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1、.,材料学,西华大学材料科学与工程学院 主讲教师：刘锦云,.,绪 论,一、本课程的地位和作用 材料：是能为人类社会经济地制造有用器件的物质。 材料学是研究材料的成分、组织结构与性能之间关系的一门技术科学，因此它是一门综合性较强的课程。 将综合运用在材料科学基础、材料工程基础、材料性能学等课程中已经学过的基础知识和专业知识说明： 材料的成分、制备及处理工艺、组织与性能之间的关系； 如何根据服役条件合理地选用材料。,.,选用某种材料制作某个零（部件），是因为这种材料的性能，能够满足这个零（部件）的使用要求。 材料的所有性能都是其化学成分和组织结构在一定外界因素（载荷性质、应力状态、工作温度和环境介
2、质）作用下的综合反映，它们构成了互相紧密联系的系统。 材料的组织包括材料的显微组织、晶体缺陷和冶金缺陷，结构是指组成相的原子结构和晶体结构。,.,成分,工艺,组织,内因,性能,服役条件,外因,材料成分、组织性能间的关系,材料化学成分和组织结构是材料性能的内部依据，而材料的性能则是其具有一定化学成分和组织结构的外部表现。,工艺：冶金，压力加工，热处理,.,以钢为例： 化学成分对其强韧性的影响：有直接作用和间接作用，且以间接作用为主。 一般钢的组成元素与其含量的改变，对钢的强韧性作用是通过组织结构的改变来实现的。 当化学成分一定时，通过不同的加工制备工艺和热处理工艺，改变材料的组织结构，可导致材料
3、在性能上出现较大的差异。,.,材料的成分和加工工艺,材料的组织结构状态,材料的性能,满足零（部件）的服役条件要求,决定,决定,具备,.,根据零（部件）的服役条件对材料性能的要求,选用某一成分的材料,施加一定的加工处理工艺,获得一定的组织结构,得到所要求的性能,满足零（部件）的服役要求,实际生产中：,.,二、本课程的基本要求,掌握材料的合金化原理，了解材料成分设计的依据； 了解各类材料成分与处理工艺特点、组织与性能之间的关系； 能初步从构件的服役条件出发，对材料提出合理的性能要求，并正确地选用材料和合理地制订工艺。,.,材料的种类繁多，用途广泛。 工程材料：与工程有关的材料。如机械工程材料、土建
4、工程材料、电工材料等。 按其使用性能的特点分为：结构材料和功能材料。 结构材料：使用时主要要求力学性能(强度、塑性、韧性等)，兼有一定的物理、化学性能要求的材料。 功能材料：使用时主要要求特殊的物理(导电、导热、导磁、发光、发声等）、化学（耐腐蚀等）性能的材料。如电子材料等。 结构材料主要应用于机械制造、航空、航天、化工、建筑和交通运输等部门。,三、材料的分类及本课程的主要学习内容,.,机床上典型零件的用材,机床床身：HT150等； 普通机床主轴：45、40Cr； 镗床主轴：38CrMoAl； 机床丝杠：T12、CrWMn、9Mn2V; 机床齿轮：20Cr、40Cr、42CrMo。,.,汽车上
5、所用典型零件的用材,车身：低碳钢板冷冲压成型 08钢、08F钢、10钢； 汽缸套、缸盖：灰口铸铁 HT250； 活塞：铝合金 ZL108； 曲轴：球墨铸铁 QT600-3、合金结构钢 42CrMoA； 连杆：合金结构钢 40Cr、40CrNi； 排气阀：马氏体气阀钢 4Cr9Si2； 变速箱齿轮：渗碳钢 20CrMnTi； 柱塞、柱塞套：滚动轴承钢 GCr15。,.,结构材料的分类,结构材料按结合键的性质，可分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类。,金属材料,黑色金属,陶瓷材料,有色金属,高分子材料,复合材料,Al、Mg、Ti、Cu,铸铁、碳钢、合金钢,氧化物陶瓷,非氧化物陶瓷,塑
6、料、橡胶、合成纤维,碳、氮、硼化物,Al2O3、SiO2,金属基、陶瓷基、树脂基复合材料,结构材料,.,金属材料：,包括金属和以金属为基的合金。 原子间的结合键：基本上为金属键。 金属材料的特点：具有良好的塑性、较高的强度和硬度，即具有良好的综合力学性能。 适合作为受力的结构材料。,.,陶瓷材料：,原子之间的结合键：主要为共价键和离子键。 主要特点：有高的硬度、耐磨性、耐蚀性和抗氧化能力； 最大弱点：塑性极低、太脆。 所以很少在常温下作为受力的结构材料。,.,高分子材料：,是由相对分子质量很大的大分子组成。 大分子链之间的结合键：主要是分子键（范德瓦尔斯力）。 分子键的结合力很小，在外力作用下
7、易产生滑动并造成很大的变形。 高分子材料的特点：熔点很低、硬度也很低。 也很少作为受力的结构材料。,.,本课程的主要学习内容,由于金属键的特性，使金属材料具有许多优良的使用性能和加工工艺性能，特别是可通过不同成分配制、不同工艺方法改变其内部组织结构，来满足不同结构及零件的使用性能要求，是应用最广泛，用量最多的材料。 在机械设备中约占所用材料的百分之九十以上，其中又以钢铁材料占绝大多数。 因此本课程重点介绍金属材料，特别是钢铁材料。简要介绍陶瓷材料、复合材料和高分子材料。,.,本课程的教材和主要参考书,1、结构材料学，刘锦云主编，哈尔滨工业大学出版社，2008.02 2、工程材料学（修订版），王晓敏 编著，哈尔滨工业大学出版社，2002.8 3、 金属材料学，西安交通大学 王笑天 主编，机械工业出版社，1987.9 4、 钢铁材料及其热处理工艺，浙江大学、上海机械学院、合肥工业大学合编，上海科学技术出版社，1978年 5、 钢铁材料及有色金属材料 ，崔崑 ，机械工业出版社，1980年 6、精细陶瓷材料 ，江东亮 ，中国物质出版社，2000,.,学习方法,预习 记笔记 复习 实验,
