金屬材料與熱處理緒論

1、山東工程技師學(xué)院機(jī)電工程系荊慧Tel：18866351832E-mail: jing.hui.happy@163.com,材料的重要性,緒 論,材料發(fā)展概括,,石器時(shí)代：,,,銅器時(shí)代：,司(后）母戊鼎（公元前11—16世紀(jì)）,戰(zhàn)國(guó)編鐘（前475—221年）,天然石，獸骨，樹枝,泥巴（日曬→原始陶器；火燒→瓷器用具）,鐵器時(shí)代： 滄州大獅（公元953年）,新型材料：,塑料、橡膠、陶瓷、鈦合金、碳纖維、納米等,陶器時(shí)代：,,

2、,石器時(shí)代：距今6000至4000年左右,石器時(shí)代的生產(chǎn)工具極其落后，人類社會(huì)的生產(chǎn)力也是極端低下，所以社會(huì)發(fā)展極其緩慢，人類文化也是相當(dāng)簡(jiǎn)單和粗俗的。,舊石器 新石器,石器時(shí)代分為舊石器時(shí)代和新石器時(shí)代。舊石器時(shí)代，人類只會(huì)采用敲打而成的石頭作為簡(jiǎn)單的工具；新石器時(shí)代，人類已學(xué)會(huì)通過磨制的方法將石頭制成工具，后期還學(xué)會(huì)用泥土來制作陶器,陶器是由粘土或以粘土、長(zhǎng)石、石英等為主的混合物，經(jīng)成型、干燥、

3、燒制（燒制溫度低于1200℃）而成的制品的總稱。,新石器時(shí)代晚期(公元前3000-前2800) 黑陶豆陶體的黑色是因?yàn)闈B入了碳,到了“新石器時(shí)代”的晚期，人類因社會(huì)的發(fā)展，對(duì)農(nóng)具的要求有了極大的提高；同時(shí)漁獵和征戰(zhàn)也要求“使用性能”更高的武器——于是，金屬時(shí)代來臨。大約5000-6000年前，最早被人類利用的“金屬”是鉛——因?yàn)殂U的熔點(diǎn)很低，大約只有327℃，主要做一些“器具”，那時(shí)的人當(dāng)然不知道“鉛中毒”的嚴(yán)重危害。然后，就是

4、銅合金：青銅，一種銅錫鉛合金，古埃及人和中國(guó)人，在這方面又“領(lǐng)先”了許多年，尤其在冶煉、鑄造、鍛造和制品后加工技術(shù)上。青銅工具如斧、鋸、鑿、錐、鋤鏟的出現(xiàn)以及廣泛使用 ，在生產(chǎn)力的發(fā)展上起了劃時(shí)代的作用。它們?cè)谏a(chǎn)中高的效用，使青銅冶鑄技術(shù)日益重要，因而獲得飛速發(fā)展。,青銅器時(shí)代,商代四羊方尊,青銅時(shí)代約從公元前4000年至公元初年，希臘、埃及始于公元前3000年以前，中國(guó)始于公元前2000年。但發(fā)展快、水平高。到殷、西周時(shí)期已經(jīng)發(fā)展

5、到較高水平。青銅器時(shí)代標(biāo)志著人類開始學(xué)會(huì)冶煉和使用金屬材料。,古代青銅器：,我國(guó)最早的青銅器是1959年在河南偃師二里頭遺址中發(fā)現(xiàn)的銅爵（高20.7cm），其所處年代約當(dāng)公元前21世紀(jì)至前17世紀(jì)，相當(dāng)于史籍所載夏王朝的時(shí)代。,上海博物館所藏鑲嵌十字鈫方鉞為夏代晚期兵器，如圖所示。,杜嶺方鼎,1974年出土于河南省鄭州杜嶺張寨前街，共兩件。 一件高1米，重86.4千克，腹上部飾獸面紋，兩側(cè)及下部飾乳丁紋，形體質(zhì)樸莊重，現(xiàn)藏于中國(guó)歷

6、史博物館。 另一件較小，高0.87米，重64.25千克，藏于河南省博物館。為“河南博物院‘九大鎮(zhèn)院之寶’”,1933年河南安陽武官村出土的公元前十二世商代司母戉大方鼎：高133cm、器口長(zhǎng)110cm、寬78cm，重832.8kg?；y精美。成分：84.77%Cu，11.64%Sn，2.79%Pb,司母戉大方鼎,商后期四川廣漢三星堆出土金面罩人頭銅像,三星堆的金面罩銅質(zhì)圓頂、平頂人頭像 , 大者與人相似,商代晚期青銅神樹

