機械工程材料-緒論

1、 緒緒 論論一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù)二、材料的分類與概況二、材料的分類與概況三、材料科學(xué)與機械工程三、材料科學(xué)與機械工程四、本課程的目的、內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求四、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、機器或其他師昌緒：材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機器或其他產(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。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)。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)一、材料與材料技術(shù)張立同張立同：耐高溫長壽命抗氧化陶瓷

2、基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)（：耐高溫長壽命抗氧化陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)（“摔摔不碎的陶瓷不碎的陶瓷”，20042004年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎）（視頻）（視頻1 12 23 34 45 5） 。黃伯云黃伯云：高性能碳碳航空制動材料制備技術(shù)（：高性能碳碳航空制動材料制備技術(shù)（ 20042004年度國年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎家技術(shù)發(fā)明一等獎）（視頻）（視頻1 12 23 34 45 56 67 7） 。潘健生：搞好熱處理，零件一頂幾。潘健生：搞好熱處理，零件一頂幾。一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù) 例例1：泰坦尼克號事件：泰坦尼克號事件（泰坦尼克號遇難有新說）（泰坦尼克號遇難有新說）

3、 造船廠使用劣質(zhì)材料造船廠使用劣質(zhì)材料 釀成震驚世界慘禍釀成震驚世界慘禍劣質(zhì)鉚釘！ 例例2：9.11世貿(mào)大廈是豆腐渣工程世貿(mào)大廈是豆腐渣工程 （阻燃材料（阻燃材料、環(huán)保材料環(huán)保材料、鋼結(jié)構(gòu)）鋼結(jié)構(gòu)） 造價造價11億美元億美元 用鋼用鋼7.8萬噸萬噸 110層層 411米米 歷時歷時7年竣工年竣工 企業(yè)企業(yè)1200家家 5萬人上班萬人上班 游客游客15萬人萬人 30003000多人喪生多人喪生 ！世貿(mào)大廈倒塌世貿(mào)大廈倒塌一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù) 一是用一是用阻燃材料；阻燃材料； 二是用二是用綠色環(huán)保材料。綠色環(huán)保材料。高高 溫溫鋼梁鋼柱嚴重軟鋼梁鋼柱嚴重軟化化強度急劇降低強度急劇降低

4、倒倒 塌塌建筑材料燃燒建筑材料燃燒釋放大量有毒煙霧釋放大量有毒煙霧導(dǎo)致導(dǎo)致人窒息死亡人窒息死亡解決辦法解決辦法：45鋼室溫鋼室溫600 b1/2Al合金室溫合金室溫400 b1/10 一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù) 88層層 425m 共消耗鋼管樁共消耗鋼管樁1.8萬噸萬噸 主樓主樓鋼管樁鋼管樁430根根(壁厚壁厚20mm) 914mm83.5m 裙樓裙樓鋼管樁鋼管樁632根根(壁厚壁厚20mm) 609mm47m 例例3：上海金茂大廈：上海金茂大廈 一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù)機翼后中段機翼后中段：Ti合金合金機翼中段：機翼中段：Al、Ti及復(fù)合材料及復(fù)合材料機身：主梁、發(fā)動機

5、艙用輕金機身：主梁、發(fā)動機艙用輕金 屬、復(fù)合材料，其余用碳纖維、屬、復(fù)合材料，其余用碳纖維、 石墨纖維等復(fù)合材料，不易反射石墨纖維等復(fù)合材料，不易反射 雷達波。雷達波。機翼前緣：全部包覆吸波材料。機翼前緣：全部包覆吸波材料。機體：噴涂吸波油漆。機體：噴涂吸波油漆。 例例4：美國美國B-2A型戰(zhàn)機（伊拉克）每架型戰(zhàn)機（伊拉克）每架20億美元億美元一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù) 例例5：未來的航天飛機（復(fù)合材料）：未來的航天飛機（復(fù)合材料） 主結(jié)構(gòu)用合成材料。航天主結(jié)構(gòu)用合成材料。航天飛機返回地球時，飛機返回地球時，機身溫度超機身溫度超過過1000 ，以前的航天飛機外，以前的航天飛機外表面使

