工程材料-绪论

工程材料—绪论第1页/共47页2教材:

《工程材料》主编朱张校郑明新主审清华大学出版社《机械工程材料及应用》主编何庆复中国铁道出版社《机械工程材料》主编沈莲机械工业出版社《机械工程材料及选用习题与辅导》杨苹、陈俊英、冷永祥、万国江西南交通大学网络资源：/C25/gccl/index.html四川省精品课程：教案、答疑系统、网上实验…...理论授课学时:28学时实验学时:4学时教材与学时安排第2页/共47页3汽车主体结构示意第3页/共47页4奔驰汽车主体构造林肯汽车主体构造第4页/共47页5第5页/共47页6汽车、飞机等，除了设计与制造之外，还涉及哪些学科？材料科学是其中的重要组成部分……有哪些材料构成上述器件？又涉及材料科学与工程的哪些内容？第6页/共47页7CH0绪论0.1引言0.2材料与人类文明0.3材料科学与机械工程第7页/共47页8人和动物的本质区别?？？人在制造工具时，需要物质。但不是所有的物质都能用于制造工具。从这个角度出发，什么是材料？材料科学与人类文明的关系密切，可以说，人类的衣、食、住、行均离不开它。0.1引言材料－能为人类制造有用器件的物质。材料学－？第8页/共47页9一、材料与人类文明发展（历史文明与贡献）人类的文明进程是依据什么划分的？可以使用的占主导地位的材料。—石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代、复合材料时代、……。

0.2材料与人类文明材料应用的发展是人类发展的里程碑！电脑…5寸盘…3寸盘…ZIP盘…光盘…U盘…移动硬盘…第9页/共47页10第10页/共47页11400,000BC——4,500BC

石器时代（StoneAge）燧石：神奇的石头第11页/共47页12陶器（Pottery）陶器的出現是人類跨入新石器時代的重要標誌之一，據目前已知的考古資料，中國的陶器製作至少已有8000年以上的歷史。西安半坡人面网纹陶盆战国陶制四通水管第12页/共47页134,500BC——1,000BC

青铜器时代

（BronzeAge）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第13页/共47页14青铜，古称金或吉金，是红铜与其它化学元素（锡、镍、铅、磷等）的合金。史学上所称的“青铜时代”是指大量使用青铜工具及青铜礼器的时期。保守的估计，这一时期主要从夏商周直至秦汉，时间跨度约为两千年左右，这也是青铜器从发展、成熟乃至鼎盛的辉煌期。到春秋戰國時期，齊國工匠總結科技經驗寫成的《考工記》一書中，提出了「金有六齊」，這是世界科技史上最早的冶銅經驗總結。青铜：第一种合金夏钺戈第14页/共47页15三星堆立人像铸于商代晚期，人像高172厘米，底座高90厘米，通高262厘米，是世界上最大的青铜立人像，被尊称为“世界铜像之王”。突目面具铸于商代晚期，原件高64.5厘米，宽138厘米，眼球柱状外突长达13.5厘米，其造型在世界上亦属首见。第15页/共47页16司母戊鼎司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高133厘米，重875公斤。為已知的中國古代體量最大的青銅器。銅禁，中國已知最早應用失蠟法鑄造的作品，春秋時代的楚國王子午墓出土的，年代為公元前6世紀。第16页/共47页171450BC——铁制车轮1500AD——廉价的冶铁业1000BC——

铁器时代（IronAge）第17页/共47页18钢铁时代（steel-IronAge）合成材料时代复合材料时代第18页/共47页19华夏文明的独特贡献－What？世界四大文明古國對於掌握製陶技術與生產陶器都是獨立發明的，發展時間上也相差不遠。從原始瓷器到成熟瓷器的提高幾乎經歷了1500年之久，至遲在東漢晚期，中國已能燒製出成熟的青瓷，完成了由原始瓷器向標準瓷器的過渡。這件江蘇南京出土的吳國青瓷羊是成熟青瓷的代表作。特别地：瓷器（陶与瓷的异同？？？），是中國先民的偉大發明，要比國外出現早1500年以上，它是中華民族的寶貴歷史遺產之一。第19页/共47页20一、材料与人类文明发展（历史文明与贡献）

