工程材料

1、工 程 材 料,緒論,眾所周知，材料、能源、信息是人類現(xiàn)代文明的三大支柱。 工程材料是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。因此，材料科學(xué)是科技發(fā)展的重要學(xué)科。,人類文明社會(huì)的發(fā)展與人類使用材料的不斷更新密切相關(guān)。例如，原始社會(huì)的的石器時(shí)代，人們使用的是簡陋的石制工具；奴隸制社會(huì)主要使用銅器；封建社會(huì)使用鐵器；結(jié)果大大的提高了社會(huì)生產(chǎn)力推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展。當(dāng)時(shí)人們對(duì)材料的要求主要是機(jī)械性能（力學(xué)性能）和

2、可加工性。但是在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天，人們對(duì)材料的要求不只是其力學(xué)性能，因?yàn)槿藗儗?duì)使用的產(chǎn)品要求不只是壽命長，容量大，而且要求小型化、自動(dòng)化、精密化、省能源和無污染。因此，對(duì)制造產(chǎn)品所選用的材料除了具有強(qiáng)度高的材料即承載材料外，還要求使用可以傳遞信息、轉(zhuǎn)變能量形式或具有其它特殊性能的材料。下圖形象地表示了人類社會(huì)歷史發(fā)展和材料進(jìn)步的這一密切關(guān)系。,青銅器時(shí)代,鐵器時(shí)代,復(fù)合材料時(shí)代,機(jī)敏/智能材料時(shí)代,石器時(shí)代,2、功能材料，具有特

3、異的物理和化學(xué)功能，如超導(dǎo)材料，形狀記憶材料，儲(chǔ)氫材料，激光材料，半導(dǎo)體材料，納米材料等 。,材料的分類：,按原子結(jié)構(gòu)分：,1、金屬材料（黑色金屬，有色金屬）,2、 非金屬材料（有機(jī)，無機(jī)）,3、 復(fù)合材料（金屬基、塑料基、陶瓷基）,按應(yīng)用角度分：,1、結(jié)構(gòu)材料，機(jī)械性能為主要使用性能兼具一定物理和化 學(xué)性能，如制造機(jī)器零件的鋼材。,3、良好加工性能，如鑄造，塑性變形，焊接，機(jī)械加工等性能。并且通過熱處理可以改變其性能。,金屬材料：金屬

4、材料在材料中占有極重要的地位，如：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防與科學(xué)技術(shù)等各部門都需要使用大量的金屬材料。，而且人們的日常生活的用品也離不開金屬材料。,原因：金屬材料具有各種使用性能和加工性能。,1、優(yōu)良的機(jī)械性能（力學(xué)性能），如具有高強(qiáng)度，能傳遞大功率等性能。,2、優(yōu)良的物理性能，化學(xué)性能，如導(dǎo)熱、導(dǎo)電，耐蝕等。,有機(jī)高分子材料：該類材料正以前所未有的速度發(fā)展著。工程塑料世界年產(chǎn)量超過150萬噸，通過各種合成或制備技術(shù)，性能不斷提高，應(yīng)

5、用日廣。有人預(yù)測，汽車的車身不久將大部分采用塑料，每公斤工程塑料可代替4-5公斤鋼鐵，而且可整體成型，因而成本和油耗將進(jìn)一步降低；有機(jī)高分子功能材料發(fā)展更快，由于它是人工合成的，且原料充足，可以設(shè)計(jì)出無窮的新品種，前景十分廣闊 。,陶瓷材料：該類材料近20年中再度興起，以研制陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)為契機(jī)，在世界范圍內(nèi)興起了陶瓷熱。應(yīng)該看到，陶瓷作為工程材料，在實(shí)際應(yīng)用中尚有許多問題待解決，而陶瓷用作功能材料，已經(jīng)獲得了大量的成果，在高技術(shù)領(lǐng)域中占有

6、重要地位。,復(fù)合材料：用兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過不同工藝方法組合而成的多相材料稱復(fù)合材料。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)材料提出了許多特殊的要求，如要求同一零件需具有某些一種材料難以同時(shí)具備的性能，甚至要求具有某些相互矛盾的性能，采用復(fù)合材料，可以較好地滿足這些要求。金屬與金屬、金屬與非金屬、非金屬與非金屬都可以組成復(fù)合材料。當(dāng)前主要研究和應(yīng)用的是以樹脂、橡膠、陶瓷或金屬為基體，以各種纖維、粒子、片狀物為增強(qiáng)體組成的復(fù)合材料。,如果材料選擇

7、不當(dāng)或加工不合理會(huì)給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失，下面給大家介紹幾個(gè)具體事例：,1943年1月美國t-2型油船破斷的實(shí)例屬低應(yīng)力脆斷，類似事件1962年澳大利亞金斯橋建成僅一年就突然斷裂。,,曲軸的疲勞斷裂，由于熱處理不佳造成應(yīng)力集中而斷裂,CrWMn鋼鍛后冷速過快產(chǎn)生裂紋,某發(fā)電機(jī)精鑄風(fēng)機(jī)葉片，因鑄造缺陷運(yùn)行4600小時(shí)后發(fā)生斷裂,鋼加熱過燒龜裂,為滿足人類生產(chǎn)和生存的需要，人們不斷探索材料的微觀奧秘，發(fā)現(xiàn)材料性能是與材料的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，19

8、世紀(jì)末，光學(xué)顯微鏡幫助人們邁入了材料的微觀世界。20世紀(jì)初，X射線衍射用于測定金屬的晶體結(jié)構(gòu)。50-60年代，電子顯微鏡使人們看到材料內(nèi)部更細(xì)微的結(jié)構(gòu)以至原子排列的圖像。70年代以后，光電子能譜可以研究幾個(gè)原子層中的成分和狀態(tài)的變化。深入的研究證明，材料成分和處理工藝主要是通過改變材料內(nèi)部的微觀組織而影響材料的性能。 人們?cè)陂L期生產(chǎn)實(shí)踐和大量科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上建立起《工程材料》這門學(xué)科。,本課程的任務(wù)及內(nèi)容,該課程是機(jī)械

9、制造類各專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。,任務(wù):是從機(jī)械工程材料的應(yīng)用角度出發(fā)，闡明材料學(xué)的基本理論。用以正確理解常用材料的成分、加工工藝、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。,目的:是使學(xué)生通過學(xué)習(xí)，具有根據(jù)機(jī)械零件使用條件和性能要求，進(jìn)行合理選材及制定零件工藝路線的初步能力。,本課程基本由兩部分組成,第一部分是金屬學(xué)的理論基礎(chǔ)。主要探討金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過程，金屬在固態(tài)下的轉(zhuǎn)變過程以及金屬的塑性變形等。這些基礎(chǔ)知識(shí)是掌握工程材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化規(guī)