机械工程材料-绪论综述

《机械工程材料-绪论综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程材料-绪论综述（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 绪 论 一、材料与材料技术 二、材料的分类与概况 三、材料科学与机械工程 四、本课程的目的、内容与学习要求 师昌绪：材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他 产品的那些物质。材料是物质，但不是所有物质都可以称作材 料。 朱光亚：材料技术已成为不同工程领域具有共性的关键技术。 一、材料与材料技术 张立同：耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术（“摔 不碎的陶瓷”，2004年度国家技术发明一等奖）（视频12345） 。 黄伯云：高性能碳碳航空制动材料制备技术（ 2004年度国家 技术发明一等奖）（视频1234567） 。 潘健生：搞好热处理，零件一顶几。 一、材料与材料技术 例1：泰坦尼

2、克号事件（泰坦尼克号遇难有新说） 造船厂使用劣质材料 酿成震惊世界惨祸 劣质铆钉 ！ 例2：9.11世贸大厦是豆腐渣工程 （阻燃材料、环保材料、钢结构） 造价11亿美元 用钢7.8万吨 110层 411米 历时7年竣工 企业1200家 5万人上班 游客15万人 3000多人丧生 ！ 世贸大厦倒塌 一、材料与材料技术 一是用阻燃材料； 二是用绿色环保材料。 高 温 钢梁钢柱严重软化 强度急剧降低 倒 塌 建筑材料燃烧 释放大量有毒烟雾 导致人窒息死亡 解决办法： 45钢室温600 b1/2 Al合金室温400 b1/10 一、材料与材料技术 88层 425m 共消耗钢管桩1.8万吨 主楼钢管桩4

3、30根(壁厚20mm) 914mm83.5m 裙楼钢管桩632根(壁厚20mm) 609mm47m 例3：上海金茂大厦 一、材料与材料技术 机翼后中段：Ti合金 机翼中段：Al、Ti及复合材料 机身：主梁、发动机舱用轻金 属、复合材料，其余用碳纤维、 石墨纤维等复合材料，不易反射 雷达波。 机翼前缘：全部包覆吸波材料。 机体：喷涂吸波油漆。 例4：美国B-2A型战机（伊拉克）每架20亿美元 一、材料与材料技术 例5：未来的航天飞机（复合材料） 主结构用合成材料。航天 飞机返回地球时，机身温度超 过1000 ，以前的航天飞机外 表面使用碳陶瓷片，在二次飞 行期间许多碳陶瓷片需更换， 很麻烦。 新

4、的航天飞机外壳用Ni- Cr-Fe合金制造，外层隔热板 由一层TiAl合金与一层绝热材 料组成。 一、材料与材料技术 例6：磁悬浮列车（超导材料） 一、材料与材料技术 超导磁悬浮列车如何悬浮？在每节车厢的底部安装了超导磁体，路面 上埋许多闭合Al环。在超导磁体的线圈中通入电流产生很强的磁场。列车 开动后，超导磁体相对于Al环运动，在Al环里感应出强电流，并相应形成 强磁场。超导体的完全抗磁性使车上的超导磁体受到地面Al环的向上托 力，车速愈快，托力愈大。 当超导体处于一块永久磁Fe的上方时，超导体与磁铁之间产生排斥 力，超导体就会悬浮在磁Fe上方。 当车速150km/h，托力大于列车自重，列车

5、浮起。当列车停下时， Al环中无感应电流，不能产生磁场，因此在开车启动和减速停车时有一段 时间仍需用车轮在轨道上运行。 上海的磁悬浮线路2002年建成，2003年正式商业运营。时速430km/h 。 例6：磁悬浮列车（超导材料） 一、材料与材料技术 专辑：北京奥运会的新材料（1） 专辑：北京奥运会的新材料（1） 水立方（water cube）17717730米 采用聚四氟乙烯（ETFE）制造外部膜 1. 较好延展性：拉到本身的3 4 倍长都不断裂； 2. 抗压性：充气后，每块膜都能承受1辆汽车的 重量，可抵御暴雨、冰雹、沙尘暴； 3. 耐火性：燃点715，燃烧后无扩散、无烟， 无燃烧物； 4.

6、 自洁性：ETFE膜摩擦系数很小，尘土不容易 粘在上面，自己能雨水洗脸。 国际地理频道纪录片水立方水立方1 2 3 专辑：北京奥运会的新材料（2） 李娜纳米网球拍200克， 由碳纤维、塑料、钛组成。 专辑：北京奥运会的新材料（3） 冰背心德国研 制，夹层里密布细小的 水管，水管中流淌着 17的降温液，可抵御 高温、保持体能。背心 外层隔温性非常好，可 有效阻断外部热量，降 温效果持久。 专辑：北京奥运会的新材料（4） 以特氟纶纤维制成的鲨鱼皮 泳衣，表面模仿了鲨鱼表皮成 排的脊柱形小突起，能减少4 的阻力，减少5的氧气消耗， 成绩提高2。 英国“速比涛”(Speedo)公司 的第四代鲨鱼皮LZ

