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機械工程材料 主講 尤芳 2020年2月20日 機械工程材料 課程內容 緒論第1章材料的性能第2章材料的結構第3章材料的凝固第4章鐵碳合金相圖與碳鋼第5章金屬的塑性變形與再結晶第6章鋼的熱處理第7章工業(yè)用鋼第8章鑄鐵第9章有色金屬及其合金第10章零部件的失效與選材 緒論 內容概要 一材料發(fā)展概要 二材料科學 三工程材料的分類及應用 四本課程的目的性質及要求 一材料發(fā)展概要 材料是指可以用來直接制造有用物件 構件或器件的物質 材料是人類生產和生活所必須的物質基礎 銼刀 手錘 神舟 四號飛船成功返回 石器 鐵器 青銅器 一材料發(fā)展概要 石器時代青銅器時代鐵器時代 材料是人類進化的里程碑 由于材料的重要性 歷史學家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代 一材料發(fā)展概要 材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進步的標志 一材料發(fā)展概要 沒有半導體材料的工業(yè)化生產 就不可能有目前的計算機技術 沒有高溫高強度的結構材料 就不可能有今天的航空工業(yè)和宇航工業(yè) 沒有低消耗的光導纖維 也就沒有現(xiàn)代的光纖通訊 材料 能源及信息稱作現(xiàn)代文明的三大支柱 一材料發(fā)展概要 TITANIC 一材料發(fā)展概要 哥倫比亞號航天飛機失事 中華民族在人類歷史上為材料的發(fā)展和應用作出過重大貢獻 早在公元前6000 5000年的新石器時代 中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器 到東漢時期又出現(xiàn)了瓷器 并流傳海外 4000年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅 到殷 商時期 我國的青銅冶煉和鑄造技術已達到很高水平 司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造高133厘米重875kg飾紋優(yōu)美 越王勾踐寶劍 春秋晚期越國青銅兵器出土于湖北江陵楚墓長55 7厘米劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā) 宋應星 我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器 明朝科學家宋應星在 天工開物 一書中就記載了古代的滲碳熱處理等工藝 這說明早在歐洲工業(yè)革命之前 我國在金屬材料及熱處理方面就已經(jīng)有了較高的成就 一材料發(fā)展概要 一材料發(fā)展概要 新中國成立后 先后建起了鞍山 攀枝花 寶鋼等大型鋼鐵基地 鋼產量由49年的15 8萬噸上升到現(xiàn)在的幾億噸 一材料發(fā)展概要 人類對材料的認識是逐步深入的 1863年 光學顯微鏡首次應用于金屬研究 誕生了金相學 使人們能夠將材料的宏觀性能與微觀組織聯(lián)系起來 1912年發(fā)現(xiàn)了X 射線對晶體的作用并在隨后被用于晶體衍射分析 使人們對固體材料微觀結構的認識從最初的假想到科學的現(xiàn)實 Si表面的重構圖象 1932年發(fā)明了電子顯微鏡 把人們帶到了微觀世界的更深層次 10 7m 1934年位錯理論的提出 解決了晶體理論計算強度與實驗測得的實際強度之間存在的巨大差別的矛盾 對于人們認識材料的力學性能及設計高強度材料具有劃時代的意義 金屬鈦中的位錯 挑戰(zhàn)者號爆炸瞬間 材料科學是以材料為研究對象的一門科學 二材料科學 1 材料的化學組成 2 材料結構與性能的關系 3 材料的形成機理和制取方法 4 材料物理性能的測試方法和技術 5 材料的損壞機理 6 材料的合理加工方法和最佳使用方案等 主要內容 工程材料的含義 工程材料是以用于工程結構和機器零件及元器件的材料為研究對象 主要包括 