吉林大學工程材料課件-revised工程材料緒論

吉林大學工程材料課件——revised工程材料緒論第一頁，共24頁。我國鋼產(chǎn)量世界第一2007年產(chǎn)量:2.72億噸.今年年產(chǎn)量:3.3億噸.附加值很高的鋼鐵產(chǎn)品:汽車鋼板:寶鋼,武鋼都能生產(chǎn).第二頁，共24頁。2006年度國家自然科學獎建議授獎項目目錄

國家最高科技獎得主閔乃本和課題組南京大學閔乃本院士等完成的“介電體超晶格材料的設計、制備、性能和應用”獲得了2006國家自然科學獎一等獎。這是自1999年國家獎勵制度改革以來，內(nèi)地高校獨立完成的第一個國家自然科學獎一等獎。第三頁，共24頁。項目名稱主要完成人推薦單位授獎地面機械脫附減阻仿生技術任露泉佟金叢茜李建橋韓志武邱小明吉林省二等2006國家技術發(fā)明二等獎。第四頁，共24頁。人類文明社會的發(fā)展與人類使用材料的不斷更新密切相關。例如，原始社會的的石器時代，人們使用的是簡陋的石制工具；奴隸制社會主要使用銅器；封建社會使用鐵器；結果大大的提高了社會生產(chǎn)力推動了社會發(fā)展。當時人們對材料的要求主要是機械性能（力學性能）和可加工性。但是在科學技術高度發(fā)展的今天，人們對材料的要求不只是其力學性能，因為人們對使用的產(chǎn)品要求不只是壽命長，容量大，而且要求小型化、自動化、精密化、省能源和無污染。因此，對制造產(chǎn)品所選用的材料除了具有強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歷史發(fā)展和材料進步的這一密切關系。第五頁，共24頁。青銅器時代鐵器時代復合材料時代機敏/智能材料時代石器時代第六頁，共24頁。2、功能材料，具有特異的物理和化學功能，如超導材料，形狀記憶材料，儲氫材料，激光材料，半導體材料，納米材料等。材料的分類：按原子結構分：1、金屬材料（黑色金屬，有色金屬）2、非金屬材料（有機，無機）3、復合材料（金屬基、塑料基、陶瓷基）按應用角度分：1、結構材料，機械性能為主要使用性能兼具一定物理和化學性能，如制造機器零件的鋼材。第七頁，共24頁。3、良好加工性能，如鑄造，塑性變形，焊接，機械加工等性能。并且通過熱處理可以改變其性能。金屬材料：金屬材料在材料中占有極重要的地位，如：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防與科學技術等各部門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金屬材料。原因：金屬材料具有各種使用性能和加工性能。1、優(yōu)良的機械性能（力學性能），如具有高強度，能傳遞大功率等性能。2、優(yōu)良的物理性能，化學性能，如導熱、導電，耐蝕等。第八頁，共24頁。有機高分子材料：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150萬噸，通過各種合成或制備技術，性能不斷提高，應用日廣。有人預測，汽車的車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一步降低；有機高分子功能材料發(fā)展更快，由于它是人工合成的，且原料充足，可以設計出無窮的新品種，前景十分廣闊。第九頁，共24頁。塑料車身的敞蓬式Volvo汽車

第十頁，共24頁。德國汽車企業(yè)LoremoAG設計出超酷的2006LoremoLSConcept合成塑料的車身覆蓋件更有利于空氣動力學的外型，而且還有重量輕，防雨防曬，耐磨，經(jīng)濟的特性。第十一頁，共24頁。陶瓷材料：該類材料近20年中再度興起，以研制陶瓷發(fā)動機為契機，在世界范圍內(nèi)興起了陶瓷熱。應該看到，陶瓷作為工程材料，在實際應用中尚有許多問題待解決，而陶瓷用作功能材料，已經(jīng)獲得了大量的成果，在高技術領域中占有重要地位。第十二頁，共24頁。摩托車陶瓷汽缸

第十三頁，共24頁。復合材料：用兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過不同工藝方法組合而成的多相材料稱復合材料。現(xiàn)代科學技術對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具備的性能，甚至要求具有某些相互矛盾的性能，采用復合材料，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合材料。當前主要研究和應用的是以樹脂、橡膠、陶瓷或金屬為基體，以各種纖維、粒子、片狀物為增強體組成的復合材料。第十四頁，共24頁。圖為炭／炭復合材料航空剎車副的成品圖為黃伯云展示用電子顯微鏡拍攝的碳纖維原子照2005年國家技術發(fā)明一等獎

第十五頁，共24頁。如果材料選擇不當或加工不合理會給國民經(jīng)濟造成重大損失，下面給大家介紹幾個具體事例：1943年1月美國t-2型油船破斷的實例屬低應力脆斷，類似事件1962年澳大利亞金斯橋建成僅一年就突然斷裂。第十六頁，共24頁。曲軸的疲勞斷裂，由于熱處理不佳造成應力集中而斷裂第十七頁，共24頁。CrWMn鋼鍛后冷速過快產(chǎn)生裂紋第十八頁，共24頁。某發(fā)電機精鑄風機葉片，因鑄造缺陷運行4600小時后發(fā)生斷裂第十九頁，共24頁。鋼加熱過燒龜裂第二十頁，共24頁。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構有關，19世紀末，光學顯微鏡幫助人們邁入了材料的微觀世界。20世紀初，X射線衍射用于測定金屬的晶體結構。50-60年代，電子顯微鏡使人們看到材料內(nèi)部更細微的結構以至原子排列的圖像。70年代以后，光電子能譜可以研究幾個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改變材料內(nèi)部的微觀組織而影響材料的性能。人們在長期生產(chǎn)實踐和大量科學研究成果的基礎上建立起《工程材料》這門學科。第二十一頁，共24頁。本課程的任務及內(nèi)容該課程是機械制造類各專業(yè)的一門技術基礎課。任務:是從機械工程材料的應用角度出發(fā)，闡明材料學的基本理論。用以正確理解常用材料的成分、加工工藝、組織結構與性能之間的關系。目的:是使學生通過學習，具有根據(jù)機械零件使用條件和性能要求，進行合理選材及制定零件工藝路線的初步能力。第二十二頁，共24頁。本課程基本由兩部分組成第一部分是金屬學的理論基礎。主要探討金屬及合金的晶體結構和結晶過程，金屬在固態(tài)下的轉(zhuǎn)變過程以及金屬的塑性變形等。