《工程材料 緒論》PPT課件

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1、 緒 論一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù)二 、 材 料 的 分 類 與 概 況三 、 材 料 科 學(xué) 與 機(jī) 械 工 程四 、 本 課 程 的 目 的 、 內(nèi) 容 與 學(xué) 習(xí) 要 求 師 昌 緒 ： 材 料 是 人 類 用 于 制 造 物 品 、 器 件 、 構(gòu) 件 、 機(jī) 器 或 其 他產(chǎn) 品 的 那 些 物 質(zhì) 。 材 料 是 物 質(zhì) ， 但 不 是 所 有 物 質(zhì) 都 可 以 稱 作 材料 。朱 光 亞 ： 材 料 技 術(shù) 已 成 為 不 同 工 程 領(lǐng) 域 具 有 共 性 的 關(guān) 鍵 技 術(shù) 。一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù)張 立 同 ： 耐 高 溫 長(zhǎng) 壽 命 抗 氧 化 陶

2、瓷 基 復(fù) 合 材 料 應(yīng) 用 技 術(shù) （ “ 摔不 碎 的 陶 瓷 ” ， 2004年 度 國(guó) 家 技 術(shù) 發(fā) 明 一 等 獎(jiǎng) ） （ 視 頻12345） 。黃 伯 云 ： 高 性 能 碳 碳 航 空 制 動(dòng) 材 料 制 備 技 術(shù) （ 2004年 度 國(guó)家 技 術(shù) 發(fā) 明 一 等 獎(jiǎng) ） （ 視 頻 1234567） 。 一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 例 1： 泰 坦 尼 克 號(hào) 事 件 （ 泰 坦 尼 克 號(hào) 遇 難 有 新 說(shuō) ） 造 船 廠 使 用 劣 質(zhì) 材 料 釀 成 震 驚 世 界 慘 禍 劣質(zhì)鉚釘！ 例 2： 9.11 世 貿(mào) 大 廈 是 豆 腐 渣 工 程 （ 阻 燃

3、 材 料 、 環(huán) 保 材 料 、 鋼 結(jié) 構(gòu) ） 造 價(jià) 11億 美 元 用 鋼 7.8萬(wàn) 噸 110層 411米 歷 時(shí) 7年 竣 工 企 業(yè) 1200家 5萬(wàn) 人 上 班 游 客 15萬(wàn) 人 3000多 人 喪 生 ！ ！ ！ 世 貿(mào) 大 廈 倒 塌一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 一 是 用 阻 燃 材 料 ； 二 是 用 綠 色 環(huán) 保 材 料 。高 溫鋼 梁 鋼 柱 嚴(yán) 重 軟化 強(qiáng) 度 急 劇 降 低倒 塌 建 筑 材 料 燃 燒釋 放 大 量 有 毒 煙 霧導(dǎo) 致 人 窒 息 死 亡解 決 辦 法 ： 45鋼 室 溫 600 b1/2Al合 金 室 溫 400 b 1/10 一

4、 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 88層 425m 共 消 耗 鋼 管 樁 1.8萬(wàn) 噸 主 樓 鋼 管 樁 430根 (壁 厚 20mm) 914mm 83.5m 裙 樓 鋼 管 樁 632根 (壁 厚 20mm) 609mm 47m 例 3： 上 海 金 茂 大 廈 一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 機(jī) 翼 后 中 段 ： Ti合 金 機(jī) 翼 中 段 ： Al、 Ti及 復(fù) 合 材 料 機(jī) 身 ： 主 梁 、 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 艙 用 輕 金 屬 、 復(fù) 合 材 料 ， 其 余 用 碳 纖 維 、 石 墨 纖 維 等 復(fù) 合 材 料 ， 不 易 反 射 雷 達(dá) 波 。 機(jī) 翼 前 緣 ： 全

