上海交通大学：《材料与文明》课程教学资源（课程资料）4 Iron Age

上游充通大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 漏 钢铁时代 UGAO TONG UNIVEDSY

1896 1920 1987 2006 钢铁时代

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强度与韧性 强度 韧性 The strength of a material is Toughness is the ability of a material its ability to withstand an to absorb energy and plastically applied load without failure. deform without fracturing. Astress o=F/A yield fracture X X non-linear area o=f(E) linear area O=EE strain E 材料科学与工程学院 4 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 4 The strength of a material is its ability to withstand an applied load without failure. 强度 韧性 强度与韧性 Toughness is the ability of a material to absorb energy and plastically deform without fracturing

图 强度与韧性 C USNCAP-CRADLEC 34.6 超高强度●800~1400Mpa 549% 高强度●2D-800Mpm 105 普通●c270Mpa 材料科学与工程学院 5 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 5 强度与韧性

③ 强度与韧性 塑料 热固性塑料 铝 低碳钢<300N/mm抗拉强度 高逼度钢<560N/mm抗拉强度 中高强度钢<1,000N/mm?抗拉度 超高强度钢*1,500Nmm坑拉方度 热成型超高强度钢<1,500d/mm2拉拉强度 材料科学与工程学院 6 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 6 强度与韧性

"The future of Metals"Lu Ke,2010,Science A 300 250 6706m 200- Steels y'ssauybno ainpe 150 100 Ni alloys Ti alloys Cu 50 alloys Engineering polymeric composites AL alfoys Polymers Mg alloys Carbon fibers 0 Ceramics D 1D0 200 30D 400 1000 2000 Strength-to-weight ratio (MPa cm3g-1) 材料科学与工程学院 7 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering “The future of Metals” Lu Ke, 2010, Science 7

③ 合金成分 ,越王勾践剑 剑脊剑刃 剑格正中+S T (c) Sn at9) 10 20 1200 1400 1084,57*C L 1000 整王 1200 800 13,5 22.025.5 799*C 0.6 1000 6 a(Cu) 40C 日本武士刀 600 16.6 24.6 15,8 520 800 27,0 400 415C HAMON HA-MACHI YASURI-ME 350C KISSAKI YOKOTE HA (edge) (temperline) HADA (file marks) 11,0 32.6 (edge 600 (point) (grain) notch) MEI (signature 200 189PC 400 MUNE SHINOGI HORIMONO NAKAGO BOSHI (blade ridge) engraving) (back) (tanq) tempered SHINOGI-JI MUNE-MACHI 0 point) (blade tlat) (back notch) MEKUGI-ANA (tang hole) 0 10 20 30 40 Cu Sn(m%) Sn 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering • 日本武士刀 • 越王勾践剑 合金成分 剑脊 剑刃 剑格正中+S

图 铁碳相图 Composition (at%C) 0 5 10 15 20 25 1600 538℃ T 1493C 1400 L 2500 1394c Y+L 1200 1147℃ y,Austenite 2.14 4.30 2000 1000 12℃ y+Fe3C 800 1500 2 727℃ 6 022 00 中 er高碳钢 Fe3C 碳钢 生铁 Cementite(Fe3C) 1000 铁 400 0 1 2 3 4 5 6 6.70 (Fe) Composition (wt%C) 材料科学与工程学院 10 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 10 中低 高碳钢 生铁 碳钢 熟 铁 铁碳相图

© 春秋晚期，冶炼生铁。 材料科学与工程学院 11 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 春秋晚期，冶炼生铁。 11

© 春秋晚期，冶炼生铁。 我国用铁矿石直接炼铁 √春秋时期发明块炼铁，在较低温度还原固态铁矿石，获得海绵铁， 锻打成铁块 √春秋晚期(BC6世纪)，炼出可供浇铸的液态生铁，铸成铁器 口生铁的出现，是因为烧陶窑和冶铜炉的温度较高，具备了高温冶铁的条件 口高温炼铁炉中，铁矿石还原、渗碳，得到含碳3~4%的液态生铁 √战国初，掌握脱碳、 热处理技术，使与铁化合的碳(F3c)以石墨析出，发明韧性铸 铁 口铁器以农具、手工工具为主，兵器则青铜、铁、钢兼而有之 口「孟子」：“许子以铁耕乎？”，反映BC4世纪正在推广铸铁农具 口战国后期，发明可重复使用的“铁范”（用铁制成的铸造金属器物的空腹器） 口兴隆战国铁器遗址：出土农具铁模，冶铸技术由泥砂造型进入铁模铸造阶段 口今山东临淄和河北邯郸铁矿，春秋战国时期已有开采 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 我国用铁矿石直接炼铁 春秋时期发明块炼铁，在较低温度还原固态铁矿石，获得海绵铁，锻打成铁块 春秋晚期(BC 6世纪)，炼出可供浇铸的液态生铁，铸成铁器  生铁的出现，是因为烧陶窑和冶铜炉的温度较高，具备了高温冶铁的条件  高温炼铁炉中，铁矿石还原、渗碳，得到含碳3~4％的液态生铁 战国初，掌握脱碳、热处理技术，使与铁化合的碳(Fe3C)以石墨析出，发明韧性铸 铁  铁器以农具、手工工具为主，兵器则青铜、铁、钢兼而有之  「孟子」：“许子以铁耕乎？”，反映BC 4世纪正在推广铸铁农具  战国后期，发明可重复使用的“铁范”(用铁制成的铸造金属器物的空腹器)  兴隆战国铁器遗址：出土农具铁模，冶铸技术由泥砂造型进入铁模铸造阶段  今山东临淄和河北邯郸铁矿，春秋战国时期已有开采 春秋晚期，冶炼生铁