1－物理冶金原理－绪论

null《物理冶金学原理》Fundamentals of Physical Metallurgy 《物理冶金学原理》Fundamentals of Physical Metallurgy 王 华 明 办公室：四#楼 208房间；电话：8231 7102 E-mail address：wanghm@buaa.edu.cn绪 论 -Introduction绪 论 -Introduction一、材料分类及各类材料性能特点 二、金属键及其特点 三、金属材料的独特性能特点 四、课程研究对象及主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 五、课程性质及学习方法 六、主要教学参考书一、材料分类及各类材料性能特点一、材料分类及各类材料性能特点什么是材料？ 用于制造有用物件的物质！ Materials  Substances for Making Useful Articles材料的分类 Classifications of Materials材料的分类 Classifications of Materials材料 Materials有机高分子材料 Polymers and Rubbers无机非金属材料 Ceramics and Glass复合材料 Composites (MMCs, CMCs, PMCs)金属材料 Metallic Materials (Metals and Alloys)非金属材料 Non-Metallic MaterialsComposites or HybridsComposites or Hybrids按功能分类：按功能分类：结构材料（按组成、性质、用途……） 功能材料（磁性材料、电子材料、超导材料、光电子信息材料、催化材料、储能材料、含能材料……）。陶瓷材料的性能优点：陶瓷材料的性能优点：共价键及离子键原子间结合键强、化学稳定性高 高温强度高、耐蚀性好、高温抗氧化性能好 硬度高、耐磨性优异 导热系数低、隔热性能好 (TBCs) 不导电，绝缘材料 …………陶瓷材料的性能缺点陶瓷材料的性能缺点 无塑性、几乎无韧性、脆性极大、难承受动载荷、应用面窄； 对缺陷极其敏感、无损伤容忍性 (No Damage－Tolerance)、 使用不安全 加工制造困难 (切削加工困难；无法焊接、锻压、扎制、锚接、无法修复等) 回收利用(Recycling)难度大、成本高高分子材料的性能缺点高分子材料的性能缺点 使用温度范围窄 (高温软、低温脆) 高温力学性能低、高温老化 低温韧性差、低温脆化； 长期化学及力学性能稳定性低性能退化 (Degradation) 回收问题 (Recycling )复合材料的性能优点复合材料的性能优点Flexible Combinations and Full Exploitations of Properties of Different Materials Flexible Control of Properties by Intelligent Design and Processing of a Composite Realization of Properties not Attainable by either of the Components alone 复合材料的性能缺点(金属基及陶瓷基) :复合材料的性能缺点(金属基及陶瓷基) : 材料制备工艺复杂、成本高； 性能一致性差、质量保障技术； 缺乏可靠的制造技术(Manufacturing Technologies ) 切削加工、焊接与连接、锻压、扎制、 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面处理、修复等 长期性能稳定性及性能退化问题 无法回收利用(Recycling )Characteristics of Metallic Bond 金属键及其特点 Characteristics of Metallic Bond 金属键及其特点 自由电子公有化 无方向性 无饱和性 不选择结合对象 种类及潜力无穷 塑性变形及加工硬化“Gas” of Free Electrons； Metallic Ions 自由电子云； 金属离子陶瓷及金属的典型拉伸（应力－应变）曲线 Typical Tensile Curves of Ceramic and Metallic Materials陶瓷及金属的典型拉伸（应力－应变）曲线 Typical Tensile Curves of Ceramic and Metallic MaterialsStrain, %ss sesbdStress, MPaMetallicCeramic金属材料的特点 Characteristics of Metallic Materials (Metals and Alloys)金属材料的特点 Characteristics of Metallic Materials (Metals and Alloys)1、种类繁多(占周期表三分之二)  合金种类及潜力无穷！（Fe\Al\Ti\Cu\Mg等很少几个体系）  金属间化合物及其合金 用量最大(结构及功能材料)null2. 优异的物理性能： 磁、光、电子、信息、储能等 优良的导电性及正的电阻温度系数 优异的导热性 …………….3. 优异的力学性能配合3. 优异的力学性能配合优异的强韧性配合： 高强度～4000MPa 高塑性及加工硬化 高韧性及损伤容限 使用温度范围宽广(高温、中温、室温、低温)且力学性能优异 优异的耐蚀、耐摩、抗氧化、抗热腐蚀等性能4. 优异的成形加工性能 Processing ability4. 优异的成形加工性能 Processing ability优异与灵活的凝固加工成型性能： 铸造成型：各种复杂形状及各种重量的零件 焊接成型：同种及异种金属材料的连接制造 独特的塑性变形及加工硬化特性与优异的冷加工成型能力： 冷轧、冷冲压、冷旋压、冷拔、冷挤压….. 冷加工过程中同时实现零件及材料的强化） 优异的热加工成型能力： 锻造、热轧、热挤压、5. 独特的抗过载能力及使用安全性(加工硬化)5. 独特的抗过载能力及使用安全性(加工硬化)零件局部过载塑性变形加工硬化材料强度提高不但不会失效、承载能力反而提高、使用安全； 加工硬化避免变形集中、均匀变形、均匀承载、零件材料潜力得以充分利用 加工硬化避免变形集中、材料均匀变形冷加工热加工成型成为可能。陶瓷及金属的典型拉伸（应力－应变）曲线 Typical Tensile Curves of Ceramic and Metallic Materials陶瓷及金属的典型拉伸（应力－应变）曲线 Typical Tensile Curves of Ceramic and Metallic MaterialsStrain, %ss sesbdStress, MPaMetallicCeramic6. 