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1、工程材料,机械工程学院 2011年9月,1,0绪 论,我国材料的历史进程,材料与机械制造,工程材料及其分类,课程简介,2,材料（Materials）是人类用来制造各种产品的物质基础，是人类生活和生产的物质基础。是国民经济的物质基础。 材料无处不在，无处不有,3,4,5,工程材料：材料科学的实用部分，主要阐述结构材料的成分、组织、性能、应用的一般规律。,贯穿全课程的“纲”,6,本课程的性质、目标和内容,1、性质：机械类和近机类各专业的技术基础课 2、目标： （1）掌握工程材料的基本理论及基础知识； （2）了解材料成分、加工工艺、组织、结构与性能之间的关系； （3）具备根据机械零件使用条件和性能要
2、求，进行合理选材及制定零件工艺路线的初步能力。,7,绪论 第1章：材料的结构与性能 第2章：金属材料组织和性能的控制 第3章：金属材料 第4、5、6章：高分子、陶瓷、复合材料 第8、9、10章： 机械零件的失效与选材原则 典型工件的选材及工艺路线设计 工程材料的应用 综合实验,3、课程内容,8,1、特点：叙述性、实用性 2、学习方法：总结、归纳、对比、分析,课程的特点和学习方法,3、教材： 潘强. 工程材料(第二版). 上海: 上海科学技术出版社, 2005 4、参考书 (1)朱张校. 工程材料(第5版). 北京: 清华大学出版社, 2011 (2)宋玉强（胡秀莲）. 工程材料辅助教材 (3)
3、 闫康平. 工程材料. 化学工业出版社, 2001 TB3/90 (4) 崔占全, 邱平善. 工程材料. 哈工大出版社, 2001 TB3/76 (5) 戈晓岚, 王特典. 工程材料. 东南大学出版社, 2000 TB3/64,9,成绩评定方法：平时作业成绩占15%，实验成绩占15%（缺一次实验成绩，本门课程计0分），课程结束时的期末考试成绩占70%。 随机点名，计分。,10,材料是人类进步的主要标志, 是现代文明的重要支柱之一。历史学家根据材料的使用来划分时代。,材料的发展与人类社会简图,0.1 我国材料的历史进程,11,燧石和石英石,石斧,石器,400,000 BC4,500 BC，石器时
4、代（Stone Age）,12,陶器（Pottery）,西安半坡人面网纹陶盆,陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一。 据目前已知的考古资料，在中国陶器的产生距今已有11700多年的悠久历史。,新石器时代6,000BC5,000BC,马家窑（甘肃）文化时期的陶器,13,高岭土,战国陶制四通水管,东汉时期发明瓷器,粘土（SiO2、Al2O3）烧制成陶器。,14,4,500 BC1,000 BC青铜器时代（Bronze Age）,司母戊鼎 河南安阳晚商遗址出土 青铜铸造 高133厘米 重8750N 饰纹优美,西周青铜器毛公鼎 高53.8厘米、口径47.9厘米 下有三足，双耳高耸，花纹简洁，外
5、形古朴 鼎内共有铭文500字，记述周宣王请叔父毛公为其治理国家之事，为国之重宝,15,吴 王 夫 差 矛,越 王 勾 践 剑,铜锡合金,周礼考工记：六齐（剂） 钟鼎、斧斤等六类青铜器中的锡含量,16,铁器时代（Iron Age）1,000BC,战国，铁模铸造,西汉，煤作炼铁燃料，比欧洲早1700年,17,蒲津渡铁人,黄河镇河大铁牛（唐开元12年铸）30吨,两步炼钢技术比其它国家早1600年。 钢的热处理达到相当高水平。 宋应星天工开物退火、淬火、渗碳,18,丝绸,19, 新材料新工艺重大成果,20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，日新月异 作为“发明之母”和“产业的粮食”的新材料研制更是异常活跃
6、,材料革命的新时代,20,鞍钢,攀钢夜景,新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大型钢铁基地。钢产量由49年的15.8万吨上升到08年的5.0亿吨。,宝钢高炉,21,X70管线钢，设计压力为10兆帕，管径1016毫米,22,西气东输二线,西气东输二线工程管道全长9102km，干线管道设计压力12MPa，设计输送气量300亿m3/a，管道采用X80钢，管径1219mm ，278万吨 与X70管线钢相比，管道采用X80管线钢后，强度可增加14%，管壁厚度可减薄，减少用钢量，节约建设成本7%,23,24,25,升空,返回,神六发射成功,03.10,05.10,07.10,08.09,神七,嫦娥