5、部 包 覆 吸 波 材 料 。 機(jī) 體 ： 噴 涂 吸 波 油 漆 。 例 4： 美 國(guó) B-2A型 戰(zhàn) 機(jī) （ 伊 拉 克 ） 每 架 20億 美 元一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 例 5： 未 來(lái) 的 航 天 飛 機(jī) （ 復(fù) 合 材 料 ） 主 結(jié) 構(gòu) 用 合 成 材 料 。 航 天飛 機(jī) 返 回 地 球 時(shí) ， 機(jī) 身 溫 度 超過(guò) 1000 ， 以 前 的 航 天 飛 機(jī) 外表 面 使 用 碳 陶 瓷 片 ， 在 二 次 飛行 期 間 許 多 碳 陶 瓷 片 需 更 換 ，很 麻 煩 。 新 的 航 天 飛 機(jī) 外 殼 用 Ni-Cr-Fe合 金 制 造 ， 外 層 隔 熱 板由

6、一 層 TiAl合 金 與 一 層 絕 熱 材料 組 成 。 一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 例 6： 磁 懸 浮 列 車 （ 超 導(dǎo) 材 料 ） 一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 超 導(dǎo) 磁 懸 浮 列 車 如 何 懸 浮 ？ 在 每 節(jié) 車 廂 的 底 部 安 裝 了 超 導(dǎo) 磁 體 ， 路 面上 埋 許 多 閉 合 Al環(huán) 。 在 超 導(dǎo) 磁 體 的 線 圈 中 通 入 電 流 產(chǎn) 生 很 強(qiáng) 的 磁 場(chǎng) 。 列 車開(kāi) 動(dòng) 后 ， 超 導(dǎo) 磁 體 相 對(duì) 于 Al環(huán) 運(yùn) 動(dòng) ， 在 Al環(huán) 里 感 應(yīng) 出 強(qiáng) 電 流 ， 并 相 應(yīng) 形 成強(qiáng) 磁 場(chǎng) 。 超 導(dǎo) 體 的 完 全 抗

7、 磁 性 使 車 上 的 超 導(dǎo) 磁 體 受 到 地 面 Al環(huán) 的 向 上 托力 ， 車 速 愈 快 ， 托 力 愈 大 。 當(dāng) 超 導(dǎo) 體 處 于 一 塊 永 久 磁 Fe的 上 方 時(shí) ， 超 導(dǎo) 體 與 磁 鐵 之 間 產(chǎn) 生 排 斥力 ， 超 導(dǎo) 體 就 會(huì) 懸 浮 在 磁 Fe上 方 。 當(dāng) 車 速 150km/h， 托 力 大 于 列 車 自 重 ， 列 車 浮 起 。 當(dāng) 列 車 停 下 時(shí) ，Al環(huán) 中 無(wú) 感 應(yīng) 電 流 ， 不 能 產(chǎn) 生 磁 場(chǎng) ， 因 此 在 開(kāi) 車 啟 動(dòng) 和 減 速 停 車 時(shí) 有 一 段時(shí) 間 仍 需 用 車 輪 在 軌 道 上 運(yùn) 行 。 上

8、海 的 磁 懸 浮 線 路 2002年 建 成 ， 2003年 正 式 商 業(yè) 運(yùn) 營(yíng) 。 例 6： 磁 懸 浮 列 車 （ 超 導(dǎo) 材 料 ） 一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 專 輯 ： 北 京 奧 運(yùn) 會(huì) 的 新 材 料 （ 1） 專 輯 ： 北 京 奧 運(yùn) 會(huì) 的 新 材 料 （ 1） 水 立 方 （ water cube） 177 177 30米 采 用 聚 四 氟 乙 烯 （ ETFE） 制 造 外 部 膜 1. 較 好 延 展 性 ： 拉 到 本 身 的 3 4 倍 長(zhǎng) 都 不 斷 裂 ； 2. 抗 壓 性 ： 充 氣 后 ， 每 塊 膜 都 能 承 受 1輛 汽 車 的 重

9、量 ， 可 抵 御 暴 雨 、 冰 雹 、 沙 塵 暴 ； 3. 耐 火 性 ： 燃 點(diǎn) 715 ， 燃 燒 后 無(wú) 擴(kuò) 散 、 無(wú) 煙 ， 無(wú) 燃 燒 物 ； 4. 自 潔 性 ： ETFE膜 摩 擦 系 數(shù) 很 小 ， 塵 土 不 容 易 粘 在 上 面 ， 自 己 能 雨 水 洗 臉 。 國(guó)際地理頻道紀(jì)錄片 1 2 3 專 輯 ： 北 京 奧 運(yùn) 會(huì) 的 新 材 料 （ 2）李 娜 納 米 網(wǎng) 球 拍 200克 ，由 碳 纖 維 、 塑 料 、 鈦 組 成 。 專 輯 ： 北 京 奧 運(yùn) 會(huì) 的 新 材 料 （ 3） 冰 背 心 德 國(guó) 研制 ， 夾 層 里 密 布 細(xì) 小 的水 管 ，

