1、材料科学基础,绪 论,一、材料科学基础及其研究目的： 材料科学基础：是研究金属或合金的化学成分、组织、结构及性能之间的相互关系及变化规律的科学。 目的和任务：了解、认识金属材料各种性能和本质，掌握金属材料在加工、使用中的变化规律，对金属学的基本理论和基本知识获得准确的理解和坚实的基础。 (1)合理地选择金属材料； (2)正确地拟定各种加工工艺过程，充分发挥材料的潜力，延长寿命，节约材料； (3)按给定的性能开发新的合金。,材料的分类： 按化学组成（或基本组成）分类 （1）金属材料：由金属元素或以金属元素为主体组成的具有金属特性的材料。 （2）无机非金属材料：无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼
2、酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。,高分子材料（聚合物）： 由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。 橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。,复合材料：由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。 复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。2004年度国家技术发明奖一等奖： 高性能炭/炭航空制动材料的制备技术（中南大学黄伯云院士等） 耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术（西北工业大学张
3、立同院士等）,二、金属材料及影响其性能的因素： 金属材料分为：纯金属和合金。 金属特性：导电性、导热性、延展性、光泽性、正的电阻温度系数。例如：钢、铁、铜、铝等。 影响其性能的因素： 化学成分：组成物质的基本元素及其含量。化学成分主要由冶炼和铸造控制，特别是靠冶炼来保证。 化学成分不同，金属材料的性能不同。,结构：原子在空间有规律排列的形式（原子集合体中各原子的具体组合状态）。 例如：石墨和金刚石。 结构不同，性能不同。,组织：用肉眼和借助于不同放大倍数的显微镜观察到的金属材料内部各种相的晶粒大小、形态和分布。 不同成分具有不同的组织； 同种成分不同的加工、处理工艺可获得不同的组织。 组织不同
4、，性能也不同。,左图为ALSi合金的共晶组织,金属铸锭组织,成分-结构-性质-工艺过程之间的关系,材料科学与工程的四个基本要素： 合成与加工、成分与组织结构、性质、使用性能， 探索这四个要素之间的关系，覆盖从基础学科到工程的全部内容。 四个要素间的密切关系确定了材料科学与工程这一领域，确定了本课程的教学线索。,成分-结构-性质-工艺过程之间关系示意图,金属材料的成分不同，结构组织不同，性能不同。改变金属材料的性能： 内在因素成分、结构、组织 外在因素各种加工处理工艺（外在因素通过改变内在因素改变材料的性能）,三、金属材料的性能：,零件的加工过程：冶炼 下料（锻件、铸造件） 预先热处理 机加工
5、最终热处理 磨削 装配 使用 对金属材料性能要求： 工艺性能，使用性能。 工艺性能：能适应实际生产工艺要求的能力。在于能不能保证生产、制作。 包括：铸造性能流动性，收缩性，偏析等；锻造性能固态流动性，冷变形硬化能力等；以及切削加工性能，热处理性能，焊接性能。,使用性能：在使用中应具备的性能。 在于保证能不能应用。 包括： 物理性能，化学性能，机械性能（强度、硬度、塑性、韧性） 学习材料科学基础的必要性： 通过这门课的学习，为材料学课程的学习打下基础；为今后有关专业的工作和科研提供必需的有关金属学方面的基本知识、基本理论、基本实验技能，提高分析问题和解决问题的能力。,四、本课程研究的具体内容： 三大理论： 晶体结构理论（正常结构、晶体缺陷） 结晶理论（纯金属、二元合金、三元合金） 固态中的转变理论（塑变和回复再结晶、扩散、固态相变） 一大中心：成分、组织、结构、性能关系 二大图形：相图、金属的组织图,参 考 书： 金属学胡庚祥 金属学基础包永千 金属学原理刘国勋 金属学原理徐祖耀 金属学材料科学基础余永宁 金属学原理李超 物理冶金学曹明盛 材料科学基础徐恒钧 材料科学基础胡庚祥,
