工程材料第一章緒論

1、工 程 材 料 緒 論 眾所周知，材料、能源、信息是人類現(xiàn)眾所周知，材料、能源、信息是人類現(xiàn)代文明的三大支柱。代文明的三大支柱。 工程材料是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在國(guó)民工程材料是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。因此，材料科學(xué)是科經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。因此，材料科學(xué)是科技發(fā)展的重要學(xué)科。技發(fā)展的重要學(xué)科。 人類文明社會(huì)的發(fā)展與人類使用材料的不斷更新密切相關(guān)。例如，原始社會(huì)的的石器時(shí)代，人們使用的是簡(jiǎn)陋的石制工具；奴隸制社會(huì)主要使用銅器；封建社會(huì)使用鐵器；結(jié)果大大的提高了社會(huì)生產(chǎn)力推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展。當(dāng)時(shí)人們對(duì)材料的要求主要是機(jī)械性能（力學(xué)性能）和可加工性。但是在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天，人們對(duì)材

2、料的要求不只是其力學(xué)性能，因?yàn)槿藗儗?duì)使用的產(chǎn)品要求不只是壽命長(zhǎng)，容量大，而且要求小型化、自動(dòng)化、精密化、省能源和無(wú)污染。因此，對(duì)制造產(chǎn)品所選用的材料除了具有強(qiáng)度高的材料即承載材料外，還要求使用可以傳遞信息、轉(zhuǎn)變能量形式或具有其它特殊性能的材料。下圖形象地表示了人類社會(huì)歷史發(fā)展和材料進(jìn)步的這一密切關(guān)系。青銅器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代復(fù)合材料時(shí)代復(fù)合材料時(shí)代機(jī)敏機(jī)敏/智能智能材料時(shí)代材料時(shí)代石器時(shí)代石器時(shí)代2、功能材料，具有特異的物理和化學(xué)功能，、功能材料，具有特異的物理和化學(xué)功能，如超導(dǎo)材料，形狀記憶材料，儲(chǔ)氫材料，激如超導(dǎo)材料，形狀記憶材料，儲(chǔ)氫材料，激光材料，半導(dǎo)體材料，納米材料等光材

3、料，半導(dǎo)體材料，納米材料等 。材料的分類：材料的分類：按原子結(jié)構(gòu)分：按原子結(jié)構(gòu)分：1、金屬材料（黑色金屬，有色金屬）、金屬材料（黑色金屬，有色金屬）2、非金屬材料（有機(jī)，無(wú)機(jī)）、非金屬材料（有機(jī)，無(wú)機(jī)）3、復(fù)合材料（金屬基、非金屬基）、復(fù)合材料（金屬基、非金屬基）按應(yīng)用角度分：按應(yīng)用角度分：1、結(jié)構(gòu)材料，機(jī)械性能為主要使用性能，、結(jié)構(gòu)材料，機(jī)械性能為主要使用性能，兼具一定物理和化兼具一定物理和化 學(xué)性能，如制造機(jī)器零學(xué)性能，如制造機(jī)器零件的鋼材。件的鋼材。 3、良好加工性能，如鑄造，塑性變形，焊、良好加工性能，如鑄造，塑性變形，焊接，機(jī)械加工等性能。并且通過(guò)熱處理可以改變接，機(jī)械加工等性能。并

4、且通過(guò)熱處理可以改變其性能。其性能。金屬材料金屬材料：金屬材料在材料中占有極重要的地位，：金屬材料在材料中占有極重要的地位，如：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防與科學(xué)技術(shù)等如：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防與科學(xué)技術(shù)等各部門(mén)都需要使用大量的金屬材料，而且人們的各部門(mén)都需要使用大量的金屬材料，而且人們的日常生活的用品也離不開(kāi)金屬材料。日常生活的用品也離不開(kāi)金屬材料。原因原因：金屬材料具有各種使用性能和加工性能。：金屬材料具有各種使用性能和加工性能。 1、優(yōu)良的機(jī)械性能（力學(xué)性能），如具有、優(yōu)良的機(jī)械性能（力學(xué)性能），如具有高強(qiáng)度，能傳遞大功率等性能。高強(qiáng)度，能傳遞大功率等性能。 2、優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，

