2011年機械工程材料 第0章

1、COLLEGE OF MATERIALS SCIENCE & ENGINEERINGMSE2005機 械 工 程 材 料 教 師：徐家文 電 話：88036521（辦）-mail：材料科學與工程學院1一、材料和材料科學1、材料 材料是指可以用來直接制造有用物件、構(gòu)件或器件的物質(zhì)。2緒 論“神舟”飛船國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機銼刀手錘材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎3緒 論材料是人類進化的里程碑 由于材料的重要性，歷史學家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代。4緒 論 二十世紀七十年代，人們把材料與能源和信息并列，稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。5緒 論材料是支撐現(xiàn)代文明大廈

2、的技術之一，是發(fā)展高科技的先導和基石。材料科學與技術信息科學與技術能源科學與技術材料科學與技術信息科學與技術生物科學與技術1998年6緒 論中華民族在人類歷史上為材料的發(fā)展和應用作出過重大貢獻。早在公元前6000 5000年的新石器時代，中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器，到東漢時期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。7緒 論 4000年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅，到殷、商時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術已達到很高水平。司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造高133厘米 重875kg飾紋優(yōu)美中國古代質(zhì)量最大的青銅器8緒 論春秋晚期越國青銅兵器出土于湖北江陵楚墓 長55.7厘米 劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā)

3、越王勾踐寶劍9緒 論春秋戰(zhàn)國時代的青銅劍，劍身及劍鋒由不同成分的青銅組成，是復合材料很好的例子。梯度材料古已有之這是古代劍刃截面圖古代劍刃制造中的特殊技術10緒 論黃石銅礦遺址春秋晚期礦井深達50m煉銅爐渣多達40萬噸實屬罕見 11緒 論 我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學家宋應星在天工開物一書中就記載了古代的滲碳熱處理等工藝。生鐵炒熟鐵圖宋應星12緒 論2、材料科學 以材料為研究對象的一門科學。材料科學與工程的核心關系13合金的結(jié)構(gòu)層次組織：用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀察到的金屬內(nèi)部的情景14材料科學與工程四要素服役行為與壽命成分與組織結(jié)構(gòu)合成與制備材料特性材料的合成與

4、制備：研究獲取材料的手段，以工藝技術的進步為標志成分與組織結(jié)構(gòu)：反映材料的本質(zhì)，是認識材料的理論基礎；材料特性：表征了材料固有的性能，是選用材料的重要依據(jù)；服役行為與使用壽命：與材料加工和服役條件相結(jié)合來考察材料的使用。 15Steel with 0.4%C 工藝-組織-性能之間關系的例子16緒 論3、材料的研究歷程1863年，光學顯微鏡首次應用于金屬研究，誕生了金相學，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀組織聯(lián)系起來?；诣T鐵的顯微組織光學顯微鏡Pb-Sn共晶組織17緒 論1912年發(fā)現(xiàn)了X-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)的認識從最初的假想到科學的現(xiàn)實。Si表

5、面的重構(gòu)圖象X-射線衍射儀18緒 論1932年發(fā)明了電子顯微鏡，把人們帶到了微觀世界的更深層次（10-7m）。電子顯微鏡 19緒 論1934年位錯理論的提出，解決了晶體理論計算強度與實驗測得的實際強度之間存在的巨大差別。 對于認識材料的力學性能及設計高強度材料具有劃時代的意義。金屬鈦中的位錯20二、工程材料的分類1、工程材料 工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機械零件并主要要求力學性能的結(jié)構(gòu)材料。2、工程材料分類按組成與結(jié)合鍵分： （1）金屬材料 （2）高分子材料 （3）陶瓷材料 （4）復合材料21二、工程材料的分類（1）金屬材料以金屬鍵結(jié)合為主黑色金屬主要指鋼鐵材料有色金屬輕金屬,重金屬,貴金屬等

6、 良好的導電性、導熱性、延展性和金屬光澤，用量最大、應用最廣泛。22世界鋼鐵材料年產(chǎn)量已達10億噸，在機械產(chǎn)品中的用量已占整個用材的60%以上。板材23（2）陶瓷材料共價鍵和離子鍵為主熔點高、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 陶瓷制品陶瓷發(fā)動機24 傳統(tǒng)陶瓷又稱普通陶瓷, 是以天然材料(如黏土、石英、長石等)為原料的陶瓷, 主要用作建筑材料使用。 特種陶瓷又稱精細陶瓷，是以人工合成材料為原料的陶瓷，常用作工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。25（3）高分子材料以分子鍵和共價鍵為主塑性、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 烯丙酰氯-苯乙烯26（4

7、）復合材料 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形式組合在一起而形成的材料。金屬基復合材料陶瓷基復合材料高分子復合材料碳/碳復合材料 玻璃纖維增強高分子復合材料27三、工程材料的應用及發(fā)展趨勢機械工業(yè)是材料應用的重要領域28三、工程材料的應用新材料在不斷地涌現(xiàn)。29三、工程材料的應用結(jié)構(gòu)材料向高比強、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能方向發(fā)展。隨機械工業(yè)的發(fā)展，在產(chǎn)品設計與制造過程中，會遇到越來越多的材料及加工方面的問題。 機械工程技術人員需掌握必要的材料科學與工程知識，能正確選擇材料和安排加工方法及工藝。30材料科學的發(fā)展趨勢復合材料方向功能材料方向尺度微小方

8、向生物材料方向材料設計方向31材料科學的發(fā)展總趨勢 建立“材料信息科學”和“材料計算機設計科學”。目前狀況：合金經(jīng)驗設計，主要采用“嘗試法”，大量實驗資料沒整理成規(guī)律性的科學信息，也沒形成理性認識的完整知識系統(tǒng)。32短期目標：基本建立我國計算材料科學框架體系；發(fā)展描述結(jié)構(gòu)與性能關系的不同尺度的數(shù)理模型，建立與評估計算模擬所需數(shù)據(jù)庫。長期目標：構(gòu)建合金系中“原子結(jié)構(gòu)相結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)熱力學性質(zhì)”相互關聯(lián)和隨濃度的變化的完整理論體系。33四、課程的性質(zhì)和任務1、課程性質(zhì) 機械類和近機類各專業(yè)的技術基礎課，考試課。2、課程任務 了解材料料科學與工程的基礎知識； 明確材料科學與工程的核心關系； 了解常用材料的用途和熱加工工藝； 具有根據(jù)材料安排工藝路線的能力。34五、課程特點及要求1、課程特點：內(nèi)容豐富，概念極多； 課