工程材料导论--课件

*,*,单击此处编辑母版标题样式,ppt课件,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,工程材料导论（,I,）讲义,1,ppt课件,参考书,金属材料学,戴起勋主编，化学工业出版社,工程材料学,王晓敏主编，机械工业出版社,2,ppt课件,前言,本课的内容、目的,学习本课程的意义及重点,3,ppt课件,本课的内容、目的,材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。材料和能源、信息被称为人类社会的“三大支柱”。,第一次工业革命（,18,世纪）：制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。,第二次工业革命（,20,世纪中页以来）：单晶硅材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。,4,ppt课件,本课的内容、目的,核心课程,专业知识结构中占很重要位,置，是学生走上工作岗位使用知识最多最直,接的课程,课程具有,综合性、应用性和,经验性,的特点。,5,ppt课件,本课的内容、目的,综合性,是内容涉及知识面比较广，涉及所有以前学过的专业知识；,应用性,是指课程的内容是生产或科研中正在广泛使用的材料和技术；,经验性,是指某些内容是长期的经验总结，在实际应用中可变性还比较大。,6,ppt课件,本课的内容、目的,目的是培养学生合理选材用材、,开发新型材料的能力。,7,ppt课件,材 料 学 科,金属材料,与热处理,钢铁冶金,有色金属冶金,冶金物理化学,金属压力加工,无机非金属材料,硅酸,盐工程,高分子材料,与工程,粉末冶金,复合材料,腐蚀与防护,材料科学与工程,复合材料,铸造,焊接,8,ppt课件,材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。材料和能源、信息被称为人类社会的“三大支柱”。第一次工业革命（,18,世纪）：制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。第二次工业革命（,20,世纪中页以来）：单晶硅材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。,9,ppt课件,研究材料组分、结构、性能相互关系和变化规律的科学，是一门基础应用学科。,使用性能,成分与结构,性质,制备与加工,MSE,四要素,使用性能,材料的性质,结构与成分,合成与加工,材料的切削：车、铣、刨、磨、切、钻,材料的成型：铸造、拉、拔、挤、压锻,材料的改性：合金化、热处理,材料的联接：焊接、粘接,10,ppt课件,材料的分类,凡与工程相关的材料均可称为工程材料。按性能可分为结构材料和功能材料；按化学方法分为金属材料，陶瓷材料，高分子材料和复合材料。,11,ppt课件,金属元素在周期表中的位置和金属的分类,轻金属,贵金属,低熔金属,黑色金属,稀有金属,重金属,12,ppt课件,钢铁是怎样炼成的？,金属会得哪些病？氢病、中毒、冷脆、疲劳、磨损、腐蚀、断裂等,一颗螺丝钉使泰塔尼克号沉没。,能给人体治病的金属,Ti,空间金属,Ti,绿色环保金属,Mg,会飞的金属,Al,中国能造宇宙飞船而造不了航空飞机。,中国为何不能造航空母舰。,13,ppt课件,金 属 之 最,密度最大的金属,锇,(,22.48,克,/,立方厘米,1,立方米的锇 就有,22.48,吨重,),地壳中含量最高的金属元素,铝,目前世界年产量最高的金属,铁,导电、导热性最好的金属,银,人体中含量最高的金属元素,钙,硬度最高的金属,铬,熔点最高的金属,钨,(,3380),熔点最低的金属,汞,（,-38.87,),密度最小的金属,锂,(,0.534,克,/,厘米,3,),14,ppt课件,新材料：相对于传统的材料而言。经过新工艺新技术制造的整合原有材料的功能的材料。,新材料：对高科技和新技术的发展具有非常关键的作用；是发展高科技的物质基础；是国家在科技领域处于领先地位的标志之一。,15,ppt课件,钢铁材料,:,钢的合金化原理，工程结构钢，机器零件用钢，工模具钢，不锈钢，耐热钢，铸铁。,有色金属合金,:,铝合金，铜合金，钛合金，其他有色金属合金。,新型金属材料,:,金属功能材料，金属间化合物结构材料，金属基复合材料。,16,ppt课件,灰铁发动机,飞轮,球铁管道接口,铝合金轮毂,镁合金外壳,铜合金轴承部件,钛合金人造骨和心脏支架,铁,铜,铝,镁,钛,17,ppt课件,绪论,金属材料的过去、现在和将来,0.1,金属材料发展简史,0.2,现代金属材料,0.3,金属材料的可持续发展与趋势,18,ppt课件,石器时代,高分子时代,陶器时代,青铜时代,铁器时代,陶瓷时代,复合材料时代,0,1,金属材料发展简史,冶金史也就是金属材料史，几乎与人类文明史并进。,19,ppt课件,0,1,金属材料发展简史,0.1.1,第一阶段,原始钢铁生产,0.1.2,第二阶段,金属材料学科的基础,0.1.3,第三阶段,微观理论大发展,0.1.4,第四阶段,微观理论的深入研究,20,ppt课件,古希腊大约在公元前,3000,年以前，埃及是公元前,2500,年前，中国是夏,代（公元前,2000,年左右），,编钟就是当时辉煌成就之一；公元前金铜存在锻打、热加工。