第一节　合金优质课教案

金

属

材

料（晒课）



1、第一阶段——原始钢铁生产

公元前4300年：自然的金、铜及锻打等工艺。

公元前2800年：铁的熔炼。

公元前2000年：青铜器兴盛，编钟与武器（商、周、春秋战国）

东汉时：反复锻打钢

→

最原始形变热处理工艺。

淬火技术:

“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”

→ 现代的水淬、油淬。



2、第二阶段——金属材料学科的基础

奠定金属材料学科基础：金属学、金相学、相变和合金钢等。

1803年：道尔顿提出原子学说，阿伏加德罗提出分子论。

1830年：Hessel提出32种晶体类型，普及晶体指数。

1891年：俄、德、英等国科学家分别独立地创立了点阵结

构理论。

1864年：Sorby制备第一张金相照片，9倍，但意义重大。

1827年：Karsten从钢中分离出了Fe3C，1888年Abel证明了这是Fe3C。

1861年：俄契尔诺夫提出了钢的临界转变温度的概念。

19世纪末：马氏体研究已成为时髦，Gibbs得到了相律，

Robert-Austen发现了奥氏体固溶特性，Roozeboom建立了Fe-Fe3C系的平衡图。

钢的组织命名：

Austenite→英金属学家Austen；

Bainite→美科学家Bain；

Sorbite→英科学家Sorby；

Martensite→德科学家Marten；

Troostite→法化学家Troost；

Ledeburite→德学者Ledebur. 新合金钢发明：

1820年，铁-铬合金；

1857年，钨钢；1898年,含钨高速钢雏形

1871年，锰钢和硅钢。

开始了合金钢的新纪元。



3、第三阶段——微观组织理论大发展

合金相图，X射线发明及应用，位错理论的建立。

1912年：发现X射线，证实α（δ）-Fe是bcc，γ-Fe是

fcc；固溶体规律。

1931年：发现合金元素的扩大和缩小γ区作用。

1934年：俄国Polanyi、匈牙利Orowan和英国Taylor各自独立地提出了位错理论，解释钢的塑性变形；马氏体转变的晶体学。

1938年：发明了电子显微镜。

1910年：发明A不锈钢，1912年发明了F不锈钢等。

1990年：发明了布氏硬度计，Griffith提出了应力集中会导致产生微裂纹。



4、第四阶段——微观理论的深入研究

微观理论的深入研究：

原子扩散及其本质的研究；钢TTT曲线测定；

贝氏体、马氏体转变理论形成了比较完整的理论。

位错理论建立：

电子显微镜的发明

→看到了钢中第二相沉淀析出，位错滑移，发现了不全位错、层错、位错墙、亚结构、Cottrell气团等现象

→

位错理论。

新科学仪器不断发明：

电子探针，场离子发射显微镜和场电子发射显微镜、扫描透射电镜（STEM）、扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）等

。



现代金属材料

先进结构材料的研究与开发是永恒的主题

开发高性能结构材料：

高比强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损→降低机械重量、提高性能、延长使用寿命的关键。复合材料→结构材料，广泛应用，如铝基复合材料。开发各种系列用途的低温奥氏体钢。

改造传统结构材料：

重要途径是组织更细更均匀，材料更纯洁

→关键是工艺。“新一代钢铁材料” 强度相当于现有钢铁材料两倍。

美“9.11”事件，暴露建筑用钢结构抗高温软化能力差→ 开发高强热轧耐火耐候钢。

开发其他高性能钢：

利用各种新工艺新方法制造出韧性和耐磨性都很好的新型工具钢。经济合金化是高速钢的一个发展方向，工具材料的各种表面处理技术开发，在新型工具材料的开发上具有重要的意义。

先进制备工艺：

如金属半固态加工技术，铝镁合金技术成熟，已应用。



金属材料的可持续发展与趋势

2004年提出了

“循环型社会的材料产业——材料产业的可持续发展”。

微生物冶金: 无废物的生产，已在许多国家进行了工业性生产。美国利用微生物冶金方法生产的铜占总产量的10%，日本人工培植海鞘以提取钒。海水是一种液态矿，海水中含有的合金元素量超过100亿吨。现在已可从海水中提取镁、铀等元素，全世界生产的镁大约有20%来自海水，美国靠这种镁已满足着需求量的80%。

我国资源短缺

；资源浪费严重；污染严重。

循环材料产业：

适应时代需要，把生态环境意识贯穿于产品和生产工艺的设计之中，提高材料利用率、降低生产和使用过程中环境的负担。发展形成资源—材料—环境良性循环的产业。

合金发展的主流方向是少合金化与通用合金，形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再生利用。要研究开发与人民生活密切相关的绿色材料以及环境友好材料。

钛合金

被称为“空间金属”、“未来钢铁”。

钛合金比强度是最高的，在高温和低温下都能保持高强度，耐蚀性也是无可匹敌的。

钛在地球中含量不少（0.6%）。但是提炼工艺复杂，成本高，广泛应用受到限制。

钛合金将是二十一世纪为人类作重要贡献的金属材料之

一。