《工程材料 绪论》PPT课件

绪 论一 、 材 料 与 材 料 技 术二 、 材 料 的 分 类 与 概 况三 、 材 料 科 学 与 机 械 工 程四 、 本 课 程 的 目 的 、 内 容 与 学 习 要 求 师 昌 绪 ： 材 料 是 人 类 用 于 制 造 物 品 、 器 件 、 构 件 、 机 器 或 其 他产 品 的 那 些 物 质 。 材 料 是 物 质 ， 但 不 是 所 有 物 质 都 可 以 称 作 材料 。朱 光 亚 ： 材 料 技 术 已 成 为 不 同 工 程 领 域 具 有 共 性 的 关 键 技 术 。一 、 材 料 与 材 料 技 术张 立 同 ： 耐 高 温 长 寿 命 抗 氧 化 陶 瓷 基 复 合 材 料 应 用 技 术 （ “ 摔不 碎 的 陶 瓷 ” ， 2004年 度 国 家 技 术 发 明 一 等 奖 ） （ 视 频12345） 。黄 伯 云 ： 高 性 能 碳 碳 航 空 制 动 材 料 制 备 技 术 （ 2004年 度 国家 技 术 发 明 一 等 奖 ） （ 视 频 1234567） 。 一 、 材 料 与 材 料 技 术 例 1： 泰 坦 尼 克 号 事 件 （ 泰 坦 尼 克 号 遇 难 有 新 说 ） 造 船 厂 使 用 劣 质 材 料 酿 成 震 惊 世 界 惨 祸 劣质铆钉！ 例 2： 9.11 世 贸 大 厦 是 豆 腐 渣 工 程 （ 阻 燃 材 料 、 环 保 材 料 、 钢 结 构 ） 造 价 11亿 美 元 用 钢 7.8万 吨 110层 411米 历 时 7年 竣 工 企 业 1200家 5万 人 上 班 游 客 15万 人 3000多 人 丧 生 ！ ！ ！ 世 贸 大 厦 倒 塌一 、 材 料 与 材 料 技 术 一 是 用 阻 燃 材 料 ； 二 是 用 绿 色 环 保 材 料 。高 温钢 梁 钢 柱 严 重 软化 强 度 急 剧 降 低倒 塌 建 筑 材 料 燃 烧释 放 大 量 有 毒 烟 雾导 致 人 窒 息 死 亡解 决 办 法 ： 45钢 室 温 600 b1/2Al合 金 室 温 400 b 1/10 一 、 材 料 与 材 料 技 术 88层 425m 共 消 耗 钢 管 桩 1.8万 吨 主 楼 钢 管 桩 430根 (壁 厚 20mm) 914mm 83.5m 裙 楼 钢 管 桩 632根 (壁 厚 20mm) 609mm 47m 例 3： 上 海 金 茂 大 厦 一 、 材 料 与 材 料 技 术 机 翼 后 中 段 ： Ti合 金 机 翼 中 段 ： Al、 Ti及 复 合 材 料 机 身 ： 主 梁 、 发 动 机 舱 用 轻 金 属 、 复 合 材 料 ， 其 余 用 碳 纤 维 、 石 墨 纤 维 等 复 合 材 料 ， 不 易 反 射 雷 达 波 。 机 翼 前 缘 ： 全 部 包 覆 吸 波 材 料 。 机 体 ： 喷 涂 吸 波 油 漆 。 例 4： 美 国 B-2A型 战 机 （ 伊 拉 克 ） 每 架 20亿 美 元一 、 材 料 与 材 料 技 术 例 5： 未 来 的 航 天 飞 机 （ 复 合 材 料 ） 主 结 构 用 合 成 材 料 。 航 天飞 机 返 回 地 球 时 ， 机 身 温 度 超过 1000 ， 以 前 的 航 天 飞 机 外表 面 使 用 碳 陶 瓷 片 ， 在 二 次 飞行 期 间 许 多 碳 陶 瓷 片 需 更 换 ，很 麻 烦 。 新 的 航 天 飞 机 外 壳 用 Ni-Cr-Fe合 金 制 造 ， 外 层 隔 热 板由 一 层 TiAl合 金 与 一 层 绝 热 材料 组 成 。 一 、 材 料 与 材 料 技 术 例 6： 磁 悬 浮 列 车 （ 超 导 材 料 ） 一 、 材 料 与 材 料 技 术 超 导 磁 悬 浮 列 车 如 何 悬 浮 ？ 在 每 节 车 厢 的 底 部 安 装 了 超 导 磁 体 ， 路 面上 埋 许 多 闭 合 Al环 。 