10、 水 管 中 流 淌 著17 的 降 溫 液 ， 可 抵 御高 溫 、 保 持 體 能 。 背 心外 層 隔 溫 性 非 常 好 ， 可有 效 阻 斷 外 部 熱 量 ， 降溫 效 果 持 久 。 專 輯 ： 北 京 奧 運(yùn) 會(huì) 的 新 材 料 （ 4） 以 特 氟 綸 纖 維 制 成 的 鯊 魚(yú) 皮泳 衣 ， 表 面 模 仿 了 鯊 魚(yú) 表 皮 成排 的 脊 柱 形 小 突 起 ， 能 減 少 4的 阻 力 ， 減 少 5 的 氧 氣 消 耗 ，成 績(jī) 提 高 2 。 英 國(guó) “ 速 比 濤 ” (Speedo)公司 的 第 四 代 鯊 魚(yú) 皮 LZR Racer，售 價(jià) 7000元 人 民

11、 幣 ， 壽 命 只 有 6次 。 專 輯 ： 北 京 奧 運(yùn) 會(huì) 的 新 材 料 （ 5） 撐高跳女皇 伊辛巴耶娃竹 竿金 屬 桿碳 纖 維 復(fù) 合 材 料玻 璃 纖 維 專 輯 ： 北 京 奧 運(yùn) 會(huì) 的 新 材 料 （ 6） 杭 州 產(chǎn) “ H F-5型 碳 纖 維 復(fù)合 材 料 四 人 新 型 賽 艇 ” 采 用 單 向碳 纖 維 制 造 ， 重 量 輕 、 強(qiáng) 度 高 、剛 性 好 ， 不 僅 提 高 了 賽 艇 的 安 全性 ， 也 提 高 了 劃 船 效 率 。 幫 助 中國(guó) 四 朵 金 花 一 舉 拿 下 賽 艇 女 子 四人 雙 槳 的 金 牌 。 專 輯 ： 溫 哥 華 冬

12、 奧 會(huì) 的 新 材 料 （ 1） 電 子 垃 圾 鑄 獎(jiǎng) 牌 專 輯 ： 溫 哥 華 冬 奧 會(huì) 的 新 材 料 （ 1） 電 子 垃 圾 鑄 獎(jiǎng) 牌 獎(jiǎng) 牌 直 徑 100mm， 厚6mm， 重 量 500576克 。 每塊 金 牌 中 有 1.5%左 右 的 成分 來(lái) 自 于 從 電 子 垃 圾 碎 片 中提 取 的 金 屬 。 科 學(xué) 美 國(guó) 人 網(wǎng) 站 報(bào) 道 ：將 計(jì) 算 機(jī) 、 監(jiān) 控 器 、 打 印 機(jī) 和玻 璃 制 品 等 粉 碎 ， 隨 后 分 離 出鋼 、 鋁 、 銅 、 玻 璃 和 其 他 有 用物 質(zhì) ， 并 將 余 下 的 碎 片 倒 入1200 高 溫 的 熔 爐

13、 中 ， 以 獲 取那 些 不 能 通 過(guò) 簡(jiǎn) 單 粉 碎 提 煉 出的 金 屬 材 料 。 專 輯 ： 溫 哥 華 冬 奧 會(huì) 的 新 材 料 （ 1） 電 子 垃 圾 鑄 獎(jiǎng) 牌 速 滑 競(jìng) 賽 服 就 在 大 腿 處使 用 了 比 普 通 纖 維 彈 性 強(qiáng) 數(shù)十 倍 的 橡 膠 材 料 ， 可 最 大 程度 地 減 少 體 力 消 耗 ； 右 胯 部以 內(nèi) 附 著 的 是 “ 3M”合 成 纖維 ， 可 有 效 減 小 摩 擦 力 。 為 減 少 空 氣 阻 力 ， 韓 國(guó)代 表 團(tuán) 在 比 賽 服 的 雙 手 及 雙腿 處 使 用 了 蜂 窩 樣 式 的 聚 氨酯 材 料 。 專 輯

