工程材料緒論-精選課件

1、Engineering Materials工 程 材 料主講教師： 王 杰 材料科學與工程學院聯(lián)系方式：E-Mail: wangjiealum.imr.acEngineering Materials工 程 材 料主講工程材料課程性質(zhì)和任務課程性質(zhì)：是非材料專業(yè)工科類和近機類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系工程材料課程性質(zhì)和任務課程性質(zhì)：是非材料專業(yè)工科類和近機類專教材與課程要求主要參考書：1. 戴枝榮,工程材料（第二版），高等教育出版社2. 王洪順等, 工程材料實驗指導書，自編教材成績評定：作業(yè)、測驗、實驗、出勤、期末測驗實

2、驗課安排：開放實驗（材料實驗中心預約）答疑安排：每周一次隨機點名，三次曠課，本門課成績以0分計！教材與課程要求主要參考書：緒論 材料科學與材料世界材料的定義與分類材料的地位和作用材料科學與工程的形成和發(fā)展材料的發(fā)展趨勢緒論 材料科學與材料世界材料的定義與分類材料的地位和作用材 材料的定義與分類定義：宇宙間可用于制造有用物品的固態(tài)物質(zhì)統(tǒng)稱為材料物質(zhì)材料材料的判據(jù)1資源2能源3環(huán)保4質(zhì)量5經(jīng)濟 有用的、并能用來制造物品（件）的物質(zhì) 一般指固態(tài)的，可用于工程上的物質(zhì)工程材料 作為材料科學研究對象的材料則主要是那些制造器件或物品的人造物質(zhì) 材料的定義與分類定義：宇宙間可用于制造有用物品的固態(tài)物質(zhì)統(tǒng)礦業(yè)

3、及農(nóng)業(yè)科技與工程范疇材料科學與工程范疇 材料的地位和作用礦業(yè)及農(nóng)業(yè)科技與工程范疇材料科學 材料的地位和作用 材料的定義與分類材料無處不在人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的材料：“800 ”萬種每年新增：“25 ”萬種具有實際工業(yè)價值的有：“8 ”萬種 材料的定義與分類材料無處不在人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的材料：“800 材料的定義與分類 材料的定義與分類鐵器時代信息時代（新材料時代）石器時代（石器、陶器 、瓷器)青銅器時代 材料的地位和作用鐵器時代信息時代石器時代青銅器時代 材料的地位和作用 材料的地位和作用石器時代青銅時代新材料時代鐵器時代鋼鐵時代人類利用材料的歷史，就是一部人類進化和進步的歷史 材料的地位和作用石器時代青

4、銅時代新材料時代鐵器時代鋼第一次工業(yè)革命（18世紀）制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機的發(fā)明和應用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)以蒸汽機和紡織機的發(fā)明和使用為主要標志工業(yè)革命使工廠制代替了手工工場，用機器代替了手工勞動 人類社會從農(nóng)業(yè)文明轉(zhuǎn)向工業(yè)文明第一次工業(yè)革命（18世紀）制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機的發(fā)明和應用 以電力和內(nèi)燃機的發(fā)明和使用為主要標志,以石油開發(fā)和新能源為突破口，大力推進了汽車、飛機等其他工業(yè)。第二次工業(yè)革命（19世紀中葉到20世紀中葉） 世界由“蒸汽時代”進入“電氣時代”莫爾斯電報機發(fā)報 以電力和內(nèi)燃機的發(fā)明和使用為主要標志,以石油開發(fā)和新第三次工業(yè)革命（20世紀40年代起） 以核能、電子計算機、空間技術(shù)和

5、生物工程的發(fā)明和使用為主要標志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場信息控制技術(shù)革命。 是迄今為止人類歷史上規(guī)模最大、影響最為深遠的一次科技革命第三次工業(yè)革命（20世紀40年代起） 以核能、 材料的地位和作用發(fā)電機1820年蒸氣機1763年計算機1946年第一次工業(yè)革命 制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機的發(fā)明和應用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)第二次工業(yè)革命 合金鋼、鋁合金及其他非金屬材料的發(fā)展是此次工業(yè)革命的支撐第三次工業(yè)革命 航空材料不斷進步；塑料、合成橡膠、合成纖維的相繼問世；單晶硅材料對電子技術(shù)的發(fā)明和應用起到了核心的作用 材料的地位和作用發(fā)1820年蒸1763年計

6、算機1946年 材料的地位和作用 縱觀人類利用材料的歷史，每一種重要新材料的發(fā)現(xiàn)和應用，都把人類支配自然的能力提高到一個新的水平。材料科學技術(shù)的每一次重大突破都會引起生產(chǎn)技術(shù)的重大變革，甚至引起一次世界性的技術(shù)革命，大大地加速社會發(fā)展的進程，給社會生產(chǎn)力和人類生活帶來巨大變革，把人類物質(zhì)文明推向前進。 材料的地位和作用 縱觀人類利用材料的歷史，每一種重 材料的地位和作用圖 例所用材料特 點 世界杯 足球賽 指定用球用32片復合泡沫材料縫制而成反彈力大，球速快而穩(wěn)定，耐磨。 大屏幕 液晶投 影電視面板用晶體硅制成。 對比度和清晰度高， 顯示速度快，體積小。DVD錄像機用DVDRW盤片存儲節(jié)目體積