7、R Racer，售 价7000元人民币，寿命只有6次 。 专辑：北京奥运会的新材料（5） 撑 高 跳 女 皇 伊 辛 巴 耶 娃 竹 竿 金属杆 碳纤维复合材料 玻璃纤维 专辑：北京奥运会的新材料（6） 杭州产 “HF-5型碳纤维复合 材料四人新型赛艇”采用单向碳 纤维制造，重量轻、强度高、刚 性好，不仅提高了赛艇的安全性 ，也提高了划船效率。帮助中国 四朵金花一举拿下赛艇女子四人 双桨的金牌。 专辑：温哥华冬奥会的新材料（1） 电子垃圾铸奖牌 专辑：温哥华冬奥会的新材料（1） 电子垃圾铸奖牌 奖牌直径100mm，厚 6mm，重量500576克。每 块金牌中有1.5%左右的成 分来自于从电子垃

8、圾碎片中 提取的金属。 科学美国人网站报道： 将计算机、监控器、打印机和 玻璃制品等粉碎，随后分离出 钢、铝、铜、玻璃和其他有用 物质，并将余下的碎片倒入 1200高温的熔炉中，以获取 那些不能通过简单粉碎提炼出 的金属材料。 专辑：温哥华冬奥会的新材料（1） 电子垃圾铸奖牌 速滑竞赛服就在大腿处 使用了比普通纤维弹性强数 十倍的橡胶材料，可最大程 度地减少体力消耗；右胯部 以内附着的是“3M”合成纤 维，可有效减小摩擦力。 为减少空气阻力，韩国 代表团在比赛服的双手及双 腿处使用了蜂窝样式的聚氨 酯材料。 专辑：温哥华冬奥会的新材料（2） 聚氨酯速滑服 材料、能源和信息并列成为现代科学和 现

9、代文明的三大支柱， 材料又是最重要的 基础。 材料: 人类生活与社会发展的主要物质 基础，其品种、数量和质量是人类文明和社 会进步的标志。 一、材料与材料技术 人类使用材料的七个时代 公元前10万年 石器时代 公元前3000年 青铜器时代 公元前1000年 铁器时代 公元0年 水泥时代 18001800年年 钢时代钢时代 1950年 硅时代(信息时代) 1990年 新材料时代 一、材料与材料技术 一、材料与材料技术 湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑 一、材料与材料技术 二、材料的分类与概况 按材料的性能特点分： 1. 结构材料 2. 功能材料 二、材料的分类与概况 按材料的化学属性分: 1. 金属

10、材料 黑色金属：铁及铁基合金材料 有色金属：轻金属、重金属、贵金属、稀有金属 2. 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维和胶粘剂 3. 陶瓷材料：传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷 4. 复合材料：树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料 例1 底特律活塞队 例2 曼联队 例3 浦项制铁制铁队 农业文明：牛、马、羊、土地（农业经济） 工业文明：钢、铁 （工业经济） 现代文明：纳米等新材料 （知识经济） 汽车中各种材料的大致比例 铝合金5%10% 塑料10%20% 铁合金60%75% 其它 汽车中的轻合金 汽车每减重1kg，1L汽油可多跑0.1km。 车身用Al合金，每车用1kgAl，汽车 2.25

11、kg。 泡沫Al制汽车零件，只有钢重的1/2，刚度却是钢的 10倍；绝热性能比Al高95，对800Hz的噪声有很强的消 声能力。 汽车若能用70kgMg，CO2减排30。用于壳体可以降低 噪声，用于座椅、轮圈可以减振。 汽车中的塑料 汽车减重10，油耗降低68。 塑料在轿车上占车身重1030 汽车中用聚丙烯100kg可替代200300kg其它材料，相应 地在15万km的平均寿命里可减少燃料消耗750L。 与钢材相比，聚丙烯保险杠轻10.2kg，发动机罩轻2.2kg ，燃料箱轻5kg，宝马M3塑料翼子板减重1.5kg。 福特汽车中使用的材料 汽车发动机和传动系示意图 飞机所用材料比例变化 波音7

12、67 亚音速飞机19851995 铝合金 81% 钢14% 钛合金2% 复合材料3% 复合材 料65% 钢14% 铝合金 11% 其它10 飞机发动机1kg飞机4kg飞行上限10m 航天飞行器1kg运载火箭500kg 飞机用材料 中国的大飞机中国的大飞机（总重（总重100t100t）计划计划 国家中长期科学和技术发展规划国家中长期科学和技术发展规划之之1616个重大专项之一个重大专项之一 07.2 07.2国务院原则通过，国务院原则通过，08.508.5中国商用飞机有限公司成立（上海）中国商用飞机有限公司成立（上海） 其中其中复合材料及复合材料及TiTi合金重量非常关键合金重量非常关键 复合材

13、料复合材料 TiTi合金合金 B787 50 B787 50 1515订单多订单多 空客空客A350 37A350 37 9 9订单少，不得不修改订单少，不得不修改 新空客新空客A350 53A350 53 1414订单逐渐增加订单逐渐增加 尾翼尾翼机翼机翼机身（复合材料）机身（复合材料） （F-22F-22， 7 7 重量来源于重量来源于TiTi合金铸件）合金铸件） 导弹壳体用材料 三、材料科学与机械工程 材料科学与工程的四要素 使用性能 制备合成/加工工艺 成分/组织结构 材料固有性能 合理的材料 优良的设计 合适的加工 优质、适用的机械产品 四、本课程的目的、内容与学习要求 一个关系：成分 组织 结构 性能 两张图：Fe - Fe3C相图（成分、组织） C曲线 （制备、加工） 三种材料：钢、铸铁、有色金属 四种热处理：退火、正火、淬火、回火 进一步延伸为： 三个方面：原理、工艺、应用 四种材料：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料