在 超 导 磁 体 的 线 圈 中 通 入 电 流 产 生 很 强 的 磁 场 。 列 车开 动 后 ， 超 导 磁 体 相 对 于 Al环 运 动 ， 在 Al环 里 感 应 出 强 电 流 ， 并 相 应 形 成强 磁 场 。 超 导 体 的 完 全 抗 磁 性 使 车 上 的 超 导 磁 体 受 到 地 面 Al环 的 向 上 托力 ， 车 速 愈 快 ， 托 力 愈 大 。 当 超 导 体 处 于 一 块 永 久 磁 Fe的 上 方 时 ， 超 导 体 与 磁 铁 之 间 产 生 排 斥力 ， 超 导 体 就 会 悬 浮 在 磁 Fe上 方 。 当 车 速 150km/h， 托 力 大 于 列 车 自 重 ， 列 车 浮 起 。 当 列 车 停 下 时 ，Al环 中 无 感 应 电 流 ， 不 能 产 生 磁 场 ， 因 此 在 开 车 启 动 和 减 速 停 车 时 有 一 段时 间 仍 需 用 车 轮 在 轨 道 上 运 行 。 上 海 的 磁 悬 浮 线 路 2002年 建 成 ， 2003年 正 式 商 业 运 营 。 例 6： 磁 悬 浮 列 车 （ 超 导 材 料 ） 一 、 材 料 与 材 料 技 术 专 辑 ： 北 京 奥 运 会 的 新 材 料 （ 1） 专 辑 ： 北 京 奥 运 会 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. 较 好 延 展 性 ： 拉 到 本 身 的 3 4 倍 长 都 不 断 裂 ； 2. 抗 压 性 ： 充 气 后 ， 每 块 膜 都 能 承 受 1辆 汽 车 的 重 量 ， 可 抵 御 暴 雨 、 冰 雹 、 沙 尘 暴 ； 3. 耐 火 性 ： 燃 点 715 ， 燃 烧 后 无 扩 散 、 无 烟 ， 无 燃 烧 物 ； 4. 自 洁 性 ： ETFE膜 摩 擦 系 数 很 小 ， 尘 土 不 容 易 粘 在 上 面 ， 自 己 能 雨 水 洗 脸 。 国际地理频道纪录片 1 2 3 专 辑 ： 北 京 奥 运 会 的 新 材 料 （ 2）李 娜 纳 米 网 球 拍 200克 ，由 碳 纤 维 、 塑 料 、 钛 组 成 。 专 辑 ： 北 京 奥 运 会 的 新 材 料 （ 3） 冰 背 心 德 国 研制 ， 夹 层 里 密 布 细 小 的水 管 ， 水 管 中 流 淌 着17 的 降 温 液 ， 可 抵 御高 温 、 保 持 体 能 。 背 心外 层 隔 温 性 非 常 好 ， 可有 效 阻 断 外 部 热 量 ， 降温 效 果 持 久 。 专 辑 ： 北 京 奥 运 会 的 新 材 料 （ 4） 以 特 氟 纶 纤 维 制 成 的 鲨 鱼 皮泳 衣 ， 表 面 模 仿 了 鲨 鱼 表 皮 成排 的 脊 柱 形 小 突 起 ， 能 减 少 4的 阻 力 ， 减 少 5 的 氧 气 消 耗 ，成 绩 提 高 2 。 英 国 “ 速 比 涛 ” (Speedo)公司 的 第 四 代 鲨 鱼 皮 LZR Racer，售 价 7000元 人 民 币 ， 寿 命 只 有 6次 。 专 辑 ： 北 京 奥 运 会 的 新 材 料 （ 5） 撑高跳女皇 伊辛巴耶娃竹 竿金 属 杆碳 纤 维 复 合 材 料玻 璃 纤 维 专 辑 ： 北 京 奥 运 会 的 新 材 料 （ 6） 杭 州 产 “ H F-5型 碳 纤 维 复合 材 料 四 人 新 型 赛 艇 ” 采 用 单 向碳 纤 维 制 造 ， 重 量 轻 、 强 度 高 、刚 性 好 ， 不 仅 提 高 了 赛 艇 的 安 全性 ， 也 提 高 了 划 船 效 率 。 帮 助 中国 四 朵 金 花 一 举 拿 下 赛 艇 女 子 四人 双 桨 的 金 牌 。 