7、0; 東漢青銅搖錢樹,1978年湖北隨縣擂鼓墩曾候乙墓(公元前433年)出土文物數(shù)量共有15404件.青銅器達(dá)到10噸：禮、樂、兵器、日用品，馬車器等。,曾候乙墓：,曾候乙墓編鐘:共65件，重2500多公斤,曾候乙墓編鐘:楚王镈,曾侯乙"銅鑒缶 (戰(zhàn)國(guó)早期),尊盤,銅尊上是用34個(gè)部件，經(jīng)過56處鑄接、焊接而連成一體，尊體上裝飾著28條蟠龍和32條蟠螭。銅盤盤體上共裝

8、飾了56條蟠龍和48條蟠螭,聯(lián)禁銅壺與大尊缶,陜西臨潼秦皇陵出土的銅車馬。,秦陵一號(hào)銅車馬:按真車馬的二分之一縮小，總重約1061公斤。配有1000多件金銀配飾。,秦陵二號(hào)銅車馬,車通長(zhǎng)3.17米，高1.06米，相當(dāng)于真車馬的一半?？傊亓繛?241公斤，由大小3462個(gè)零部件組裝而成。其中青銅制件1742個(gè)，黃金制件737個(gè)，白銀制件983個(gè)。所用銅絲直徑僅半個(gè)毫米左右。,鐵器時(shí)代：,青銅武器，在秦漢時(shí)，幾乎走到了“末路”。由于鐵器比

9、青銅器的硬度高4倍，極大地促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展 。鐵和（鍛）鋼的出現(xiàn)，改變了冷兵器時(shí)代的“格局”，鍛造的鐵或鋼制兵器，大大提高了游牧民族的戰(zhàn)斗力。到了西漢時(shí)期，中國(guó)制鐵技術(shù)才由春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代鐵器的“鑄造為主”，向“百煉鐵”（鍛造）轉(zhuǎn)變。戰(zhàn)國(guó)后期由于鋒利的鋼鐵兵器用于實(shí)戰(zhàn)，促使了防護(hù)工具的改變：到西漢時(shí)期鐵鎧已取代了皮甲。,,河北藁城商墓出土的鐵刃銅,西周時(shí)期虢國(guó)墓地出土的玉柄鐵劍,春秋戰(zhàn)國(guó) (公元前770～221年)開始大量使用鐵器

10、,1977年河北平山中山王墓出土的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期長(zhǎng)方形鐵爐，尺寸為89ⅹ45.2ⅹ17.8cm,這時(shí)鐵器已相當(dāng)普及。我國(guó)已用鑄鐵做農(nóng)具，比歐洲國(guó)家早1800多年,戰(zhàn)國(guó)鐵鋤,中國(guó)古代的大型鑄鐵件：河北滄州鐵獅:五代后周廣順三年（公元953年）鑄造?？偢?.4米，身高3.9米，頭高1.5米，身長(zhǎng)6.8米，寬3米，總重40噸 。,湖北當(dāng)陽鐵塔:宋朝嘉祐六年（公元1061年）鑄造。鐵塔在殿前十三級(jí)，高七丈，重53,300kg，由基座、塔身及塔頂

11、組成。 塔身13層, 除第一層外，每層均有平座、塔身和腰檐。腰檐上鑄有瓦壟、屋檐、檐角上鑄有凌空的龍首。鐵塔的基座和塔身上鑄有許多神態(tài)各異的佛像及紋飾，基座八角各立一金剛武士。,聊城鐵塔：中國(guó)六大古鐵塔之一,坐落于聊城市東關(guān)京杭古運(yùn)河河畔，原護(hù)國(guó)隆興寺內(nèi)東南角。塔始建年代無文字記載，據(jù)推測(cè)當(dāng)在南宋或遼金。原鐵塔在明代永樂年間倒塌，天順年間重修。塔為生鐵鑄造13層，高約15.8米。塔下基座占地16平方米，上有石刻佛教浮雕孔雀、麒麟、

