性性性性质质质质：必修必修必修必修课课课课，专业专业专业专业基基基基础课础课础课础课学学学学时时时时：64646464学学学学时时时时本本本本课课课课程特点：程特点：程特点：程特点： 概念概念概念概念术语术语术语术语多多多多 理解理解理解理解记忆记忆记忆记忆的知的知的知的知识识识识多多多多 涉涉涉涉及及及及相相相相关关关关学学学学科科科科多多多多（物物物物理理理理学学学学、化化化化学学学学、热热热热力力力力学学学学、矿矿矿矿物学、金属学、陶瓷学以及高分子学等）物学、金属学、陶瓷学以及高分子学等）物学、金属学、陶瓷学以及高分子学等）物学、金属学、陶瓷学以及高分子学等）1主要内容及学时安排主要内容及学时安排n n第第第第1 1章章章章 金属的晶体结构（金属的晶体结构（金属的晶体结构（金属的晶体结构（6 6学时）学时）学时）学时）n n第第第第2 2章章章章 纯金属的结晶（纯金属的结晶（纯金属的结晶（纯金属的结晶（6 6学时）学时）学时）学时）n n第第第第3 3章章章章 二元合金的相结构与结晶（二元合金的相结构与结晶（二元合金的相结构与结晶（二元合金的相结构与结晶（1010学时）学时）学时）学时）n n第第第第4 4章章章章 铁碳合金（铁碳合金（铁碳合金（铁碳合金（4 4学时）学时）学时）学时）n n第第第第5 5章章章章 三元合金相图（三元合金相图（三元合金相图（三元合金相图（6 6学时）学时）学时）学时）n n第第第第6 6章章章章 金属及合金的塑性变形与断裂（金属及合金的塑性变形与断裂（金属及合金的塑性变形与断裂（金属及合金的塑性变形与断裂（6 6学时）学时）学时）学时）n n第第第第7 7章章章章 金属及合金的回复与再结晶（金属及合金的回复与再结晶（金属及合金的回复与再结晶（金属及合金的回复与再结晶（4 4学时）学时）学时）学时）n n第第第第8 8章章章章 扩散（扩散（扩散（扩散（4 4学时）学时）学时）学时） n n第第第第9 9章章章章 钢的热处理原理（钢的热处理原理（钢的热处理原理（钢的热处理原理（8 8学时）学时）学时）学时）n n第第第第1010章章章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺钢的热处理工艺钢的热处理工艺（6 6学时）学时）学时）学时）2考核方式考核方式n n平时成绩与考试相结合3主要参考书目主要参考书目 材料科学基材料科学基础础 蔡珣等蔡珣等编编 上海交通大学出版社上海交通大学出版社 热处热处理原理与工理原理与工艺艺 编编 西北工西北工业业大学出版社大学出版社课件信箱课件信箱 信箱：信箱：信箱：信箱： 密密码码：jinshuxue&rechulijinshuxue&rechuli4绪绪 论论5什么是材料? 世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。 材料具有一定性能，可以用来制作器件、构材料具有一定性能，可以用来制作器件、构材料具有一定性能，可以用来制作器件、构材料具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。件、工具、装置等物品的物质。件、工具、装置等物品的物质。件、工具、装置等物品的物质。n n广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质 材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的生命息息相关。材料是人类文明、社会进步、科生命息息相关。材料是人类文明、社会进步、科生命息息相关。材料是人类文明、社会进步、科生命息息相关。材料是人类文明、社会进步、科技发展的物质基础。技发展的物质基础。技发展的物质基础。技发展的物质基础。6人类使用材料的七个时代的开始时间71950196519551970197519601990198019952000198520053070504060100908020110120130座座mile/Usgal 航空材料的发展航空材料的发展年份年份Comet707-120707-120B880990727-100DC-9-30A320-200747-400MD112.5倍飞机燃油效率提高飞机燃油效率提高2.5倍倍 航空材料的发展航空材料的发展819501960197019801990200020102020900110015001300材料的表面温度材料的表面温度()1700单晶合金单晶合金普通铸件普通铸件定向凝固超级合金定向凝固超级合金共晶合金共晶合金弥散强化超级合金弥散强化超级合金隔热涂层隔热涂层陶瓷复合材料陶瓷复合材料碳碳-碳碳在发动机上应用的年份在发动机上应用的年份叶片材料的发展历程叶片材料的发展历程纤维增强超级合金纤维增强超级合金91490C3150C6490C10930C19270C飞机发动机温度飞机发动机温度飞机发动机温度飞机发动机温度一次大战水冷式一次大战水冷式30年代空冷式年代空冷式风扇喷气发动机风扇喷气发动机蜗轮喷气发动机蜗轮喷气发动机超音速燃烧冲压超音速燃烧冲压式喷气发动机式喷气发动机温度（温度（0C）1030年代教练机年代教练机二次大战战斗机二次大战战斗机80年代截击机年代截击机航天飞机航天飞机东方快车号东方快车号10931649538490C93.30C4270C10930C16490C不同类型的飞行器蒙皮温度不同类型的飞行器蒙皮温度温度（温度（0C）11+175+390+595金属金属玻璃纤维玻璃纤维 KavlarC/C复合材料复合材料km导弹射程导弹射程火箭壳体材料与导弹射程火箭壳体材料与导弹射程121200180010001200410950400飞船返回舱舱体温度情况飞船返回舱舱体温度情况13n n1863186318631863年，光学显微镜首次应用于年，光学显微镜首次应用于年，光学显微镜首次应用于年，光学显微镜首次应用于金属研究，诞生了金相学，使人金属研究，诞生了金相学，使人金属研究，诞生了金相学，使人金属研究，诞生了金相学，使人们能够将材料的宏观性能与微观们能够将材料的宏观性能与微观们能够将材料的宏观性能与微观们能够将材料的宏观性能与微观组织联系起来。