可以采用很多加工工艺手段改变金属零件材料组织及性能6. 可以采用很多加工工艺手段改变金属零件材料组织及性能控制铸件及铸锭凝固过程与凝固加工工艺：晶粒尺寸；合金相种类、形态、尺寸及其分布；化学成分及组织均匀性；形成各种特殊组织…. 控制固态相变过程金属材料热处理 合金化改变合金成分、材料相组成及性能 塑性变形(加工硬化)控制材料性能 各种表面强化与表面改性：喷丸强化、表面化学热处理、各种表面物理冶金技术7. 制造技术成熟、材料可重复利用7. 制造技术成熟、材料可重复利用铸、锻、焊、热处理等热加工制造技术 车、铣、刨、磨等机械技工技术 旋压、冲压、板金、铆接等各种冷加工制造技术 表面强化与表面加工制造技术 几乎完全可回收利用 Materials Recycling Fully-Recyclable  Environment-Friendly Materials--Ecomaterials金属材料： 过去、现在和可预见的将来，都是用量最大、用途最广、使用最可靠的材料！ 金属材料： 过去、现在和可预见的将来，都是用量最大、用途最广、使用最可靠的材料！ nullMetallic Materials: > 60% Ti Alloys: 41%; Al Alloys: 15%; Steels: 5% Polymer Composites: 24% “Rib-on-Web” Example: Aircraft Bulkheads“Rib-on-Web” Example: Aircraft BulkheadsFighter aircraft bulkhead photo courtesy of The Boeing CompanynullForged and Machined Ti Bulkhead for Fighter AircraftForged and Machined Ti Bulkhead for Fighter AircraftnullService Conditions of Turbine Blades and Vanes in a Jet EngineService Conditions of Turbine Blades and Vanes in a Jet EngineTurbofan GP7000 for Airbus 380Application Potentials of Titanium and Intermetallic Matrix Composites in Advanced Military Aircraft Engines Application Potentials of Titanium and Intermetallic Matrix Composites in Advanced Military Aircraft Engines 净重438吨的三峡电站不锈钢水轮机叶轮铸件 （合金冶炼－铸造－热处理－焊接）净重438吨的三峡电站不锈钢水轮机叶轮铸件 （合金冶炼－铸造－热处理－焊接）三、研究对象及主要内容三、研究对象及主要内容 研究金属材料的组织结构(晶体结构、晶体缺陷、显微组织等)、金属材料主要加工制备过程的基本原理及其相互关系，是一门有关金属材料结构、性能及其与材料加工制备过程之间相互关系与控制基本规律的理论与科学。The Four Elements of Materials Science and EngineeringThe Four Elements of Materials Science and EngineeringProcessing／SynthesisStructure What Is Materials Processing? All Processes and procedures which, through intelligent utilizations of fundamentals of MSE and related disciplines, and various existing or new technologies, special environment, etc Design, synthesize or fabricate materials Control macrostructure, microstructure, atomic arrangements, distribution of elements, energy states, etc of materials for the Designed or tailored mechanical or functional properties of materials Form, shape and manufacture materials and components, etc What Is Materials Processing? All Processes and procedures which, through intelligent utilizations of fundamentals of MSE and related disciplines, and various existing or new technologies, special environment, etc Design, synthesize or fabricate materials Control macrostructure, microstructure, atomic arrangements, distribution of elements, energy states, etc of materials for the Designed or tailored mechanical or functional properties of materials Form, shape and manufacture materials and components, etc Some Basic Examples of Materials Processing Methods Solidification Processing (Melting, Casting, Welding) Thermal Processing (Heat Treating, Sintering, etc) Mechanical Processing (Cold forming & rolling, etc ) Thermal Mechanical Processing Electro-magnetic Materials Processing Biological Materials Processing High Energy Density Beam