14、 ： 溫 哥 華 冬 奧 會(huì) 的 新 材 料 （ 2） 聚氨酯速滑服 材 料 、 能 源 和 信 息 并 列 成 為 現(xiàn) 代 科 學(xué) 和現(xiàn) 代 文 明 的 三 大 支 柱 ， 材 料 又 是 最 重 要 的基 礎(chǔ) 。 材 料 : 人 類 生 活 與 社 會(huì) 發(fā) 展 的 主 要 物 質(zhì)基 礎(chǔ) ， 其 品 種 、 數(shù) 量 和 質(zhì) 量 是 人 類 文 明 和 社會(huì) 進(jìn) 步 的 標(biāo) 志 。一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 人 類 使 用 材 料 的 七 個(gè) 時(shí) 代公 元 前 10萬(wàn) 年 石 器 時(shí) 代公 元 前 3000年 青 銅 器 時(shí) 代公 元 前 1000年 鐵 器 時(shí) 代公 元 0年 水 泥

15、 時(shí) 代1950年 硅 時(shí) 代 (信 息 時(shí) 代 )1990年 新 材 料 時(shí) 代一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 湖 北 江 陵 楚 墓 出 土 越 王 勾 踐 寶 劍一 、 材 料 與 材 料 技 術(shù) 二 、 材 料 的 分 類 與 概 況按 材 料 的 性 能 特 點(diǎn) 分 ： 1. 結(jié) 構(gòu) 材 料 2. 功 能 材 料 二 、 材 料 的 分 類 與 概 況按 材 料 的 化 學(xué) 屬 性 分 :1. 金 屬 材 料 黑 色 金 屬 ： 鐵 及 鐵 基 合 金 材 料有 色 金 屬 ： 輕 金 屬 、 重 金 屬 、 貴 金 屬 、 稀 有 金 屬2.

16、 高 分 子 材 料 ： 塑 料 、 橡 膠 、 合 成 纖 維 和 膠 粘 劑3. 陶 瓷 材 料 ： 傳 統(tǒng) 陶 瓷 、 特 種 陶 瓷 和 金 屬 陶 瓷4. 復(fù) 合 材 料 ： 樹(shù) 脂 基 復(fù) 合 材 料 、 金 屬 基 復(fù) 合 材 料 和 陶 瓷 基 復(fù) 合 材 料 例 1 底 特 律 活 塞 隊(duì)例 2 曼 聯(lián) 隊(duì)例 3 浦 項(xiàng) 制 鐵 隊(duì)農(nóng) 業(yè) 文 明 ： 牛 、 馬 、 羊 、 土 地 （ 農(nóng) 業(yè) 經(jīng) 濟(jì) ）工 業(yè) 文 明 ： 鋼 、 鐵 （ 工 業(yè) 經(jīng) 濟(jì) ）現(xiàn) 代 文 明 ： 納 米 等 新 材 料 （ 知 識(shí) 經(jīng) 濟(jì) ） 汽 車 中 各 種 材 料 的 大 致 比 例鋁 合

17、 金 5%10%塑 料 10%20% 鐵 合 金 60%75%其 它 汽 車 中 的 輕 合 金汽 車 每 減 重 1kg， 1L汽 油 可 多 跑 0.1km。 車 身 用 Al合 金 ， 每 車 用 1kgAl， 汽 車 2.25kg。 泡 沫 Al制 汽 車 零 件 ， 只 有 鋼 重 的 1/2， 剛 度 卻 是 鋼 的10倍 ； 絕 熱 性 能 比 Al高 95 ， 對(duì) 800H z的 噪 聲 有 很 強(qiáng) 的 消聲 能 力 。 汽 車 若 能 用 70kgMg， CO2減 排 30 。 用 于 殼 體 可 以 降 低噪 聲 ， 用 于 座 椅 、 輪 圈 可 以 減 振 。 汽 車