機械 船舶 化工 建筑 車輛 儀表 航空航天等工程領域中用于制造工程構件和機械零件的材料 三工程材料的分類及應用 工程材料 金屬材料 黑色金屬 鑄鐵 復合材料 樹脂基復合材料 金屬基復合材料 合金鋼 碳鋼 有色金屬 輕有色金屬 稀土金屬 重有色金屬 高分子材料 陶瓷材料 塑料 合成橡膠 合成纖維 普通 傳統(tǒng) 陶瓷 特種 新型 陶瓷 金屬陶瓷 三工程材料的分類及應用 金屬材料 黑色金屬 有色金屬 輕金屬 重金屬 貴金屬 稀有金屬 以金屬鍵結合為主良好的導電性 導熱性 延展性和金屬光澤用量最大 應用最廣泛 三工程材料的分類及應用 鐵及鐵合金稱為黑色金屬 即鋼鐵材料 其世界年產量已達10億噸 在機械產品中的用量已占整個用材的60 以上 帶材 板材 異型材 管材 三工程材料的分類及應用 金屬材料制品 齒輪組 不銹鋼 軋輥 軋輪 鉆頭 銑刀 三工程材料的分類及應用 高分子材料 以分子鍵和共價鍵為主塑性 耐蝕性 電絕緣性 減振性好 密度小包括塑料 橡膠及合成纖維等 分子鍵 共價鍵 三工程材料的分類及應用 高分子材料在機械 電氣 紡織 汽車 飛機 輪船等制造工業(yè)和化學 交通運輸 航空航天等工業(yè)中被廣泛應用 塑料 橡膠 合成纖維 三工程材料的分類及應用 陶瓷材料 以共價鍵和離子鍵為主熔點高 硬度高 耐腐蝕 脆性大分為傳統(tǒng)陶瓷 特種陶瓷和金屬陶瓷三類 三工程材料的分類及應用 傳統(tǒng)陶瓷又稱普通陶瓷 是以天然材料 如黏土 石英 長石等 為原料的陶瓷 主要用作建筑材料使用 特種陶瓷又稱精細陶瓷 是以人工合成材料為原料的陶瓷 常用作工程上的耐熱 耐蝕 耐磨零件 陶瓷制品 陶瓷發(fā)動機 三工程材料的分類及應用 復合材料 是把兩種或兩種以上不同性質或不同結構的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料 金屬基復合材料陶瓷基復合材料聚合物基復合材料 高分子復合材料 三工程材料的分類及應用 現(xiàn)代航空發(fā)動機燃燒室溫度最高的材料就是通過粉末冶金法制備的氧化物粒子彌散強化的鎳基合金復合材料 很多高級游艇 賽艇及體育器械等是由碳纖維復合材料制成的 它們具有重量輕 彈性好 強度高等優(yōu)點 航空發(fā)動機 高級游艇 三工程材料的分類及應用 隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科學技術的進步 對材料的要求越來越苛刻 結構材料向高比強 高剛度 高韌性 耐高溫 耐腐蝕 抗輻照和多功能的方向發(fā)展 殲20隱形戰(zhàn)斗機 航空母艦 三工程材料的分類及應用 機械工業(yè)是材料應用的重要領域 波音飛機 超級跑車 豪華郵輪 虎式坦克 三工程材料的分類及應用 隨著機械工業(yè)的發(fā)展 對產品的要求越來越高在產品設計與制造過程中 會遇到越來越多的材料及材料加工方面的問題 要求機械工程技術人員掌握必要的材料科學與材料工程知識 具備正確選擇材料和加工方法 合理安排加工工藝路線的能力 摩天輪 發(fā)動機 三工程材料的分類及應用 課程性質 是機械類和近機類各專業(yè)的技術基礎課課程任務 了解工程材料的一般知識 建立化學成分 組織結構 加工工藝與性能之間的關系 了解常用材料的用途和加工工藝 初步具備合理選材 正確確定加工方法 妥善安排工藝路線的能力 的關系 四本課程的目的性質及要求 化學成分 成分 組成材料各元素在材料中的濃度組織 用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀察到的金屬內部的情景 習慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織稱低倍組織或宏觀組織 放大100 2000倍的組織稱高倍組織或顯微組織 在電子顯微鏡下放大幾千 幾十萬倍的組織稱精細組織或電鏡組織 四本課程的目的性質及要求 鋼的宏觀組織 顯微組織和電鏡組織 四本課程的目的性質及要求 結構 材料中各原子的具體組合狀態(tài) 一般通過X 射線衍射或透射電鏡研究 四本課程的目的性質及要求