12、龍鳳及樂舞人物等各類圖飾。塔四面有門窗、斗拱、瓦攏、房檐等，1977年，鐵塔被公布為山東省重點(diǎn)文物保護(hù)單位。,鋼鐵時(shí)代,18世紀(jì)的工業(yè)革命使人類的生產(chǎn)力有了空前的發(fā)展，人們不再簡(jiǎn)單的使用工具，而開始使用真正意義的機(jī)器，這標(biāo)志著工業(yè)時(shí)代的來臨。工業(yè)革命是以推廣應(yīng)用蒸汽機(jī)和紡織工業(yè)為突破口的，還有稍后的機(jī)械制造、輪船、火車等，這都是以煉鋼工業(yè)和鋼鐵材料的極大發(fā)展為基礎(chǔ)的，當(dāng)時(shí)，必須先開發(fā)出鋼鐵、銅合金等新材料而后使其實(shí)用化并得到推廣。,如

13、火車鐵軌的問世就是鋼鐵材料大量生產(chǎn)和應(yīng)用的成功例子,,,,,,人工合成材料時(shí)代,20世紀(jì)初，酚醛樹脂的合成標(biāo)志著人類進(jìn)入到了人工合成材料時(shí)代。目前，傳統(tǒng)合成材料已有幾十萬種，而新材料的數(shù)量正在以每年約5％的速度增長(zhǎng)；世界上現(xiàn)有800多萬種人工合成的化合物，而且還以每年25萬種的速度增長(zhǎng)，其中相當(dāng)一部分將成為工業(yè)化生產(chǎn)的新材料。,新材料時(shí)代 (New Material Age),材料是全球新技術(shù)革命的四大標(biāo)志之一(新材料技術(shù)、新能源技

14、術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)),金屬——由單一元素構(gòu)成的具有特殊的光澤、延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性的物質(zhì)，如金、銀、銅、鐵、錳、鋅、鋁等。 合金——由一種金屬元素與其他一種(或幾種)金屬元素或非金屬元素通過熔煉或其他方法合成的具有金屬特性的材料。金屬材料——金屬及其合金的總稱，即指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的，并具有金屬特性的物質(zhì)。,,①來源豐富：鋁在地殼中占8.13%②金屬材料品種多，性能各異。③金屬材料可通過熱處理或加工方法來改善性

15、能。④有良好的加工工藝性。,課程主要內(nèi)容：,1．金屬材料的基本知識(shí) 2．金屬的性能3．金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)4．金屬材料及其應(yīng)用5．熱處理的基本知識(shí),,1．金屬材料的基本知識(shí),主要介紹金屬的晶體結(jié)構(gòu)及變形的相關(guān)知識(shí)。,,2．金屬的性能,主要介紹金屬的力學(xué)性能和工藝性能。,3．金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),主要介紹鐵碳合金的組織及鐵碳合金相圖 。,,4．金屬材料及其應(yīng)用,主要介紹碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬及硬質(zhì)合金等金屬材料的常用牌號(hào)、成分、組織

16、、性能及用途，并介紹了國(guó)外常用金屬材料的牌號(hào)和新型工程材料的相關(guān)知識(shí)。,5．熱處理的基本知識(shí),主要介紹熱處理的原理（鋼在加熱、保溫、冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變）、熱處理的工藝（退火、正火、淬火、回火、表面熱處理等）及常用材料的典型熱處理工藝。,本課程的性質(zhì)和目的,（2）目的：,a　獲得有關(guān)金屬熱處理、金屬材料的基本知識(shí)。,b　熟悉常見金屬材料的牌號(hào)、性能特點(diǎn)及應(yīng)用；,了解它們之間成分、組織、性能、熱處理的關(guān)系。,c 具有選擇零件材料的能力，確

17、定加工工藝路線的能力。,d 為后續(xù)課程和從事技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。,（1）性質(zhì)：,基礎(chǔ)課。,緒 論,學(xué)習(xí)要求：,弄清重要的概念和基本理論，按照材料的成分和熱處理決定其組織、組織決定性能，性能決定其用途這一內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶，注意理論聯(lián)系實(shí)際，認(rèn)真聽課、按時(shí)完成作業(yè)，做好復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，是完全可以學(xué)好本課程。,本課學(xué)習(xí)方法：預(yù)習(xí) 、筆記 、復(fù)習(xí)、討論問題本教材的重點(diǎn)：常見的材料牌號(hào)及應(yīng)用，鋼的熱處理,小結(jié),1、材料的重要性2、金屬