18、中 的 塑 料汽 車 減 重 10 ， 油 耗 降 低 6 8 。 塑 料 在 轎 車 上 占 車 身 重 10 30 汽 車 中 用 聚 丙 烯 100kg可 替 代 200 300kg其 它 材 料 ， 相應(yīng) 地 在 15萬(wàn) km的 平 均 壽 命 里 可 減 少 燃 料 消 耗 750L。 與 鋼 材 相 比 ， 聚 丙 烯 保 險(xiǎn) 杠 輕 10.2kg， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 罩 輕 2.2kg，燃 料 箱 輕 5kg， 寶 馬 M3塑 料 翼 子 板 減 重 1.5kg。 福 特 汽 車 中 使 用 的 材 料 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系示意圖 飛 機(jī) 所 用 材 料 比 例 變 化波 音 767 亞

19、 音 速 飛 機(jī) 1985 1995鋁 合 金 81% 鋼 14%鈦 合 金 2%復(fù) 合 材 料 3% 復(fù) 合 材料 65% 鋼 14%鋁 合 金 11%其 它 10飛 機(jī) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 1kg飛 機(jī) 4kg飛 行 上 限 10m航 天 飛 行 器 1kg運(yùn) 載 火 箭 500kg 飛 機(jī) 用 材 料 導(dǎo) 彈 殼 體 用 材 料 三 、 材 料 科 學(xué) 與 機(jī) 械 工 程材 料 科 學(xué) 與 工 程 的 四 要 素 使 用 性 能制 備 合 成 /加 工 工 藝 成 分 /組 織 結(jié) 構(gòu) 材 料 固 有 性 能 合 理 的 材 料優(yōu) 良 的 設(shè) 計(jì)合 適 的 加 工 優(yōu) 質(zhì) 、 適 用 的 機(jī) 械

20、 產(chǎn) 品 四 、 本 課 程 的 目 的 、 內(nèi) 容 與 學(xué) 習(xí) 要 求 一 個(gè) 關(guān) 系 ： 成 分 組 織 結(jié) 構(gòu) 性 能 兩 張 圖 ： Fe - Fe3C相 圖 （ 成 分 、 組 織 ） C曲 線 （ 制 備 、 加 工 ） 三 種 材 料 ： 鋼 、 鑄 鐵 、 有 色 金 屬四 種 熱 處 理 ： 退 火 、 正 火 、 淬 火 、 回 火進(jìn) 一 步 延 伸 為 ： 三 個(gè) 方 面 ： 原 理 、 工 藝 、 應(yīng) 用 四 種 材 料 ： 金 屬 材 料 、 高 分 子 材 料 、 陶 瓷 材 料 、 復(fù) 合 材 料 教 材 機(jī) 械 工 程 材 料 （ 第 二 版 ） ， 王 章 忠

21、 主 編 ， 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū) 工 程 材 料 習(xí) 題 與 輔 導(dǎo) （ 第 三 版 ） ， 朱 張 校 主 編 ， 清 華 大 學(xué) 出 版 社 參 考 書(shū) 工 程 材 料 （ 第 三 版 ） ， 鄭 明 新 主 編 ， 清 華 大 學(xué) 出 版 社 授 課 教 師 喬 斌 13016900182， jixie 尚 峰 13851297415， 實(shí) 驗(yàn) 教 師 實(shí) 驗(yàn) 地 點(diǎn) 工 訓(xùn) 中 心 S416， 金 相 分 析 室 、 熱 處 理 實(shí) 驗(yàn) 室 工 程 材 料 校 精 品 課 程 網(wǎng) 站 網(wǎng) 址 教 師 用 參 考 書(shū) （ 1） 熱 處 理 工 ， 邵 紅

22、 紅 主 編 ， 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社（ 2） 工 程 材 料 及 應(yīng) 用 ， 汪 傳 生 、 劉 春 廷 主 編 ， 2008.2， 西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 出 版 社（ 3） 燒 結(jié) 金 屬 含 油 軸 承 ， 韓 鳳 麟 、 賈 成 廠 編 著 ， 2004.6， 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社（ 4） 信 息 材 料 概 論 ， 林 健 編 著 ， 2007.7， 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社（ 5） 銅 合 金 及 其 加 工 技 術(shù) ， 王 碧 文 、 王 濤 、 王 祝 堂 編 著 ， 2007.1， 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社（ 6） 材 料 科 技 導(dǎo) 論 ， 耿 保 友 主 編 ， 2007.7， 浙 江 大 學(xué) 出 版 社（ 7） 金 屬 加 工 （ 期 刊 ） ， 2008-2009