6、用碳陶瓷片，在二次飛表面使用碳陶瓷片，在二次飛行期間許多碳陶瓷片需更換，行期間許多碳陶瓷片需更換，很麻煩。很麻煩。 新的航天飛機新的航天飛機外殼用外殼用Ni-Cr-Fe合金合金制造，制造，外層隔熱板外層隔熱板由一層由一層TiAl合金與一層絕熱材合金與一層絕熱材料料組成。組成。 一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù) 例例6：磁懸浮列車（超導(dǎo)材料）：磁懸浮列車（超導(dǎo)材料） 一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù) 超導(dǎo)磁懸浮列車如何懸??？超導(dǎo)磁懸浮列車如何懸??？在每節(jié)車廂的底部安裝了超導(dǎo)磁體，路面在每節(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)生很強的磁

7、場。列車環(huán)。在超導(dǎo)磁體的線圈中通入電流產(chǎn)生很強的磁場。列車開動后，超導(dǎo)磁體相對于開動后，超導(dǎo)磁體相對于Al環(huán)運動，在環(huán)運動，在Al環(huán)里感應(yīng)出強電流，并相應(yīng)形成環(huán)里感應(yīng)出強電流，并相應(yīng)形成強磁場。超導(dǎo)體的完全抗磁性使車上的超導(dǎo)磁體受到地面強磁場。超導(dǎo)體的完全抗磁性使車上的超導(dǎo)磁體受到地面Al環(huán)的向上托環(huán)的向上托力，車速愈快，托力愈大。力，車速愈快，托力愈大。 當超導(dǎo)體處于一塊永久磁當超導(dǎo)體處于一塊永久磁Fe的上方時，超導(dǎo)體與磁鐵之間產(chǎn)生排斥的上方時，超導(dǎo)體與磁鐵之間產(chǎn)生排斥力，超導(dǎo)體就會懸浮在磁力，超導(dǎo)體就會懸浮在磁Fe上方。上方。 當車速當車速150km/h，托力大于列車自重，列車浮起。當列車

8、停下時，托力大于列車自重，列車浮起。當列車停下時，Al環(huán)中無感應(yīng)電流，不能產(chǎn)生磁場，因此在開車啟動和減速停車時有一段環(huán)中無感應(yīng)電流，不能產(chǎn)生磁場，因此在開車啟動和減速停車時有一段時間仍需用車輪在軌道上運行。時間仍需用車輪在軌道上運行。 上海的磁懸浮線路上海的磁懸浮線路2002年建成，年建成，2003年正式商業(yè)運營。時速年正式商業(yè)運營。時速430km/h 。 例例6：磁懸浮列車（超導(dǎo)材料）：磁懸浮列車（超導(dǎo)材料） 一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù) 專輯：北京奧運會的新材料（專輯：北京奧運會的新材料（1） 專輯：北京奧運會的新材料（專輯：北京奧運會的新材料（1） 水立方（水立方（water c

9、ube）17717730米米 采用采用聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（ETFE）制造外部膜制造外部膜 1. 較好較好延展性延展性：拉到本身的拉到本身的3 4 倍長都不斷裂；倍長都不斷裂； 2. 抗壓性抗壓性：充氣后，每塊膜都能承受充氣后，每塊膜都能承受1輛汽車的輛汽車的 重量，可抵御暴雨、冰雹、沙塵暴；重量，可抵御暴雨、冰雹、沙塵暴； 3. 耐火性耐火性：燃點：燃點715，燃燒后無擴散、無煙，燃燒后無擴散、無煙， 無燃燒物；無燃燒物； 4. 自潔性自潔性：ETFE膜摩擦系數(shù)很小，塵土不容易膜摩擦系數(shù)很小，塵土不容易 粘在上面，自己能雨水洗臉。粘在上面，自己能雨水洗臉。 國際地理頻道紀錄片1 2 3 專

10、輯：北京奧運會的新材料（專輯：北京奧運會的新材料（2）李娜納米網(wǎng)球拍李娜納米網(wǎng)球拍200克，克，由由碳纖維、塑料、鈦碳纖維、塑料、鈦組成。組成。 專輯：北京奧運會的新材料（專輯：北京奧運會的新材料（3） 冰背心冰背心德國研德國研制，夾層里密布細小的制，夾層里密布細小的水管，水管中流淌著水管，水管中流淌著17的降溫液的降溫液，可抵御，可抵御高溫、保持體能。背心高溫、保持體能。背心外層隔溫性非常好，可外層隔溫性非常好，可有效阻斷外部熱量，降有效阻斷外部熱量，降溫效果持久。溫效果持久。專輯：北京奧運會的新材料（專輯：北京奧運會的新材料（4） 以特氟綸纖維制成的鯊魚皮以特氟綸纖維制成的鯊魚皮泳衣，表面

