工程材料学(0绪论)

1、工程材料学工程材料学上海工程技术大学（上海工程技术大学（SUES）材料工程学院材料工程学院周细应周细应 机机绪绪 论论（1 1）材料的地位及材料的分类）材料的地位及材料的分类（2 2）在各类机械中使用的工程材料）在各类机械中使用的工程材料（3 3）与其他课程的关系）与其他课程的关系（4 4）目的和任务）目的和任务（6 6）学习内容及其学时分配）学习内容及其学时分配（7 7）考核方式）考核方式（8 8）考试举例）考试举例（5 5）课程特点及学习方法）课程特点及学习方法绪论绪论 (1)(1)工程材料的地位工程材料的地位材料是现代社会的三大支柱之一材料是现代社会的三大支柱之一应用最广的材料是钢铁应用

2、最广的材料是钢铁元素元素原子结原子结合状态合状态物质的物质的状态状态材料材料成分成分组织与组织与结构结构性能性能加工与加工与制备制备金属材料金属材料 综合性能好，用量最大、应用范围最广综合性能好，用量最大、应用范围最广高分子材料高分子材料 质轻、耐腐蚀，常用于化工、机械等质轻、耐腐蚀，常用于化工、机械等陶瓷材料陶瓷材料 高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘，高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘， 用于电器、化工、航空航天等用于电器、化工、航空航天等复合材料复合材料 轻、高比强度，用于航空航天等轻、高比强度，用于航空航天等材料分类材料分类（按成分分类按成分分类）材料分类材料分类（按特性分类按特性分类）结构材料结

3、构材料-国家大型工程国家大型工程人造太阳八月放人造太阳八月放 电成世界首例成功典范电成世界首例成功典范结构材料结构材料船用发动机曲轴船用发动机曲轴结构材料结构材料 北京奥运会鸟巢北京奥运会鸟巢材料分类材料分类（按用途分类按用途分类）材料的分类材料的分类材料材料非金属材料非金属材料金属材料金属材料有色金属材料有色金属材料黑色金属材料黑色金属材料无机非金属材料无机非金属材料有机高分子材料有机高分子材料材料材料结构材料结构材料功能材料功能材料功能材料功能材料防弹装甲板防弹装甲板 1958年年 世博会世博会高分子材高分子材料料绪论绪论（2 2）在各类机械中使用的工程材料）在各类机械中使用的工程材料金属

4、材料金属材料无机非金属材无机非金属材料料橡胶橡胶锌锌铝镁铝镁铝合金铝合金塑料塑料钢铁钢铁玻璃玻璃木材木材石油石油动植物动植物制品制品塑料塑料高高分分子子材材料料Shanghai University of Engineering Science上海工程技术大学材料工程学院上海工程技术大学材料工程学院Wear-resistantAcid-resistant 先进材料先进材料（新型材料）（新型材料）陶瓷材料陶瓷材料Shanghai University of Engineering Science上海工程技术大学材料工程学院上海工程技术大学材料工程学院LD6CrNiMnSiMoV（GD）钢）钢9C

5、r6W3Mo2V2（GM）钢）钢采用纳米大分子：采用纳米大分子：“生物部件生物部件”与小分子无机物晶体结构组与小分子无机物晶体结构组合，采用纳米电子学控制装配成纳米机器人，将会给人类医合，采用纳米电子学控制装配成纳米机器人，将会给人类医学科技带来深刻的革命，使现在许多的疑难病症得到解决。学科技带来深刻的革命，使现在许多的疑难病症得到解决。某某饭店饭店北京“水立方”灯会LED City ：工作场所：工作场所&景观景观 拥有国内最大跨度拥有国内最大跨度“无柱空间无柱空间”的上海世博会主题馆的上海世博会主题馆顶部，如顶部，如“马赛克马赛克”一般密密麻麻的光伏片，组成一般密密麻麻的光伏片，组成

6、1818个个菱形、菱形、1212个三角形的巨大光伏组件群，亦如个三角形的巨大光伏组件群，亦如“宝石宝石”般般在屋顶闪耀。在屋顶闪耀。 世世界界最最大大单单体体面面积积太太阳阳能能屋屋面面 光伏发电原理图 当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。 ABCDE太阳能电池组的基本制造过程德国德国 15.8%1,460MW其它欧洲其它欧洲

