吉林大学工程材料课件-revised工程材料绪论

1、1工 程 材 料绪论 众所周知，材料、能源、信息是人类现众所周知，材料、能源、信息是人类现代文明的三大支柱。代文明的三大支柱。 工程材料是工农业生产的基础，在国民工程材料是工农业生产的基础，在国民经济中占有重要地位。因此，材料科学是科经济中占有重要地位。因此，材料科学是科技发展的重要学科。技发展的重要学科。 2我国钢产量 世界第一 2007年产量:2.72亿吨. 今年年产量:3.3亿吨. 附加值很高的钢铁产品: 汽车钢板:宝钢, 武钢都能生产.3国家最高科技奖得主闵乃本闵乃本和课题组 南京大学闵乃本院士等完成的“介电体超晶格材料的设计、制备、性能和应用”获得了2006国家自然科学奖一等奖。这是

2、自1999年国家奖励制度改革以来，内地高校独立完成的第一个国家自然科学奖一等奖。4项目名称项目名称主要完成人主要完成人推荐单位推荐单位授授奖奖地面机械脱附减阻仿生技术任露泉 佟金 丛茜 李建桥 韩志武 邱小明吉林省二等2006国家技术发明二等奖。5人类文明社会的发展与人类使用材料的不断更新密切相关。例如，原始社会的的石器时代，人们使用的是简陋的石制工具；奴隶制社会主要使用铜器；封建社会使用铁器；结果大大的提高了社会生产力推动了社会发展。当时人们对材料的要求主要是机械性能（力学性能）和可加工性。但是在科学技术高度发展的今天，人们对材料的要求不只是其力学性能，因为人们对使用的产品要求不只是寿命长，

3、容量大，而且要求小型化、自动化、精密化、省能源和无污染。因此，对制造产品所选用的材料除了具有强度高的材料即承载材料外，还要求使用可以传递信息、转变能量形式或具有其它特殊性能的材料。下图形象地表示了人类社会历史发展和材料进步的这一密切关系。6青铜器时代青铜器时代铁器时代铁器时代复合材料时代复合材料时代机敏机敏/智能智能材料时代材料时代石器时代石器时代72、功能材料，具有特异的物理和化学功能，、功能材料，具有特异的物理和化学功能，如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激光材料，半导体材料，纳米材料等光材料，半导体材料，纳米材料等 。材料的分类：材料的分类：按原子

4、结构分：按原子结构分：1、金属材料（黑色金属，有色金属）、金属材料（黑色金属，有色金属）2、 非金属材料（有机，无机）非金属材料（有机，无机）3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基）复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基）按应用角度分：按应用角度分：1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼、结构材料，机械性能为主要使用性能兼具一定物理和化具一定物理和化 学性能，如制造机器零件学性能，如制造机器零件的钢材。的钢材。8 3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其性能。其性能。金属材料金属材

5、料：金属材料在材料中占有极重要的地位，：金属材料在材料中占有极重要的地位，如：工业、农业、交通运输、国防与科学技术等如：工业、农业、交通运输、国防与科学技术等各部门都需要使用大量的金属材料。而且人们的各部门都需要使用大量的金属材料。而且人们的日常生活的用品也离不开金属材料。日常生活的用品也离不开金属材料。原因原因：金属材料具有各种使用性能和加工性能。：金属材料具有各种使用性能和加工性能。 1、优良的机械性能（力学性能），如具有、优良的机械性能（力学性能），如具有高强度，能传递大功率等性能。高强度，能传递大功率等性能。 2、优良的物理性能，化学性能，如导热、优良的物理性能，化学性能，如导热、导电

6、，耐蚀等。导电，耐蚀等。9有机高分子材料有机高分子材料：该类材料正以前所未有的速度发展着。工程塑料世界年产量超过150万吨，通过各种合成或制备技术，性能不断提高，应用日广。有人预测，汽车的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体成型，因而成本和油耗将进一步降低；有机高分子功能材料发展更快，由于它是人工合成的，且原料充足，可以设计出无穷的新品种，前景十分广阔。10塑料车身塑料车身的敞蓬式Volvo汽车 11德国汽车企业Loremo AG设计出超酷的2006 Loremo LS Concept 合成塑料的车身覆盖件更有利于空气动力学的外型，而且还有重量轻，防雨防晒，

7、耐磨，经济的特性。12陶瓷材料陶瓷材料：该类材料近20年中再度兴起，以研制陶瓷发动机为契机，在世界范围内兴起了陶瓷热。应该看到，陶瓷作为工程材料，在实际应用中尚有许多问题待解决，而陶瓷用作功能材料，已经获得了大量的成果，在高技术领域中占有重要地位。13摩托车陶瓷陶瓷汽缸14复合材料复合材料：用两种或两种以上不同性质的材料，通过不同工艺方法组合而成的多相材料称复合材料。现代科学技术对材料提出了许多特殊的要求，如要求同一零件需具有某些一种材料难以同时具备的性能，甚至要求具有某些相互矛盾的性能，采用复合材料，可以较好地满足这些要求。金属与金属、金属与非金属、非金属与非金属都可以组成复合材料。当前主要

8、研究和应用的是以树脂、橡胶、陶瓷或金属为基体，以各种纤维、粒子、片状物为增强体组成的复合材料。15图为炭炭复合材料航空刹车副的成品 图为黄伯云展示用电子显微镜拍摄的碳纤维原子照 2005年国家技术发明一等奖 16如果材料选择不当或加工不合理会给国民经济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体事例：1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。17曲轴的疲劳断裂，由于热处理不佳造成应力集中而断裂18CrWMn钢锻后冷速过快产生裂纹19某发电机精铸风机叶片，因铸造缺陷运行4600小时后发生断裂20钢加热过烧龟裂21 为满足人类生产和生存的需

9、要，人们不断探索材料的微观奥秘，发现材料性能是与材料的微观结构有关，19世纪末，光学显微镜帮助人们迈入了材料的微观世界。20世纪初，X射线衍射用于测定金属的晶体结构。50-60年代，电子显微镜使人们看到材料内部更细微的结构以至原子排列的图像。70年代以后，光电子能谱可以研究几个原子层中的成分和状态的变化。深入的研究证明，材料成分和处理工艺主要是通过改变材料内部的微观组织而影响材料的性能。 人们在长期生产实践和大量科学研究成果的基础上建立起工程材料这门学科。22本课程的任务及内容本课程的任务及内容该课程是机械制造类各专业的一门技术基础该课程是机械制造类各专业的一门技术基础课。课。任务任务:是从机械工程材料的应用角度出发，阐是从机械工程材料的应用角度出发，阐明材料学的基本理论。用以正确理解常用材明材料学的基本理论。用以正确理解常用材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系。的关系。23本课程基本由两部分组成第一部分是金属学的理论基础。主要探讨金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属在固态下的转变过程以及金属的塑性变形等。这些基础知识是掌握工程材料内部结构的变化规律和理解各类材料之间性能差异的钥匙。第二部分是机械工程所用的各类材料。其中主要是介绍钢铁材料和常用的有色金属材料以及新兴的各种非金属材料，着重讲述各自的性能特点和应用范