11、模仿了鯊魚表皮成泳衣，表面模仿了鯊魚表皮成排的排的脊柱形小突起脊柱形小突起，能減少，能減少4的阻力，減少的阻力，減少5的氧氣消耗，的氧氣消耗，成績提高成績提高2。 英國英國“速比濤速比濤”(Speedo)公公司的第四代鯊魚皮司的第四代鯊魚皮LZR Racer，售價售價7000元人民幣，壽命只有元人民幣，壽命只有6次。次。 專輯：北京奧運會的新材料（專輯：北京奧運會的新材料（5） 撐撐高高跳跳女女皇皇 伊伊辛辛巴巴耶耶娃娃竹竹 竿竿金屬桿金屬桿碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料玻璃纖維玻璃纖維 專輯：北京奧運會的新材料（專輯：北京奧運會的新材料（6） 杭州產(chǎn)杭州產(chǎn) “HF-5型型碳纖維復(fù)碳纖維復(fù)合材料

12、合材料四人新型賽艇四人新型賽艇”采用單向采用單向碳纖維制造，重量輕、強度高、碳纖維制造，重量輕、強度高、剛性好，不僅提高了賽艇的安全剛性好，不僅提高了賽艇的安全性，也提高了劃船效率。幫助中性，也提高了劃船效率。幫助中國四朵金花一舉拿下賽艇女子四國四朵金花一舉拿下賽艇女子四人雙槳的金牌。人雙槳的金牌。 專輯：溫哥華冬奧會的新材料（專輯：溫哥華冬奧會的新材料（1） 電子垃圾鑄獎牌電子垃圾鑄獎牌 專輯：溫哥華冬奧會的新材料（專輯：溫哥華冬奧會的新材料（1） 電子垃圾鑄獎牌電子垃圾鑄獎牌 獎牌直徑獎牌直徑100mm，厚，厚6mm，重量，重量500576克。每克。每塊金牌中有塊金牌中有1.5%左右的成左

13、右的成分來自于從電子垃圾碎片中分來自于從電子垃圾碎片中提取的金屬。提取的金屬。 科學(xué)美國人科學(xué)美國人網(wǎng)站報道：網(wǎng)站報道：將計算機、監(jiān)控器、打印機和將計算機、監(jiān)控器、打印機和玻璃制品等粉碎，隨后分離出玻璃制品等粉碎，隨后分離出鋼、鋁、銅、玻璃和其他有用鋼、鋁、銅、玻璃和其他有用物質(zhì)，并將余下的碎片倒入物質(zhì)，并將余下的碎片倒入1200高溫的熔爐中，以獲取高溫的熔爐中，以獲取那些不能通過簡單粉碎提煉出那些不能通過簡單粉碎提煉出的金屬材料。的金屬材料。 專輯：溫哥華冬奧會的新材料（專輯：溫哥華冬奧會的新材料（1） 電子垃圾鑄獎牌電子垃圾鑄獎牌 速滑競賽服就在大腿處速滑競賽服就在大腿處使用了比普通纖維彈

14、性強數(shù)使用了比普通纖維彈性強數(shù)十倍的橡膠材料，可最大程十倍的橡膠材料，可最大程度地減少體力消耗；右胯部度地減少體力消耗；右胯部以內(nèi)附著的是以內(nèi)附著的是“3M”合成纖合成纖維，可有效減小摩擦力。維，可有效減小摩擦力。 為減少空氣阻力，為減少空氣阻力，韓國韓國代表團代表團在比賽服的雙手及雙在比賽服的雙手及雙腿處使用了蜂窩樣式的聚氨腿處使用了蜂窩樣式的聚氨酯材料。酯材料。 專輯：溫哥華冬奧會的新材料（專輯：溫哥華冬奧會的新材料（2） 聚氨酯速滑服聚氨酯速滑服 材料、能源和信息材料、能源和信息并列成為現(xiàn)代科學(xué)和并列成為現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代文明的三大支柱，現(xiàn)代文明的三大支柱， 材料又是最重要的材料又是最重要的