7、一号,26,高分子材料 70年代中期，有机合成材料和钢体积产量相等,涤纶安全带,尼龙齿轮,27,陶瓷材料 功能材料 脆性和抗热震性改善,耐磨陶瓷,绝缘陶瓷,28,摩尔定律的成与破 没有半导体材料的工业化生产和低消耗的光导纤维，就不可能有目前的计算机技术和现代的光纤通讯。,29,复合材料,玻璃钢赛车壳体,玻璃钢储液罐,在新材料方面, 我国仍处于跟踪阶段, 但也有不少创新, 从而保证了我国国防及高新技术产业的持续发展。,30,0.2工程材料的分类,什么是工程材料 （Engineering Materials？）,31,工程材料的键合,结合键：原子、离子或分子之间的结合力。 与原子结构有关,32,一
8、、离子键(Ionic bonding),多数盐类、碱类和金属氧化物（NaCl、Al2O3） 实质：金属原子 正离子，非金属原子 负离子,离子键示意图 氯化钠结构,性质：硬度高，强度大，热膨胀系数小，脆性大， 良好电绝缘体 无色透明,33,二、共价键(Covalent bonding),C,Si, Sn, Ge等，聚合物和无机非金属材料（SiC等） 实质：电负性差不大的原子通过共用价电子对而产生,共价键示意图 金刚石结构,性质：熔点高、质硬脆、沸点高、挥发性低,34,三、金属键(Metallic bonding),金属中自由电子与金属正离子之间键合 实质：金属最外层电子价电子自由电子电子云 电子
9、共有化,金属键示意图 钼的结构,性质：良好导电、导热性能，延展性好，不透明,35,四、分子键(Molecular bonding),实质：分子偶极 之间的作用力，属物理键，次价键，弱 性质：熔点和硬度均较低，良好绝缘性,分子键示意图 甲烷结构,36,工程材料,工程材料的分类按结合键的性质,37,金属材料,铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界年产量已达10亿吨，在机械产品中的用量已占整个用材的60%以上。 以铁为基的合金材料占整个结构材料和工具材料的90%以上。是最重要的工程金属材料。,最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。 以金属键为主。,38,高分子材料,有机合成材料，又叫聚合
10、物。 以分子键和共价键为主 塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好、密度小、强度不太高 塑料、橡胶、合成纤维和胶粘剂。,39,陶瓷材料,是由一种或几种金属材料与同一种非金属元素的化合物而制成的材料。 以离子键和共价键为主 熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大 无机玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷三类 按照成分和用途，工业陶瓷分为： 传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三类,40,复合材料,由各种不同性质的材料复合而成的材料。在强度、刚度和耐蚀性方面较优越。 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料,长征火箭由铝合金改为CC复合材料，射程增加1476公里,41,材料与机械制造,设计是灵魂 材料是基础 制造是关键 检测是保证,42,引 用 及 版 权 声 明,本课件的内容涉及到引用国内外学者的专著、教材、论文、课件、报告及一些网站等，没有逐一注释，向相关者表示感谢！ 本课件仅用于课堂教学和学生学习，不得用于商业活动，课件制作者保留相关权利！,43,Department of Materials Science and Engineering, Y.F.Wang,Thanks for attention!,
