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工程材料学 郭训忠南京航空航天大学材料科学与技术学院 1 E mail guoxunzhong 手机号作地点 材料楼305 2 课程的意义 课程参考书 课程的安排 课程的主要内容 课程的性质及任务 绪论 3 课程的主要内容 工程材料 其它成形工艺 铸造 焊接 压力加工 毛坯 机械加工 热处理 零件 4 课程的意义 材料是指人类用以制造各种有用器件的物质 0 1材料与人类文明 5 材料是人类生产和生活所必须的物质基础 6 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 7 400 000BC 4 500BC石器时代 燧石 神奇的石头 用于碾磨谷物的石盘 用于收割谷物的石镰 8 陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一 据目前已知的考古资料 中国的陶器制作至少已有8000年以上的历史 西安半坡人面网纹陶盆 战国陶制四通水管 6 000BC 5 000BC陶器时代 9 秦兵马俑 10 4 500BC 1 000BC青铜时代 从矿石中提炼铜 冶金业的黎明 这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一 11 12 四川三星堆青铜器 13 1 000BC 铁器时代 1450BC 铁制车轮 1500AD 廉价的冶铁业 14 新材料时代 新能源材料 15 新材料时代 纳米材料 16 新材料时代 纳米材料 b 17 DSSC组装及性能测试流程图 新材料时代 纳米材料 18 课程的意义 0 2材料的发展过程及趋势 19 高性能的新型金属结构材料先进的多相复合材料低维材料 一维如纤维材料 二维如薄膜材料 非晶材料 具有合金化程度高 高强度 耐磨 耐腐蚀 良好的磁学性能等 功能材料迅速发展 当代新技术中能源技术 空间技术 信息技术和计算机技术的物质基础 特殊条件下应用的材料 低温 高压 高真空 高温以及辐照条件 材料的设计及选用计算机化 材料发展趋势简介 20 材料的可持续发展 在保证满足使用性能条件下 尽量选用节约资源 降低能耗的材料 生态环境材料 开发与选用环境相容性的新材料 并对现有材料进行环境协调性改进尽可能地选用环境降解材料针对积累下来的污染问题 开发门类齐全的生态环境材料 对环境进行修复 净化或替代等处理 逐渐改善地球的生态环境 使之朝可持续发展的方向前进 21 课程的意义 0 3工程材料的分类 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 按组成与结合键分 1 金属材料 黑色金属 有色金属 2 高分子材料 纤维 橡胶 塑料 3 无机非金属材料 水泥 玻璃 耐火材料 陶瓷 4 复合材料 树脂基 金属基 陶瓷基 22 金属材料 金属 是一种具有光泽 即对可见光强烈反射 富有延展性 易导电 导热等性质的物质金属键 由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成用量最大 应用最广泛 23 铁及铁合金称为黑色金属 即钢铁材料 其世界年产量已达10亿吨 在机械产品中的用量已占整个用材的60 以上 24 大口径薄壁无缝管的制备过程 25 以高分子化合物为基础的材料共价键 原子键通过共享电子所形成的化学键分子键 分子偶极矩间的库仑相互作用所形成的化学键塑性 耐蚀性 电绝缘性 减振性好 密度小 分子键 共价键 高分子材料 26 高分子材料在机械 电气 纺织 汽车 飞机 轮船等制造工业和化学 交通运输 航空航天等工业中被广泛应用 烯丙酰氯 苯乙烯 27 雪碧 晶晶亮 透心凉 的背后 28 图片摄自 南京伟东包装制品有限公司 29 除金属材料 高分子材料以外的所有材料的总称 以共价键和离子键为主离子键 是原子得失电子后生成的阴阳离子之间通过静电作用而形成的化学键 熔点高 硬度高 耐腐蚀 脆性大 无机非金属材料 陶瓷材料 30 传统陶瓷 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 精细陶瓷 是以人工合成材料为原料的陶瓷 用作工程上的耐热 耐蚀 耐磨零件 31 复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料 通过物理或化学的方法 在宏观上组成具有新性能的材料各种材料在性能上取长补短 产生协同效应 使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求 32 现代航空发动机燃烧室温度最高的材料就是通过粉末冶金法制备的氧化物粒子弥散强化的镍基合金复合材料 很多高级游艇 赛艇及体育器械等是由碳纤维复合材料制成的 它们具有重量轻 弹性好 强度高等优点 33 F 3530 35 阵风30 A35052 各型号飞机中复合材料的用量 34 复合材料 爆炸复合 35 复合板爆炸复合原理 36 复合管爆炸复合原理 37 课程性质 是机械类和近机类各专业的技术基础课课程任务 了解工程材料的一般知识 建立化学成分 组织结构 加工工艺与性能之间的关系 课程的性质及任务 38 化学成分 成分 组成材料的元素及浓度 组织 用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观察到的材料内部的微观形貌 习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的组织称低倍组织或宏观组织 放大100 2000倍的组织称高倍组织或显微组织 在电子显微镜下放大几千 几十万倍的组织称精细组织或电镜组织 39 钢的宏观组织 显微组织和电镜组织 显微组织 电镜组织 40 结构 材料中各原子的具体组合状态 一般通过X射线衍射或透射电镜研究 纯铁晶体的X 射线衍射谱 41 了解常用材料的用途和加工工艺 初步具备合理选材 正确确定加工方法 妥善安排工艺路线的能力 Steelwith0 4 C 42 课程的安排 课时 40学时 包括5学时实验 成绩评定方法 课程考核成绩由三部分构成 实验成绩10 平时成绩20 闭卷考试成绩7