工程材料-緒論全解

1、緒緒 論論 一、材料和材料科學(xué)一、材料和材料科學(xué) 二、工程材料的分類二、工程材料的分類 三、材料科學(xué)在機(jī)械工程中的應(yīng)用三、材料科學(xué)在機(jī)械工程中的應(yīng)用 四、本課程的意義、內(nèi)容及學(xué)習(xí)要求四、本課程的意義、內(nèi)容及學(xué)習(xí)要求一、材料和材料科學(xué)一、材料和材料科學(xué)1、材料、材料材料是人類生產(chǎn)和生活以及社會(huì)進(jìn)步所必須材料是人類生產(chǎn)和生活以及社會(huì)進(jìn)步所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。的物質(zhì)基礎(chǔ)。手手錘錘銼刀銼刀國產(chǎn)渦噴國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 石器時(shí)代石器時(shí)代 青銅器時(shí)代青銅器時(shí)代 鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代 人工合成材料的時(shí)代人工合成材料的時(shí)代歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時(shí)代，歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時(shí)

2、代，可見材料的對社會(huì)發(fā)展的重要影響可見材料的對社會(huì)發(fā)展的重要影響 。我國在人類歷史上為材料的發(fā)展和應(yīng)用作出過重我國在人類歷史上為材料的發(fā)展和應(yīng)用作出過重大貢獻(xiàn)。大貢獻(xiàn)。 從古猿到原始社會(huì)，主從古猿到原始社會(huì)，主要的工具是石器。要的工具是石器。 到了原始社會(huì)末期，出到了原始社會(huì)末期，出現(xiàn)了陶器?，F(xiàn)了陶器。 東漢時(shí)期又出現(xiàn)了瓷器，東漢時(shí)期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。并流傳海外。 成為了中國古代文明的成為了中國古代文明的象征。象征。4000年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)會(huì)煉銅，到殷、商時(shí)年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)會(huì)煉銅，到殷、商時(shí)期，我國的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到很高的水平。期，我國的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到

3、很高的水平。 司母戊鼎司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造青銅鑄造高高133厘米厘米 重重875kg飾紋優(yōu)美飾紋優(yōu)美 到殷商時(shí)代，我國青銅冶煉與鑄造技術(shù)發(fā)展到較高的水平。 到了春秋、戰(zhàn)國時(shí)期我國已經(jīng)總結(jié)出了青銅的成分、性能和用途之間的關(guān)系與規(guī)律。 18631863年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀組織聯(lián)系起來。觀組織聯(lián)系起來?；诣T鐵的顯微組織灰鑄鐵的顯微組織光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡Pb-Sn共晶組織共晶組織人類對材料的認(rèn)識(shí)逐步地深入。人類對材料的認(rèn)識(shí)逐步地

4、深入。1912年發(fā)現(xiàn)了年發(fā)現(xiàn)了X-射線對晶體的作用并在隨后被用于射線對晶體的作用并在隨后被用于晶體衍射分析，使人們對固體材料微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)晶體衍射分析，使人們對固體材料微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)從最初的假想到科學(xué)的現(xiàn)實(shí)。從最初的假想到科學(xué)的現(xiàn)實(shí)。 Si表面的重構(gòu)圖象表面的重構(gòu)圖象X-射線衍射儀射線衍射儀1932年發(fā)明了電子年發(fā)明了電子顯微鏡，把人們帶顯微鏡，把人們帶到了微觀世界的更到了微觀世界的更深層次（深層次（10-7m） 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡 光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下 1934年位錯(cuò)理論的提年位錯(cuò)理論的提出，解決了晶體理論出，解決了晶體理論計(jì)算強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)測得計(jì)算強(qiáng)

5、度與實(shí)驗(yàn)測得的實(shí)際強(qiáng)度之間存在的實(shí)際強(qiáng)度之間存在的巨大差別的矛盾，的巨大差別的矛盾，對于人們認(rèn)識(shí)材料的對于人們認(rèn)識(shí)材料的力學(xué)性能及設(shè)計(jì)高強(qiáng)力學(xué)性能及設(shè)計(jì)高強(qiáng)度材料具有劃時(shí)代的度材料具有劃時(shí)代的意義。意義。 金屬鈦中的位錯(cuò)金屬鈦中的位錯(cuò)2、材料科學(xué)、材料科學(xué) 主要研究內(nèi)容：主要研究內(nèi)容： 研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系； 研究材料的形成機(jī)理和制取方法；研究材料的形成機(jī)理和制取方法； 研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)；研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)； 分析材料的損壞機(jī)理；分析材料的損壞機(jī)理； 研究材料的合理加工方法和最佳使用方案研究材料的合理加工方法和