7、小，重量輕。仿真手臂用高強度碳纖維復合材料作手臂骨骼，陶瓷作感知元件碳纖維復合材料強度高，重量輕，可旋轉(zhuǎn)的腕和手指以及微電機等安裝在它上面。 材料的地位和作用圖 例所用材料特 點 材料的地位和作用 材料的地位和作用 材料的地位和作用種 類使用的主要材料存儲容量特 點 軟盤氧化鐵磁性材料 1.44 Mb容量小，主要是文本文件的存儲。 CDRW多元合金和以ZnS等為主的陶瓷材料 650 Mb驅(qū)動器兼容CD光盤，光盤價低，用量高速增長。 MO (磁光盤)TbFeCo合金磁光材料 650Mb 1.3G需用專用驅(qū)動器，價格高，局限在廣告、圖形用戶。 VDRW多元合金和以ZnS等為主的陶瓷材料單面單層為4

8、.7 Gb驅(qū)動器兼容CDRW和CD光盤集成芯片1G、16G、32G小巧便于攜帶、存儲容量大、價格便宜、性能可靠。幾種可反復讀寫的移動存儲器的比較U盤 材料的地位和作用種 類使用的存儲特 點 軟盤氧化 材料的地位和作用實 例材 料強度范圍 MPa比強度MPa/ 壓氣機 葉片鋁合鈦合金 壓氣機 機匣鈦合金350110080245 飛機 尾翼碳纖維復合材料10001200（順纖維方向） 625750 硼纖維 鋁合金 板和管硼纖維增強鋁合金1500（順纖維方向）570幾種航空材料的比強度 材料的地位和作用實 例材 料強度范圍 MPa比強度 材料的地位和作用不同時期航空發(fā)動機的

9、工作溫度 材料的地位和作用不同時期航空發(fā)動機的工作溫度 在美國卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機。它是人類高技術(shù)的結(jié)晶。它應用了成千上萬種材料，特別是一些高技術(shù)的新型材料 材料的地位和作用 在美國卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機。它是人一、材料科學與材料工程的關(guān)系 材料科學與工程的形成和發(fā)展一、材料科學與材料工程的關(guān)系 材料科學與工程的形成和發(fā)展 材料科學與工程的形成和發(fā)展二、材料科學與工程的興起 材料科學與工程的形成和發(fā)展二、材料科學與工程的興起需求牽引利用新材料和材料改進飛機汽車減輕自重節(jié)約能源保護環(huán)境汽車用高強鋼，可減重24%，強度增加34%需求牽引利用新材料和材料改進飛機節(jié)約能源

10、汽車用高強鋼，可減重需求牽引需求牽引需求牽引長征火箭殼體： 鋁合金744Kg；碳纖維401Kg；兩者相比: 碳纖維減重343Kg；射程增加1476Km各種材料在波音787飛機上的應用需求牽引長征火箭殼體：各種材料在波音787飛機上的應用 材料科學與工程的形成和發(fā)展四、材料科學與工程的組成要素合成/制備結(jié)構(gòu)/成分性質(zhì)（性能）使用性能（效能） 材料科學與工程的形成和發(fā)展四、材料科學與工程的組成要素合成 材料的發(fā)展趨勢“9.11”事件與材料紐約世貿(mào)大廈1973年竣工，110層、411m主體鋼架結(jié)構(gòu)(用鋼7.8萬噸)墻面由鋁板和玻璃磚組成塔樓坍塌原因:高溫下材料強度迅速降低9.11之后大樓怎么建材結(jié)實

11、？采用高強、輕質(zhì)材料如何對付有毒煙霧？用環(huán)保防火材料如何有利逃生？用自發(fā)光材料蓄光型自發(fā)光夜光粉 材料的發(fā)展趨勢“9.11”事件與材料紐約世貿(mào)大廈塔樓坍塌原可以連續(xù)12年自發(fā)光的材料自發(fā)光樓梯扶手 材料的發(fā)展趨勢自已會發(fā)亮的燈可以連續(xù)12年自發(fā)光的材料自發(fā)光樓梯扶手 材料的發(fā)展趨勢自已 材料的發(fā)展趨勢現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器與材料之一B-2隱形戰(zhàn)略轟炸機隱身性能源于： 特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計 隱身材料的充分利用B-2使用的主要材料： 主梁和發(fā)動機艙輕金屬、復合材料 其他部分碳纖維和石墨纖維的復合材料機翼前緣包覆吸波材料整個機體噴涂吸波油漆（XKuP-4）吸波材料 材料的發(fā)展趨勢現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器與材料之一B-2隱形戰(zhàn)略

12、轟炸機隱 材料的發(fā)展趨勢現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器與材料之二航天飛機美國“戰(zhàn)斧”式巡航導彈 燒蝕防熱材料為航天器提供隔熱屏障神州飛船 材料的發(fā)展趨勢現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器與材料之二航天飛機美國“戰(zhàn)斧”式99式坦克具備優(yōu)異的防彈外型，其炮塔和車體均采用復合裝甲，抗彈能力成倍提高99式坦克 材料的發(fā)展趨勢現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器與材料之三裝甲材料的變遷：厚鋼板合金鋼復合裝甲英國“挑戰(zhàn)者”坦克戰(zhàn)車全重62.54噸，最大速度56千米時，車體和炮塔采用“ 喬巴姆”復合裝甲英國“挑戰(zhàn)者”坦克99式坦克具備優(yōu)異的防彈外型，其炮塔和車體均采用復合裝甲復合裝甲的在對抗碎甲彈、破甲彈、穿甲彈時，其防護力較傳統(tǒng)鋼裝甲有了顯著的提高復合裝甲的在對抗碎甲彈、破甲彈、穿甲彈時，其防護力較傳統(tǒng)鋼裝 材料的發(fā)展趨勢金屬、陶瓷、聚合物和復合材料將平分秋色新材料技術(shù)出現(xiàn)群體性突破納米技術(shù)是前沿技術(shù)中最具前瞻性和帶動性的領(lǐng)域之一光電子材料、光子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的電子信息材料新型功能材料（超導材料、智能材料、生物醫(yī)用材