15、基礎(chǔ)。基礎(chǔ)。 材料材料: 人類生活與社會發(fā)展的主要物質(zhì)人類生活與社會發(fā)展的主要物質(zhì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)，其品種、數(shù)量和質(zhì)量是人類文明和社其品種、數(shù)量和質(zhì)量是人類文明和社會進步的標志。會進步的標志。一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù)人類使用材料的七個時代人類使用材料的七個時代公元前公元前10萬年萬年 石器時代石器時代公元前公元前3000年年 青銅器時代青銅器時代公元前公元前1000年年 鐵器時代鐵器時代公元公元0年年 水泥時代水泥時代1950年年 硅時代硅時代(信息時代信息時代)1990年年 新材料時代新材料時代一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù)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

16、踐寶劍湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍一、材料與材料技術(shù)一、材料與材料技術(shù)二、材料的分類與概況二、材料的分類與概況按材料的按材料的性能特點性能特點分：分： 1. 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料 2. 功能材料功能材料二、材料的分類與概況二、材料的分類與概況按材料的按材料的化學(xué)屬性化學(xué)屬性分分:1. 金屬材料金屬材料黑色金屬黑色金屬：鐵及鐵基合金材料鐵及鐵基合金材料有色有色金屬：金屬：輕金屬、重金屬、貴金屬、稀有金屬輕金屬、重金屬、貴金屬、稀有金屬2. 高分子材料：高分子材料：塑料、橡膠、合成纖維和膠粘劑塑料、橡膠、合成纖維和膠粘劑3. 陶瓷材料：陶瓷材料：傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷

17、4. 復(fù)合材料：復(fù)合材料：樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料例例1 底特律活塞隊底特律活塞隊例例2 曼聯(lián)隊曼聯(lián)隊例例3 浦項浦項隊隊農(nóng)業(yè)文明：農(nóng)業(yè)文明：牛、馬、羊、土地（農(nóng)業(yè)經(jīng)濟）牛、馬、羊、土地（農(nóng)業(yè)經(jīng)濟）工業(yè)文明：工業(yè)文明：鋼、鐵鋼、鐵 （工業(yè)經(jīng)濟）（工業(yè)經(jīng)濟）現(xiàn)代文明：現(xiàn)代文明：納米等新材料納米等新材料 （知識經(jīng)濟）（知識經(jīng)濟）汽車汽車中各種材料的大致比例中各種材料的大致比例鋁合金鋁合金5%10%塑料塑料10%20%鐵合金鐵合金60%75%其它其它汽車汽車中的輕合金中的輕合金汽車每減重汽車每減重1kg，1L汽油可多跑汽油可多跑0.

18、1km。 車身用車身用Al合金，每車用合金，每車用1kgAl，汽車，汽車 2.25kg。 泡沫泡沫Al制汽車零件，只有鋼重的制汽車零件，只有鋼重的1/2，剛度卻是鋼的，剛度卻是鋼的10倍；絕熱性能比倍；絕熱性能比Al高高95，對，對800Hz的噪聲有很強的消的噪聲有很強的消聲能力。聲能力。 汽車若能用汽車若能用70kgMg，CO2減排減排30。用于殼體可以降低。用于殼體可以降低噪聲，用于座椅、輪圈可以減振。噪聲，用于座椅、輪圈可以減振。汽車汽車中的塑料中的塑料汽車減重汽車減重10，油耗降低，油耗降低68。 塑料在轎車上占車身重塑料在轎車上占車身重1030 汽車中用聚丙烯汽車中用聚丙烯100kg可替代可替代200300kg其它材料，相其它材料，相應(yīng)地在應(yīng)地在15萬萬km的平均壽命里可減少燃料消耗的平均壽命里可減少燃料消耗750L。 與鋼材相比，聚丙烯保險杠輕與鋼材相比，聚丙烯保險杠輕10.2kg，發(fā)動機罩輕，發(fā)動機罩輕2.2kg，燃料箱輕燃料箱輕5kg，寶馬，寶馬M3塑料翼子板減重塑料翼子板減重1.5kg。福特汽車中使用的材料福特汽車中使用的材料汽車發(fā)動機和傳動系示意圖汽