工程材料的分類應用與發(fā)展

胡勇機械工程材料華東交通大學材料工程系緒論一、材料和材料科學二、工程材料的分類三、工程材料的應用和發(fā)展四、機械工程材料課程的性質和任務相關事宜緒論一、材料和材料科學1、材料哥倫比亞號航天飛機材料是指人類用以制造各種有用器件的物質。材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質基礎。手錘銼刀“神舟”四號飛船成功返回國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機石器鐵器

象形尊(西周)石器時代青銅器時代鐵器時代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。材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進步的標志。

材料的發(fā)展與人類社會簡圖龍芯聯(lián)想計算機沒有半導體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算機技術。

沒有高溫高強度的結構材料，就不可能有今天的航空工業(yè)和宇航工業(yè)。

在航天飛機表面裝陶瓷防護瓦片飛機發(fā)動機葉片波音客機沒有低消耗的光導纖維，也就沒有現(xiàn)代的光纖通訊。

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。

前蘇聯(lián)在1957年把第一顆人造衛(wèi)星送入太空，令美國人震驚不已，認識到在導彈火箭技術上落后了。因此在其后的十年里，在十多所大學中陸續(xù)建立了材料科學研究中心，并把約2/3大學的冶金系或礦冶系改建成了冶金材料科學系或材料科學與工程系。其涉及的材料由金屬擴展到了陶瓷和高分子聚合物材料?？梢?，高技術需要先進材料的支持。

前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運載火箭中華華民民族族在在人人類類歷歷史史上上為為材材料料的的發(fā)發(fā)展展和和應應用用作作出出過過重重大大貢貢獻獻。。早在在公公元元前前6000~5000年的的新新石石器器時時代代，，中中華華民民族族的的先先人人就就能能用用黏黏土土燒燒制制成成陶陶器器，，到到東東漢漢時時期期又又出出現(xiàn)現(xiàn)了了瓷瓷器器，，并并流流傳傳海海外外。。4000年前前的的夏夏朝朝我我們們的的祖祖先先已已經(jīng)經(jīng)能能夠夠煉煉銅銅，，到到殷殷、、商商時時期期，，我我國國的的青青銅銅冶冶煉煉和和鑄鑄造造技技術術已已達達到到很很高高水水平平。。司母戊戊鼎河南安安陽晚晚商遺遺址出出土青銅鑄鑄造高133厘米重875kg飾紋優(yōu)優(yōu)美越王勾勾踐劍劍春秋晚晚期越越國青青銅兵兵器出土于于湖北北江陵陵楚墓墓長55.7厘米劍鍔鋒鋒芒犀犀利鋒能割割斷頭頭發(fā)古代劍劍刃制制造中中的特特殊技技術春秋戰(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黃石銅銅礦遺遺址春秋晚晚期礦井深深達50m煉銅爐爐渣多多達40萬噸實屬罕罕見我國從從春秋秋戰(zhàn)國國時期期便開開始大大量使使用鐵鐵器，，明朝朝科學學家宋宋應星星在《天工開開物》一書中中就記記載了了古代代的滲滲碳熱熱處理理等工工藝。。這說說明早早在歐歐洲工工業(yè)革革命之之前，，我國國在金金屬材材料及及熱處處理方面面就已已經(jīng)有有了較較高的的成就就。生鐵炒熟鐵圖宋應星鞍鋼攀鋼夜景新中國國成立立后，，先后后建起起了鞍鞍山、、攀枝枝花、、寶鋼鋼等大大型鋼鋼鐵基基地。。鋼產(chǎn)產(chǎn)量由由49年的15.8萬噸上上升到到現(xiàn)在在的一一億噸噸。中國第一顆人造衛(wèi)星長征火箭大家族中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸原子彈彈、氫氫彈的的爆炸炸，衛(wèi)衛(wèi)星、、飛船船的上上天等等都說說明了了我國國在材材料的的開發(fā)發(fā)、研研究及及應用用等方方面有有了飛飛躍的的發(fā)展展。中國的的航天天事業(yè)業(yè)-“神舟”號飛船船“神舟二號”飛船運往發(fā)射工位“神舟”一號飛船

“神舟”一號發(fā)射成功“神舟”二號發(fā)射成功中國的的航天天事業(yè)業(yè)-“神舟”號飛船“神舟”三號發(fā)射成功“神舟”四號發(fā)射成功“神舟”三號飛船

“神舟”四號飛船

中國的航天天事業(yè)-“神舟”五號載人飛飛船楊利偉升空返回全人類共同的家園飛天返回艙1863年，光學顯顯微鏡首次次應用于金金屬研究，，誕生了金金相學，使使人們能夠夠將材料的的宏觀性能能與微觀組組織聯(lián)系起起來?；诣T鐵的顯微組織光學顯微鏡Pb-Sn共晶組織人類對材料料的認識是是逐步深入入的。1912年發(fā)現(xiàn)了X-射線對晶體體的作用并并在隨后被被用于晶體體衍射分析析，使人們們對固體材材料微觀結結構的認識識從最初的的假想到科科學的現(xiàn)實實。Si表面的重構圖象X-射線衍射儀1932年發(fā)明了電電子顯微鏡鏡，把人們們帶到了微微觀世界的的更深層次次（10-7m）透射電子顯微鏡