Processing, Surface Processing Vacuum Materials Processing, Space or Micro-gravity Materials Processing Combustion Synthesis……etc. Some Basic Examples of Materials Processing Methods Solidification Processing (Melting, Casting, Welding) Thermal Processing (Heat Treating, Sintering, etc) Mechanical Processing (Cold forming & rolling, etc ) Thermal Mechanical Processing Electro-magnetic Materials Processing Biological Materials Processing High Energy Density Beam Processing, Surface Processing Vacuum Materials Processing, Space or Micro-gravity Materials Processing Combustion Synthesis……etc. Driving Force : Social Requirements for Better Materials Interests and Curiosity in Novel Materials ……etc Horse Power:  Understanding and Intelligent Utilization of Fundamentals of Materials Science  Innovation of Current Materials Processing Technologies  Intelligent Utilization of New or Innovative Technologies Intelligent utilization of Special Environments and Fields, ……etc Driving Force : Social Requirements for Better Materials Interests and Curiosity in Novel Materials ……etc Horse Power:  Understanding and Intelligent Utilization of Fundamentals of Materials Science  Innovation of Current Materials Processing Technologies  Intelligent Utilization of New or Innovative Technologies Intelligent utilization of Special Environments and Fields, ……etc《物理冶金学原理》研究对象:《物理冶金学原理》研究对象:主要研究内容主要研究内容金属材料的原子排列与结构(晶体结构、晶体缺陷、显微组织等) 金属材料主要加工制备方法的基本原理(凝固、固态相变、塑性变形等) 金属材料组织结构、性能及其与材料加工制备过程之间相互关系与控制的基本理论。Main ContentsMain ContentsAtomic Arrangements of Metals and Alloys: Crystal Structure of Metals and Alloys (Solid Solution and Intermediate Phases) Crystal Defects (Point Defects, Dislocations, Grain Boundaries and Interfaces) Phase Diagrams and Phase Transformations Binary Phase Diagrams Ternary Phase Diagrams Solidification of Pure Metals Solidification of Binary and Ternary Alloys Solid-State Phase Transformations and Alloys Plastic Deformation of Metals Plastic Deformation of Metals Recovery and Recrystallization of Cold Deformed Metals 课程主要内容课程主要内容 金属的结构 合金相图与相变 金属的塑性变形金属的结构 Structure of Metals and Alloys (Atomic Arrangements ) 金属的结构 Structure of Metals and Alloys (Atomic Arrangements ) 晶体学基础 金属的晶体结构 合金的相结构 晶体缺陷（位错、界面） 固体中原子的扩散合金相图与相变 Phase Diagrams and Phase Transformations合金相图与相变 Phase Diagrams and Phase Transformations 纯金属的凝固 二元合金相图及凝固 三元合金相图及凝固 固态相变及热处理原理金属的塑性变形 Plastic Deformation of Metals金属的塑性变形 Plastic Deformation of Metals 金属的塑性变形 金属材料的强化方法(Strengthening Methods of Metals ) 金属的回复与再结晶课程性质课程性质 金属材料方向最重要专业基础课！ 材料学院8大专业基础平台课之一 内容很广、涉及面宽：几乎涵盖金属材料科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 全部内容； 需要扎实的物理、化学、物理化学基础学习方法学习方法 理解基本概念、思考 精读一本参考书 读一本英文原著 复习思考题、作业主要教学参考书主要教学参考书 谢希文, 路若英:《金属学原理》,航空工业出版社 潘金生等：《材料科学基础》，清华大学出版社 余永宁：《金属学原理》，冶金工业出版社； J.F. Verhoeven, Fundamentals of Physical metallurgy Smallman, Modern Physical Metallurgy R.W Cahn, P. Haasen, Physical Metallurgy, 3rd Editionnullnull