂/环氧树脂等) 有机无机复合类(环氧硅溶胶/聚合物水泥/丙烯酸硅溶胶等)

➢ 20世纪70年代，人们把材料科学与能源科学和 信息科学并列，称作现代文明的三大支柱
➢ 20世纪80年代，又把新材料技术、信息技术、 生物技术作为新技术革命的主要标志
9
二、材料的分类
❖ 用 途：结构材料、功能材料 ❖ 结晶状态：单晶材料、多晶材料、非晶态材料 ❖ 几何形态：三维材料、二维材料、一维材料和
11
普通陶瓷的分类
12
三、材料与人类文明
➢ 材料的发展史，就是人类社会的发展史 ➢ 材料的发展史，就是科学技术的发展史 ➢ 历史学家根据当时所使用的最重要材料来命名
早期人类时代（如：石器、青铜、铁器时代）
13
材料的发展水平和利用程度已成为人类文明 进步的标志。
14
1. 石器时代（Stone Age） （1）天然材料
31
后周（953年）沧州铁狮 （中国现存最早的大型铸件艺术品，重约40吨）
32
湖北当阳宋代铁塔 （不用砖石木料，完全用生铁铸成，重53吨，不 加焊接；形体瘦削挺拔，稳健玲珑；塔身向北倾
斜，以抵御北风）
33
钢
❖ 含碳量在0.0218~2.11%之间的铁碳合金称为钢 ❖ 冶炼温度更高，强度更高，用途更广 ❖ 距今1800年前出现了两步炼钢技术，即先炼成
材料科学和材料工程紧密联系，它们之间没 有明显的界线；在解决实际问题中，不能将科学 因素和工程因素独立考虑。
6
材料科学
设备 工艺
结构
性能 构件行为
材料工程 材料科学与工程是研究有关材料的成分、结 构和制造工艺与其性能和使用性能间相互关系的 知识及这些知识的应用，是一门应用基础科学。
7
材料科学与工程的四要素
从兴隆战国铁器遗址中发掘出了浇铸农具用 的铁模，冶铸技术已由泥砂造型水平进入铁模铸 造的高级阶段。