2011年机械工程材料第0章.ppt

机 械 工 程 材 料 教 师：徐家文 电 话：88036521（办）E-mail： 材料科学与工程学院 1 一、材料和材料科学 1、材料 材料是指可以用来直接制造有用 物件、构件或器件的物质。 2 绪 论 “ “神舟神舟” ”飞船飞船 国产涡喷-7涡轮喷气发动机 锉刀 手锤 材料是人类生产和生活所 必须的物质基础 3 绪 论 材料是人类进化的里程碑 由于材料的重要性，历史学家根据人类所 使用的材料来划分时代。 4 绪 论 二十世纪七十年代，人们把材料与 能源和信息并列，称作现代文明的三大 支柱之一。5 绪 论 v材料是支撑现代文明大厦的技术之一， 是发展高科技的先导和基石。 材料科学与技术 信息科学与技术 能源科学与技术 材料科学与技术 信息科学与技术 生物科学与技术 1998年 6 绪 论 中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作出 过重大贡献。 早在公元前6000 5000年的新石器时代 ，中华民族的先人就 能用黏土烧制成陶器 ，到东汉时期又出现 了瓷器，并流传海外 。 7 绪 论 4000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜， 到殷、商时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达 到很高水平。 司母戊鼎 河南安阳晚商遗址出土 青铜铸造 高133厘米 重875kg 饰纹优美 中国古代质量最大的青銅器 8 绪 论 春秋晚期越国青铜兵器 出土于湖北江陵楚墓 长55.7厘米 剑锷锋芒犀利 锋能割断头发 越王勾践宝剑 9 绪 论 春秋战国时代的 青铜剑，剑身及 剑锋由不同成分 的青铜组成，是 复合材料很好的 例子。 梯度材料古已有之 这是古代剑刃截面图 古代剑刃制造中的特殊技术古代剑刃制造中的特殊技术 10 绪 论 黄石铜矿遗址 春秋晚期 矿井深达50m 炼铜炉渣多达40万吨 实属罕见 11 绪 论 我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器， 明朝科学家宋应星在天工开物一书中就记载 了古代的渗碳热处理等工艺。 生铁炒熟铁图 宋应星 12 绪 论 2、材料科学 以材料为研究对象的一门科学。 材料科学与工程的核心关系 13 合金的结构层次 组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观察到 的金属内部的情景 14 材料科学与工程四要素 服役行为与寿命 成分与组 织结构 合成与制备 材料特性 材料的合成与制备：研究获取材料的手段， 以工艺技术的进步为标志 成分与组织结构：反映材料的本质，是认识 材料的理论基础； 材料特性：表征了材料固 有的性能，是选用材料的 重要依据； 服役行为与使用寿命：与 材料加工和服役条件相结 合来考察材料的使用。 15 Steel with 0.4%C 工艺工艺- -组织组织- -性能之间关系的例子性能之间关系的例子 16 绪 论 3、材料的研究历程 1863年，光学显微镜首次应用 于金属研究，诞生了金相学， 使人们能够将材料的宏观性能 与微观组织联系起来。 灰铸铁的显微组织 光学显微镜 Pb-Sn共晶组织 17 绪 论 1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用 于晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的 认识从最初的假想到科学的现实。 Si表面的重构图象 X-射线衍射仪 18 绪 论 1932年发明了电子显微镜，把人们带到 了微观世界的更深层次（10-7m）。 电子显微镜 19 绪 论 1934年位错理论的提 出，解决了晶体理论 计算强度与实验测得 的实际强度之间存在 的巨大差别。 对于认识材料的 力学性能及设计高强 度材料具有划时代的 意义。 金属钛中的位错 20 二、工程材料的分类 1、工程材料 工程材料是用于制造工程结构和机械零件 并主要要求力学性能的结构材料。 2、工程材料分类按组成与结合键分： （1）金属材料 （2）高分子材料 （3）陶瓷材料 （4）复合材料 21 二、工程材料的分类 （1）金属材料以金属键结合为主 黑色金属主要指钢铁材料 有色金属轻金属,重金属,贵金属等 良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽， 用量最大、应用最广泛。 22 世界钢铁材料年产量已达10亿吨，在机械产品 中的用量已占整个用材的60%以上。 板材 23 （2）陶瓷材料共价键和离子键为主 熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大 分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三类 陶瓷制品 陶瓷发动机24 传统陶瓷又称普通陶瓷, 是以天然材料( 如黏土、石英、长石等)为原料的陶瓷, 主要用作 建筑材料使用。 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成 材料为原料的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀 、耐磨零件。 25 （3）高分子材料 以分子键和共价键为主 塑性、耐蚀性、电绝缘 性、减振性好，密度小 包括塑料、橡胶及合成 纤维等 烯丙酰氯-苯乙烯 26 （4）复合材料 是把两种或两种以上不同性 质或不同结构的材料以微观或 宏观的形式组合在一起而形成 的材料。 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料 碳/碳复合材料 玻璃纤维增强高分子复 合材料 27 三、工程材料的应用及发展趋势 机械工业是材料应用的重要领域 28 三、工程材料的应用 新材料在不断地涌现。 29 三、工程材料的应用 结构材料向高比强、高刚度、高韧性、耐高温、 耐腐蚀、抗辐照和多功能方向发展。 随机械工业的发展，在产品设计与制造过程中， 会遇到越来越多的材料及加工方面的问题。 机械工程技术人员需掌握必要的材料科学与工程 知识，能正确选择材料和安排加工方法及工艺。 30 材料科学的发展趋势 v复合材料方向 v功能材料方向 v尺度微小方向 v生物材料方向 v材料设计方向 31 材料科学的发展总趋势 建立“材料信息科学”和“材料计算 机设计科学”。 目前状况：合金经验设计，主要采用“尝试法” ，大量实验资料没整理成规律性的科学信息， 也没形成理性认识的完整知识系统。 32 短期目标：基本建立我国计算材料科学框架体 系；发展描述结构与性能关系的不同尺度的数 理模型，建立与评估计算模拟所需数据库。 长期目标：构建合金系中“原子结构相结构 组织结构物理性质热力学性质”相互关 联和随浓度的变化的完整理论体系。 33 四、课程的性质和任务 1、课程性质 机械类和近机类各专业的技术基础课，考试课 。 2、课程任务 了解材料料科学与工程的基础知识； 明确材料科学与工程的核心关系； 了解常用材料的用途和热加工工艺； 具有根据材料安排工艺路线的能力。 34 五、课程特点及要求 1、课程特点：内容丰富，概念极多； 课时极少