专 辑 ： 温 哥 华 冬 奥 会 的 新 材 料 （ 1） 电 子 垃 圾 铸 奖 牌 专 辑 ： 温 哥 华 冬 奥 会 的 新 材 料 （ 1） 电 子 垃 圾 铸 奖 牌 奖 牌 直 径 100mm， 厚6mm， 重 量 500576克 。 每块 金 牌 中 有 1.5%左 右 的 成分 来 自 于 从 电 子 垃 圾 碎 片 中提 取 的 金 属 。 科 学 美 国 人 网 站 报 道 ：将 计 算 机 、 监 控 器 、 打 印 机 和玻 璃 制 品 等 粉 碎 ， 随 后 分 离 出钢 、 铝 、 铜 、 玻 璃 和 其 他 有 用物 质 ， 并 将 余 下 的 碎 片 倒 入1200 高 温 的 熔 炉 中 ， 以 获 取那 些 不 能 通 过 简 单 粉 碎 提 炼 出的 金 属 材 料 。 专 辑 ： 温 哥 华 冬 奥 会 的 新 材 料 （ 1） 电 子 垃 圾 铸 奖 牌 速 滑 竞 赛 服 就 在 大 腿 处使 用 了 比 普 通 纤 维 弹 性 强 数十 倍 的 橡 胶 材 料 ， 可 最 大 程度 地 减 少 体 力 消 耗 ； 右 胯 部以 内 附 着 的 是 “ 3M”合 成 纤维 ， 可 有 效 减 小 摩 擦 力 。 为 减 少 空 气 阻 力 ， 韩 国代 表 团 在 比 赛 服 的 双 手 及 双腿 处 使 用 了 蜂 窝 样 式 的 聚 氨酯 材 料 。 专 辑 ： 温 哥 华 冬 奥 会 的 新 材 料 （ 2） 聚氨酯速滑服 材 料 、 能 源 和 信 息 并 列 成 为 现 代 科 学 和现 代 文 明 的 三 大 支 柱 ， 材 料 又 是 最 重 要 的基 础 。 材 料 : 人 类 生 活 与 社 会 发 展 的 主 要 物 质基 础 ， 其 品 种 、 数 量 和 质 量 是 人 类 文 明 和 社会 进 步 的 标 志 。一 、 材 料 与 材 料 技 术 人 类 使 用 材 料 的 七 个 时 代公 元 前 10万 年 石 器 时 代公 元 前 3000年 青 铜 器 时 代公 元 前 1000年 铁 器 时 代公 元 0年 水 泥 时 代1950年 硅 时 代 (信 息 时 代 )1990年 新 材 料 时 代一 、 材 料 与 材 料 技 术 一 、 材 料 与 材 料 技 术 湖 北 江 陵 楚 墓 出 土 越 王 勾 践 宝 剑一 、 材 料 与 材 料 技 术 二 、 材 料 的 分 类 与 概 况按 材 料 的 性 能 特 点 分 ： 1. 结 构 材 料 2. 功 能 材 料 二 、 材 料 的 分 类 与 概 况按 材 料 的 化 学 属 性 分 :1. 金 属 材 料 黑 色 金 属 ： 铁 及 铁 基 合 金 材 料有 色 金 属 ： 轻 金 属 、 重 金 属 、 贵 金 属 、 稀 有 金 属2. 高 分 子 材 料 ： 塑 料 、 橡 胶 、 合 成 纤 维 和 胶 粘 剂3. 陶 瓷 材 料 ： 传 统 陶 瓷 、 特 种 陶 瓷 和 金 属 陶 瓷4. 复 合 材 料 ： 树 脂 基 复 合 材 料 、 金 属 基 复 合 材 料 和 陶 瓷 基 复 合 材 料 例 1 底 特 律 活 塞 队例 2 曼 联 队例 3 浦 项 制 铁 队农 业 文 明 ： 牛 、 马 、 羊 、 土 地 （ 农 业 经 济 ）工 业 文 明 ： 钢 、 铁 （ 工 业 经 济 ）现 代 文 明 ： 纳 米 等 新 材 料 （ 知 识 经 济 ） 汽 车 中 各 种 材 料 的 大 致 比 例铝 合 金 5%10%塑 料 10%20% 铁 合 金 60%75%其 它 汽 车 中 的 轻 合 金汽 车 每 减 重 1kg， 1L汽 油 可 多 跑 0.1km。 车 身 用 Al合 金 ， 每 车 用 1kgAl， 汽 车 2.25kg。 泡 沫 Al制 汽 车 零 件 ， 只 有 钢 重 的 1/2， 刚 度 却 是 钢 的10倍 ； 绝 热 性 能 比 Al高 95 ， 对 800H z的 噪 声 有 很 强 的 消声 能 力 。 