掃描電子顯微鏡

光鏡下電鏡下1934年位錯理論論的提出，，解決了晶晶體理論計計算強度與與實驗測得得的實際強強度之間存存在的巨大大差別的矛矛盾，對于于人們認識識材料的力力學性能及及設計高強強度材料具具有劃時代代的意義。。金屬鈦中的位錯材料發(fā)展的歷歷程示意圖2、材料科學主要研究內(nèi)容容：⑴研究材料料的化學組成成、結構與性性能的關系；；⑵研究材料料的形成機理理和制取方法法；⑶研究材料料物理性能的的測試方法和和技術；⑷分析材料料的損壞機理理；⑸研究材料料的合理加工工方法和最佳佳使用方案材料科學是以以材料為研究究對象的一門門科學。挑戰(zhàn)者號爆炸瞬間二、工程材料料的分類工程材料是用用于制造工程程結構和機械械零件并主要要要求力學性性能的結構材材料。按組成與結合合鍵分：1、金屬材料2、高分子材料料3、陶瓷材料4、復合材料金屬材料以金屬鍵結合合為主良好的導電性性、導熱性、、延展性和金金屬光澤用量最大、應應用最廣泛黑色金屬有色金屬—輕金屬,重金屬,貴金屬,稀有金屬

鐵及鐵合金稱稱為黑色金屬屬，即鋼鐵材材料，其世界界年產(chǎn)量已達達10億噸，在機械械產(chǎn)品中的用用量已占整個個用材的60%以上。帶材異形材板材管材金屬材料制品品陶瓷材料以共價鍵和離離子鍵為主熔點高、硬度度高、耐腐蝕蝕、脆性大分為傳統(tǒng)陶瓷瓷、特種陶瓷瓷和金屬陶瓷瓷三類傳統(tǒng)陶瓷又稱普通陶瓷瓷，是以天然然材料(如黏土、石英英、長石等)為原料的陶瓷瓷，主要用作作建筑材料使使用。特種陶瓷又稱精細陶瓷瓷，是以人工工合成材料為為原料的陶瓷瓷，常用作工工程上的耐熱熱、耐蝕、耐耐磨零件。陶瓷制品陶瓷發(fā)動機高分子材料以分子鍵和共共價鍵為主塑性、耐蝕性性、電絕緣性性、減振性好好，密度小包括塑料、橡橡膠及合成纖纖維等分子鍵共價鍵高分子材料在機械、電氣氣、紡織、汽汽車、飛機、、輪船等制造造工業(yè)和化學學、交通運輸輸、航空航天天等工業(yè)中被被廣泛應用。。烯丙酰氯-苯乙烯復合材料包括：金屬基復合材材料陶瓷基復合材材料高分子復合材材料是把兩種或兩兩種以上不同同性質或不同同結構的材料料以微觀或宏宏觀的形式組組合在一起而而形成的材料料。玻璃纖維增強高分子復合材料現(xiàn)代航空發(fā)動動機燃燒室溫溫度最高的材材料就是通過過粉末冶金法法制備的氧化化物粒子彌散散強化的鎳基基合金復合材材料。很多高高級游艇、賽賽艇及體育器器械等是由碳碳纖維復合材材料制成的，，它們具有重重量輕，彈性性好，強度高高等優(yōu)點。航空發(fā)動機三、工程材料料的應用和發(fā)發(fā)展隨著經(jīng)濟的飛飛速發(fā)展和科科學技術的進進步，對材料料的要求越來來越苛刻，結結構材料向高高比強、高剛剛度、高韌性性、耐高溫、、耐腐蝕、抗抗輻照和多功功能的方向發(fā)發(fā)展。國產(chǎn)東風4D-0088內(nèi)燃機車美國F-117隱身飛機新材料在不斷斷地涌現(xiàn)。機械工業(yè)是材材料應用的重重要領域。隨著機械工業(yè)業(yè)的發(fā)展，對對產(chǎn)品的要求求越來越高。。在產(chǎn)品設計與與制造過程中中，會遇到越越來越多的材材料及材料加加工方面的問問題。要求機械工程程技術人員掌掌握必要的材材料科學與材材料工程知識識，具備正確確選擇材料和和加工方法、、合理安排加加工工藝路線線的能力。鑄造一級渦輪盤四、機械工程程材料課程的的性質和任務務課程性質：是機械類和近近機類各專業(yè)業(yè)的技術基礎礎課課程任務：⑴了解工程材料料的一般知識識；⑵建立化學成分分、組織結構構、加工工藝藝與性能之間間的關系：工藝-組織-性能之間關系系的例子Steelwith0.4%C①化學成分(成分)：組成材料各元元素在材料中中的濃度。②組織：用肉眼或借助助于不同放大大倍數(shù)的顯微微鏡所觀察到到的金屬內(nèi)部部的情景。習慣上把用肉肉眼或幾十倍倍放大鏡觀察察到的組織稱低倍組織或宏觀組織。放大100～2000倍的組織稱高倍組織或顯微組織。在電子顯微鏡鏡下放大幾千千～幾十萬倍倍的組織稱精細組織或電鏡組織。鋼的宏觀組織織、顯微組織織和電鏡組織織鋼錠的宏觀組織顯微組織電鏡組織③結構：材料中各原原子的具體體組合狀態(tài)態(tài)。一般通過X-射線衍射或透射電鏡研究。Al的高分辨透射電鏡象純鐵晶體的X-射線衍射譜透射電鏡衍射斑點⑶了解常用材材料的用途途和加工工工藝。⑷初步具備合合理選材、、正確確定定加工方法法、妥善安安排工藝路路線的能力力。課程特點：：基本概念多多，與實際際聯(lián)系緊密密，是一門門應用科學學。在Au-Pa薄膜上用AFM探針的納米雕刻（北大）相關關事事宜宜主要參考考書：《機械工程程材料》（第五版版）《機械工程程