7、 7.1%560MW美国美国 5.5%431MW中国中国 32.7%2,589MW日本日本 16.0%932MW台湾台湾 11.6%919MW亚洲其它国家亚洲其它国家 6.8%539MW印度印度 1.1%87.2MW其它国家其它国家 0.7%54MW全球全球(08)7,910MW资料来源：资料来源：Photon International(2009)装配装配加工加工机械设计机械设计使用使用工程图学工程图学工程力学工程力学机械原理机械原理寿命寿命外型外型金属学金属学材料学材料学热处理热处理金属材料学金属材料学(4) 本课程的目标本课程的目标设计中的设计中的 选材问题选材问题加工中的加工中的热处理

8、问题热处理问题力学性能：力学性能：强度，硬度，塑性，疲劳强度强度，硬度，塑性，疲劳强度工艺性能：工艺性能：铸，锻，焊，热，切削铸，锻，焊，热，切削使用性能：使用性能：安全，可靠，耐用，舒适，美观安全，可靠，耐用，舒适，美观经济性能：经济性能：物美价廉物美价廉课程特点课程特点基本概念多基本概念多公式推导少公式推导少微观理论多微观理论多理论性强理论性强实践性强实践性强重在理解重在理解避免死记硬背避免死记硬背课堂认真听课堂认真听实验认真做实验认真做阶梯式学习阶梯式学习环环相扣环环相扣绪论绪论（5 5）学习方法学习方法学习方法学习方法材料科学基本知识材料科学基本知识材料科学基础材料科学基础热处理基本知

9、识热处理基本知识原理和工艺原理和工艺金属材料方面金属材料方面合金钢及其应用合金钢及其应用其他材料简介其他材料简介铸铁及有色金属铸铁及有色金属实验实验综合性、设计性、开放性综合性、设计性、开放性机动机动（2学时）绪论绪论（6 6）学习内容）学习内容绪论绪论 （7 7）考核方式）考核方式平时：平时：40% (作业、实验、答问、出勤）作业、实验、答问、出勤）考试：考试：60%考试方式：考试方式：试卷考试试卷考试考试内容：考试内容：以基本知识和应用为主答答:（1）选用渗碳钢（）选用渗碳钢（1分）。因为该齿轮尺寸较大，所选材料分）。因为该齿轮尺寸较大，所选材料应具有较高的淬透性和强度，可选用应具有较高的

10、淬透性和强度，可选用20CrMnMo等渗碳钢（等渗碳钢（2分）分） （2）加工路线：下料）加工路线：下料 锻造锻造 正火正火 机加工机加工渗碳缓冷渗碳缓冷淬火淬火+低温回火低温回火 喷丸喷丸 检验（成品）检验（成品） 包装入库。（包装入库。（1分）分） （3）（）（a）正火的目的是为了消除锻造后的残余应力和细化）正火的目的是为了消除锻造后的残余应力和细化组织，提高切削加工性。可加热到组织，提高切削加工性。可加热到870 880保温后出炉空冷。保温后出炉空冷。（2分）（分）（b）渗碳是为了增加齿轮表层含碳量，提高表面硬度、）渗碳是为了增加齿轮表层含碳量，提高表面硬度、耐磨性、接触疲劳强度和弯曲疲

11、劳强度；渗碳后缓冷是为了减小耐磨性、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度；渗碳后缓冷是为了减小变形（直接淬火变形大）。淬火加热温度要保证心部处在单相奥变形（直接淬火变形大）。淬火加热温度要保证心部处在单相奥氏体区，可选用氏体区，可选用860880 加热，用压床淬火，油冷。回火采用加热，用压床淬火，油冷。回火采用低温回火（低温回火（180200），以降低脆性、减少内应力等。（），以降低脆性、减少内应力等。（4分）分）绪论绪论（8 8）考试举例）考试举例一个重载高速齿轮，外径一个重载高速齿轮，外径500mm，厚度，厚度70mm。要求：表面耐磨，。要求：表面耐磨，接触疲劳强度高，具有较高的韧性。进行（接触疲劳

12、强度高，具有较高的韧性。进行（1）选择合适材料；（）选择合适材料；（2）写出简明加工路线；（写出简明加工路线；（3）说明热处理方法和目的（）说明热处理方法和目的（10分）分）现以冲裁模的工作零件凹模为例，分析它现以冲裁模的工作零件凹模为例，分析它的加工路线，工作图如下：的加工路线，工作图如下：根据零件结构特征制定如下的加工线路：备料锻造退火刨削六面平面磨钳工热处理平面磨电火花线切割用腐蚀液加工排料孔钳工在上述各工序中，现在只关注锻造、退火、热处理工序。它们对提高模具的使用寿命模具的使用寿命，具有比较重大的意义。性能性能设计模拟设计模拟成分成分组织结构组织结构加工制备加工制备材料材料共性主题模具材料的失效模具材料的失效模具材料选用是否合适；模具结构设计是否合理；热处理工艺