汽 车 若 能 用 70kgMg， CO2减 排 30 。 用 于 壳 体 可 以 降 低噪 声 ， 用 于 座 椅 、 轮 圈 可 以 减 振 。 汽 车 中 的 塑 料汽 车 减 重 10 ， 油 耗 降 低 6 8 。 塑 料 在 轿 车 上 占 车 身 重 10 30 汽 车 中 用 聚 丙 烯 100kg可 替 代 200 300kg其 它 材 料 ， 相应 地 在 15万 km的 平 均 寿 命 里 可 减 少 燃 料 消 耗 750L。 与 钢 材 相 比 ， 聚 丙 烯 保 险 杠 轻 10.2kg， 发 动 机 罩 轻 2.2kg，燃 料 箱 轻 5kg， 宝 马 M3塑 料 翼 子 板 减 重 1.5kg。 福 特 汽 车 中 使 用 的 材 料 汽车发动机和传动系示意图 飞 机 所 用 材 料 比 例 变 化波 音 767 亚 音 速 飞 机 1985 1995铝 合 金 81% 钢 14%钛 合 金 2%复 合 材 料 3% 复 合 材料 65% 钢 14%铝 合 金 11%其 它 10飞 机 发 动 机 1kg飞 机 4kg飞 行 上 限 10m航 天 飞 行 器 1kg运 载 火 箭 500kg 飞 机 用 材 料 导 弹 壳 体 用 材 料 三 、 材 料 科 学 与 机 械 工 程材 料 科 学 与 工 程 的 四 要 素 使 用 性 能制 备 合 成 /加 工 工 艺 成 分 /组 织 结 构 材 料 固 有 性 能 合 理 的 材 料优 良 的 设 计合 适 的 加 工 优 质 、 适 用 的 机 械 产 品 四 、 本 课 程 的 目 的 、 内 容 与 学 习 要 求 一 个 关 系 ： 成 分 组 织 结 构 性 能 两 张 图 ： Fe - Fe3C相 图 （ 成 分 、 组 织 ） C曲 线 （ 制 备 、 加 工 ） 三 种 材 料 ： 钢 、 铸 铁 、 有 色 金 属四 种 热 处 理 ： 退 火 、 正 火 、 淬 火 、 回 火进 一 步 延 伸 为 ： 三 个 方 面 ： 原 理 、 工 艺 、 应 用 四 种 材 料 ： 金 属 材 料 、 高 分 子 材 料 、 陶 瓷 材 料 、 复 合 材 料 教 材 机 械 工 程 材 料 （ 第 二 版 ） ， 王 章 忠 主 编 ， 机 械 工 业 出 版 社 实 验 指 导 书 工 程 材 料 习 题 与 辅 导 （ 第 三 版 ） ， 朱 张 校 主 编 ， 清 华 大 学 出 版 社 参 考 书 工 程 材 料 （ 第 三 版 ） ， 郑 明 新 主 编 ， 清 华 大 学 出 版 社 授 课 教 师 乔 斌 13016900182， jixie 尚 峰 13851297415， 实 验 教 师 实 验 地 点 工 训 中 心 S416， 金 相 分 析 室 、 热 处 理 实 验 室 工 程 材 料 校 精 品 课 程 网 站 网 址 教 师 用 参 考 书 （ 1） 热 处 理 工 ， 邵 红 红 主 编 ， 化 学 工 业 出 版 社（ 2） 工 程 材 料 及 应 用 ， 汪 传 生 、 刘 春 廷 主 编 ， 2008.2， 西 安 电 子 科 技 大 学 出 版 社（ 3） 烧 结 金 属 含 油 轴 承 ， 韩 凤 麟 、 贾 成 厂 编 著 ， 2004.6， 化 学 工 业 出 版 社（ 4） 信 息 材 料 概 论 ， 林 健 编 著 ， 2007.7， 化 学 工 业 出 版 社（ 5） 铜 合 金 及 其 加 工 技 术 ， 王 碧 文 、 王 涛 、 王 祝 堂 编 著 ， 2007.1， 化 学 工 业 出 版 社（ 6） 材 料 科 技 导 论 ， 耿 保 友 主 编 ， 2007.7， 浙 江 大 学 出 版 社（ 7） 金 属 加 工 （ 期 刊 ） ， 2008-2009