组织联系起来。组织联系起来。组织联系起来。灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织光学显微镜光学显微镜Pb-SnPb-Sn共晶组织共晶组织人类对材料的认识是逐步深入的。人类对材料的认识是逐步深入的。141912191219121912年发现了年发现了年发现了年发现了X-X-X-X-射线对晶体的作用并在随后被用于射线对晶体的作用并在随后被用于射线对晶体的作用并在随后被用于射线对晶体的作用并在随后被用于晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识从最初的假想到科学的现实。从最初的假想到科学的现实。从最初的假想到科学的现实。从最初的假想到科学的现实。 Si表面的重构图象表面的重构图象X-射线衍射仪射线衍射仪1519321932年发明了电子显年发明了电子显微镜，把人们带到了微镜，把人们带到了微观世界的更深层次微观世界的更深层次（1010-7-7m m） 透射电子显微镜透射电子显微镜 扫描电子显微镜扫描电子显微镜 光镜下光镜下电镜下电镜下16n n19341934年位错理论的提年位错理论的提年位错理论的提年位错理论的提出，解决了晶体理论出，解决了晶体理论出，解决了晶体理论出，解决了晶体理论计算强度与实验测得计算强度与实验测得计算强度与实验测得计算强度与实验测得的实际强度之间存在的实际强度之间存在的实际强度之间存在的实际强度之间存在的巨大差别的矛盾，的巨大差别的矛盾，的巨大差别的矛盾，的巨大差别的矛盾，对于人们认识材料的对于人们认识材料的对于人们认识材料的对于人们认识材料的力学性能及设计高强力学性能及设计高强力学性能及设计高强力学性能及设计高强度材料具有划时代的度材料具有划时代的度材料具有划时代的度材料具有划时代的意义。意义。意义。意义。 金属钛中的位错金属钛中的位错17 构成材料科学与工程的四要素构成材料科学与工程的四要素合成与工艺合成与工艺成分成分Compositions性能性能/应用应用Performance/Application 结构结构MicrostructureSynthesis+processing18 化学成分：组成材料各元素在材料中的浓度。化学成分：组成材料各元素在材料中的浓度。化学成分：组成材料各元素在材料中的浓度。化学成分：组成材料各元素在材料中的浓度。 组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观察到的金属内部的情景。察到的金属内部的情景。察到的金属内部的情景。察到的金属内部的情景。n n习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的组织称低倍习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的组织称低倍习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的组织称低倍习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的组织称低倍组织或宏观组织。组织或宏观组织。组织或宏观组织。组织或宏观组织。n n放大放大放大放大100100100100 2000200020002000倍的组织称高倍组织或显微组织。倍的组织称高倍组织或显微组织。倍的组织称高倍组织或显微组织。倍的组织称高倍组织或显微组织。n n在电子显微镜下放大几千在电子显微镜下放大几千在电子显微镜下放大几千在电子显微镜下放大几千 几十万倍的组织称精细组几十万倍的组织称精细组几十万倍的组织称精细组几十万倍的组织称精细组织或电镜组织。织或电镜组织。织或电镜组织。织或电镜组织。19钢的宏观组织、显微组钢的宏观组织、显微组钢的宏观组织、显微组钢的宏观组织、显微组织和电镜组织织和电镜组织织和电镜组织织和电镜组织钢钢锭锭的的宏宏观观组组织织显显微微组组织织电电镜镜组组织织20 结构：材料中各原结构：材料中各原结构：材料中各原结构：材料中各原子的具体组合状态。子的具体组合状态。子的具体组合状态。子的具体组合状态。一般通过一般通过一般通过一般通过X-X-X-X-射线衍射线衍射线衍射线衍射或透射电镜研究。射或透射电镜研究。射或透射电镜研究。射或透射电镜研究。Al的高分辨透射电镜象的高分辨透射电镜象纯铁晶体的纯铁晶体的X-射线衍射谱射线衍射谱透射电镜衍射斑点透射电镜衍射斑点透射电镜衍射斑点透射电镜衍射斑点21SEM5 nmXRD, TEM Optical 22性能使使用用性性能能工工艺艺性性能能 指在服役条件下，能保证安全可靠工作所必备的性能。力学性能力学性能 物理性能物理性能 化学性能化学性能 强度、硬度、塑性、韧性、蠕变和疲劳 熔点、密度以及电、磁、光和热 耐腐蚀和抗老化 23性能使使用用性性能能工工艺艺性性能能 铸造铸造 塑性加工塑性加工焊接焊接 液固；流动性指材料的可加工性 。热处理热处理 粉末冶金粉末冶金 机械加工机械加工 24性能使使用用性性能能工工艺艺性性能能 铸造铸造 塑性加工塑性加工焊接焊接 液固；流动性锻、拉、挤、轧、弯 ；延展性 ；变形抗力、变形开裂倾向热处理热处理 粉末冶金粉末冶金 机械加工机械加工 25性能使使用用性性能能工工艺艺性性能能 铸造铸造 塑性加工塑性加工焊接焊接 液固；流动性锻、拉、挤、轧、弯 ；延展性 ；变形抗力、变形开裂倾向可焊性 热处理热处理 粉末冶金粉末冶金 机械加工机械加工 26性能使使用用性性能能工工艺艺性性能能 铸造铸造 塑性加工塑性加工焊接焊接 液固；流动性锻、拉、挤、轧、弯 ；延展性 ；变形抗力、变形开裂倾向可焊性 热处理热处理 粉末冶金粉末冶金 机械加工机械加工 热诱发组织转变； 经压制、烧结成固体 切削加工27工艺-组织-性能之间关系的例子Steel with 0.4%C 2829