5、如導(dǎo)熱、導(dǎo)電，、優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，如導(dǎo)熱、導(dǎo)電，耐蝕等。耐蝕等。有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料（屬于非金屬材料）（屬于非金屬材料） ：該類材料正以前所未有的速度發(fā)展著。工程塑料世界年產(chǎn)量超過(guò)150萬(wàn)噸，通過(guò)各種合成或制備技術(shù)，性能不斷提高，應(yīng)用日廣。有人預(yù)測(cè)，汽車(chē)的車(chē)身不久將大部分采用塑料，每公斤工程塑料可代替4-5公斤鋼鐵，而且可整體成型，因而成本和油耗將進(jìn)一步降低；有機(jī)高分子功能材料發(fā)展更快，由于它是人工合成的，且原料充足，可以設(shè)計(jì)出無(wú)窮的新品種，前景十分廣闊 。陶瓷材料陶瓷材料（屬于非金屬材料）（屬于非金屬材料）：該類材料近20年中再度興起，以研制陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)為契機(jī)，在世界范圍內(nèi)興起了陶

6、瓷熱。應(yīng)該看到，陶瓷作為工程材料，在實(shí)際應(yīng)用中尚有許多問(wèn)題待解決，而陶瓷用作功能材料，已經(jīng)獲得了大量的成果，在高技術(shù)領(lǐng)域中占有重要地位。復(fù)合材料復(fù)合材料：用兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)一定的工藝方法組合而成的多相材料稱復(fù)合材料?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)材料提出了許多特殊的要求，如要求同一零件需具有某些一種材料難以同時(shí)具備的性能，甚至要求具有某些相互矛盾的性能，采用復(fù)合材料，可以較好地滿足這些要求。金屬與金屬、金屬與非金屬、非金屬與非金屬都可以組成復(fù)合材料。當(dāng)前主要研究和應(yīng)用的是以樹(shù)脂、橡膠、陶瓷或金屬為基體，以各種纖維、粒子、片狀物為增強(qiáng)體組成的復(fù)合材料。如果材料選擇不當(dāng)或加工不合理會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造

7、成重大損失，下面給大家介紹幾個(gè)具體事例：1943年1月美國(guó)t-2型油船破斷的實(shí)例屬低應(yīng)力脆斷，類似事件1962年澳大利亞金斯橋建成僅一年就突然斷裂。曲軸的疲勞斷裂，由于熱處理不佳造成應(yīng)力集中而斷裂CrWMn鋼鍛后冷速過(guò)快產(chǎn)生裂紋某發(fā)電機(jī)精鑄風(fēng)機(jī)葉片，因鑄造缺陷運(yùn)行4600小時(shí)后發(fā)生斷裂鋼加熱過(guò)燒龜裂伊春失事飛機(jī)從中部斷裂 為滿足人類生產(chǎn)和生存的需要，人們不斷探索材料的微觀奧秘，發(fā)現(xiàn)材料性能是與材料的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，19世紀(jì)末，光學(xué)顯微鏡幫助人們邁入了材料的微觀世界。20世紀(jì)初，X射線衍射用于測(cè)定金屬的晶體結(jié)構(gòu)。50-60年代，電子顯微鏡使人們看到材料內(nèi)部更細(xì)微的結(jié)構(gòu)以至原子排列的圖像。70年代以

8、后，光電子能譜可以研究幾個(gè)原子層中的成分和狀態(tài)的變化。深入的研究證明，材料成分和處理工藝主要是通過(guò)改變材料內(nèi)部的微觀組織而影響材料的性能。 人們?cè)陂L(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐和大量科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上建立起工程材料這門(mén)學(xué)科。本課程的任務(wù)及內(nèi)容本課程的任務(wù)及內(nèi)容該課程是機(jī)械制造類各專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)該課程是機(jī)械制造類各專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。課。任務(wù)任務(wù):是從機(jī)械工程材料的應(yīng)用角度出發(fā)，闡是從機(jī)械工程材料的應(yīng)用角度出發(fā)，闡明材料學(xué)的基本理論。用以正確理解常用材明材料學(xué)的基本理論。用以正確理解常用材料的成分、加工工藝、組織結(jié)構(gòu)與性能之間料的成分、加工工藝、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。的關(guān)系。本課程基本由兩部分組成第一部分是金屬學(xué)的理論基礎(chǔ)。主要探討金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過(guò)程，金屬在固態(tài)下的轉(zhuǎn)變過(guò)程以及金屬的塑性變形等。這些基礎(chǔ)知識(shí)是掌握工程材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律和理解各類材料之間性能差異的鑰匙。第二部分是機(jī)械工程所用的各類材料。其中主要是介紹鋼鐵材料和常用的有色金屬材料以及新興的各種非金屬材料，著重講述各自的性能特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。本課程在理