6、最佳使用方案l材料科學(xué)是以材料為研究對象的一門科學(xué)。材料科學(xué)是以材料為研究對象的一門科學(xué)。二、工程材料的分類二、工程材料的分類 工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件并主工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件并主要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。 按組成與結(jié)合鍵分：按組成與結(jié)合鍵分： 1、金屬材料、金屬材料 2、高分子材料、高分子材料 3、陶瓷材料、陶瓷材料 4、復(fù)合材料、復(fù)合材料金屬材料：金屬材料： 以金屬鍵結(jié)合為主以金屬鍵結(jié)合為主 良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤澤 用量最大、應(yīng)用最廣泛的主要工程材料用量最大、應(yīng)用最廣泛的主要工程材料

7、金屬材料分兩大類：金屬材料分兩大類：1 1、黑色金屬：鐵及鐵的合金材料（鋼鐵材料、黑色金屬：鐵及鐵的合金材料（鋼鐵材料, ,占金屬材料的占金屬材料的95%95%以上）以上）2、有色金屬：輕金屬（鋁、鎂、鈦等）、有色金屬：輕金屬（鋁、鎂、鈦等）,重重金屬（鉛和銻等）金屬（鉛和銻等）,貴金屬（金、銀、錫、貴金屬（金、銀、錫、鉑）鉑）,稀有金屬稀有金屬 。金屬材料制品金屬材料制品 以共價(jià)鍵和離子鍵為主以共價(jià)鍵和離子鍵為主 熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐蝕、脆性大熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐蝕、脆性大 分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三類分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三類 陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料 以分子

8、鍵和共價(jià)鍵為主以分子鍵和共價(jià)鍵為主 塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，密度小塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，密度小 包括塑料、橡膠及合成纖維等包括塑料、橡膠及合成纖維等 高分子材料高分子材料在機(jī)械、電氣、紡織、汽車、飛機(jī)、輪在機(jī)械、電氣、紡織、汽車、飛機(jī)、輪船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運(yùn)輸、航空航天等工業(yè)船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運(yùn)輸、航空航天等工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。中被廣泛應(yīng)用。 復(fù)合材料復(fù)合材料 包括：包括： 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料 高分子復(fù)合材料高分子復(fù)合材料 l是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的

9、形式組合在一起而形成的材料。以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料材料科學(xué)在機(jī)械工程中的應(yīng)用 隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對材料的要求越來越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向高對材料的要求越來越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向高比強(qiáng)、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、比強(qiáng)、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展。抗輻照和多功能的方向發(fā)展。 優(yōu)質(zhì)的機(jī)械產(chǎn)品是合理的材料、優(yōu)良的設(shè)計(jì)和正確的加工這三者的整體配合，其中材料是基礎(chǔ)條件。1、材料為產(chǎn)提供了必要的基本功能，是產(chǎn)品的重要保證。2、機(jī)械設(shè)計(jì)不僅要有優(yōu)良的功能設(shè)計(jì)和

10、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還要有合理的材料設(shè)計(jì)。3、機(jī)械制造過程中也要根據(jù)材料不同來選擇合適的制造工藝。四、機(jī)械工程材料課程的學(xué)習(xí)意義、內(nèi)四、機(jī)械工程材料課程的學(xué)習(xí)意義、內(nèi)容及要求容及要求 課程特點(diǎn)：基本概念多，與實(shí)際聯(lián)系緊密，課程特點(diǎn)：基本概念多，與實(shí)際聯(lián)系緊密，是一門應(yīng)用科學(xué)。是一門應(yīng)用科學(xué)。 課程意義：通過學(xué)習(xí)該課程獲得各種工程課程意義：通過學(xué)習(xí)該課程獲得各種工程材料的基本理論知識(shí)和性能特點(diǎn)，從而具材料的基本理論知識(shí)和性能特點(diǎn)，從而具備合理選擇材料，正確選擇加工工藝和制備合理選擇材料，正確選擇加工工藝和制定加工工藝路線的能力。定加工工藝路線的能力。課程任務(wù)及要求：課程任務(wù)及要求： 了解工程材料的基本理論和材料的性能特點(diǎn)，了解工程材料的基本理論和材料的性能特