二、材料与人类现代文明材料科学与技术生物科学与技术能源科学与技术信息科学与技术－－材料是发展高科技的先导和基石其中材料是基础！支撑人类现代文明大厦的四大支柱技术：第20页/共47页21材料－技术大厦的砖石材料是所有科技进步的核心建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程无一不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破。没有钢铁材料，就没有今天的高楼大厦；没有专门为喷气发动机设计的材料，就没有靠飞机旅行的今天；没有耐高温复合涂层材料，就没有人类探索外空的飞船；没有固体微电子电路，就没有计算机。电脑…3寸盘…ZIP盘…光盘…U盘…移动硬盘…（信息材料为基石和先导。）第21页/共47页22建筑第22页/共47页23交通第23页/共47页24福特2000与西纳给2010这两款由材料工程师设计的汽车将成为未来交通工具。汽车用高强钢，比原先的轻24%，而强度高34%。汽车第24页/共47页25航空材料发动机－高温材料掺镍合金。机身－轻质材料铝合金（钢加固关键部位）钛合金（喷气式高温）--碳、硼纤维复合材料第25页/共47页26实例材料强度范围

MPa比强度

MPa

压气机叶片铝合金150-45055－160

压气机机匣钛合金350-110080－245

飞机尾翼碳纤维复合材料1000－1200（顺纤维方向）625－750轻质材料第26页/共47页27

在美国卡拉维纳尔角航天基地待升空的（穿梭机）。它是人类高技术的结晶。它应用了成千上万种材料，特别是一些高技术的新型材料。（本照片选自美国KennedySpaceCenter的Tourbook）航天飞机第27页/共47页28400~1260oC区：三万个氧化硅瓦片，表层为硼硅酸盐玻璃（绝缘，反射热能）。1600oC区：涂上碳／碳增强复合材料（由碳基体包围的碳纤维构成）。第28页/共47页29美2018年登月计划----登月火箭35层楼高第29页/共47页30第30页/共47页31超导磁悬浮列车

西南交通大学已研制成功全国唯一一辆“世纪号”超导磁悬浮列车，这种高温超导磁悬浮列车最大特点就是乘坐平稳、安全和快捷。和世界上最先进的轻轨列车比较，它没有一点轰隆隆的噪声，十分安静。1980’s：高温超导体第31页/共47页32能源

新能源材料则是指实现新能源的转化与利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料Si半导体材料为代表的太阳能电池材料铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。第32页/共47页33核能材料NuclearpowerstationatLeibstadt,Switzerland

uraniumoxidebeads

钨钒钢（W-Vsteel）铬钒钢（Cr-Vsteel）镍基高温合金（Hastelloymaterial）核反应堆材料：耐中子辐射、腐蚀、高温烧结后烧结前第33页/共47页34信息－人类正在步入信息时代，同时也是信息材料竞争的时代。第34页/共47页35电子管——晶体管——集成电路电子管16K内存器。图中的女士要用显微镜才看得到现在的集成电路16K内存器第一台电子管组成的计算机重达30吨，用电相当于一个小的城市。钨、钼电极。锗、硅半导体。集成电路晶体管电子管第35页/共47页36生物、生活－材料技术的发展改变我们的生活第36页/共47页37第37页/共47页380.3材料科学与机械工程

工程材料/机械工程材料－以强度、韧性、塑性等机械性能为主要要求，用于制作工程结构和零件、工具及模具的材料。一、机械设计与材料

机械设计两大基本步骤：（１）结构设计（２）材料设计。前者直观，易评定和核验；后者却要复杂得多，随设计者材料科学知识水平和经验的不同有很大差异。

选择材料和工艺实质是一种极重要的“零件内部组织结构设计”（材料设计）。第38页/共47页39二、机械制造过程与材料机械制造工艺包括：保证零件几何形状与尺寸：切削、铸、锻、焊等；保证材料内部组织及应力状态：热处理、表面处理。三、机械产品的失效与材料

本质上说，机械产品的失效就是材料的失效。其分析有利于：改善产品质量，提高寿命，提供改进措施；判定事故责任；杜绝类似事故发生（提供理论依据）。第39页/共47页40“材料贯穿于机械工程的始终”而其核心是围绕:“结构与性能”的相互辩证关系。四、总结什么是“组织结构”？什么是“性能”？？第40页/共47页41

What?“组织结构”什么是“组织结构”？？（第3章）第41页/共47页42What?“性能”什么是“力学性能”？？（第2章）第42页/共47页43材料科学与工程（MSE）四要素1合成与制备3材料特性2成分与组织结构4服役行为与寿命怎样学习好本课程？1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；2成分与组织结构：反映材料的本质，是认识材料的理论基础；3材料特性：表征了材料固有的性能，是选用材料的重要依据；4服役行为与使用寿命：与材料的加工和服役条件相结合来考察材料的使用寿命，它往往成为MSE