,欧洲是公元前,1800,年前后进入青铜器时代。这是人类大量利用金属的,开始，是人类文明发展的重要里程碑。,0.1.1,第一阶段,原始钢铁生产,21,ppt课件,世界上最早使用铁是小亚细亚的赫梯人在公元前,1400,年左右。,古希腊和古罗马开始普遍使用在公元前,1000,年。,中国最早在春秋战国晋国（大致公元前,700,年）。,铁器的广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域，生产力得到极大的提高。,铁器的使用，导致了世界上一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动了一些民族脱离了奴隶制的枷锁而进入了封建社会。,东汉时期出现锻打,原始形变热处理，,“,浴以五牲之溺，淬以五牲之脂,”,水淬和油淬,22,ppt课件,金,金之所以那么早就被人们发现，主要是由于在大自然中金矿就是纯金,(,也有极少数是碲化金,),，再加上金子金光灿烂，很容易被人们找到。在古代，欧洲的炼丹家们用太阳来表示金，因为金子象太阳一样，闪耀着金色的光辉。在我国古代，则用黄金、白银、赤铜、青铅、黑铁这样的名字，鲜明地区别各种金属在外观上的不同。,不过，虽然说金的自然状态大都是游离状的纯金，但自然界中的纯金却很少是真正纯净的，它们大都含金达,99,以上，但总含有少量银，另外还含有微量的钯、铂、汞、铜、铅等。,23,ppt课件,铜,炼铜的原料是铜矿石。铜矿石可分为三类：,（,1,）硫化矿，如黄铜矿,(CuFeS,2,),、斑铜矿,(Cu,5,FeS,4,),和辉铜矿,(Cu,2,S),等。（,2,）氧化矿，如赤铜矿,(Cu,2,O),、孔雀石,CuCO,3,Cu(OH),2,、蓝铜矿,2CuCO,3,Cu(OH),2,、硅孔雀石,(CuSiO,3,2H,2,O),等。（,3,）自然铜。,a.,火法炼铜：通过熔融冶炼和电解精炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。,b.,湿法炼铜：一般适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。,24,ppt课件,铁,炼铁,过程实质上是将,铁,从其自然形态,矿石等含铁化合物中还原出来的过程。炼铁方法主要有,高炉,法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质,CO,、,H,2,、,C,；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的,生铁,。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为,炼钢,原料。高炉冶炼用的原料主要由,铁矿石,、燃料（,焦炭,）和熔剂（石灰石）三部分组成。,25,ppt课件,1825,年，丹麦的,奥斯特,分离出少量的纯铝。,1827,年，德国化学家,维勒,用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。又过了,27,年，法国化学家德维尔用金属钠与无水氯化铝一起加热而获得闪耀金属光泽的小铝球。,1884,年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做,查尔斯,马丁,霍尔,的青年学生发明了电解铝技术。,电解铝工艺：采用冰晶石,氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝是溶质被溶解，以碳素作为阳极（预焙阳极块），铝液作为阴极，通入直流电流后，在,940,970,下，电解槽两极上进行电化学反应，即电解。,铝,26,ppt课件,镁,原镁的冶炼方法主要分为两种：一是硅热还原法,;,二是电解法。,目前国内的原镁厂家大都采用硅热还原法中的皮江法，皮江法生产金属镁是以煅烧白云石或菱镁矿石为原料、硅铁为还原剂、萤石为催化剂，进行计量配料。,粉磨后压制成球，称为球团。将球团装入还原罐中，加热到,1200,，内部抽真空至,13.3Pa,或更高，则产生镁蒸气。镁蒸气在还原罐前端的冷凝器中形成结晶镁，亦称粗镁。再经加熔剂精炼，产出商品镁锭，即精镁。,27,ppt课件,钛,钛在,1791,年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在,1910,年，中间经历了一百余年。原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。,工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。工业上制金属钛采用金属热还原法还原成四氯化钛。然后用熔融的镁在氩气中还原,TiCl,4,可得多孔的海绵钛，这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼，最后制成各种钛材。,28,ppt课件,锌,现代炼锌方法分为火法炼锌与湿法炼锌两大类，以湿法冶炼为主，约占世界锌总产量的,80%,。,火法炼锌包括焙烧、还原蒸馏和精炼三个主要过程，主要有平罐炼锌、竖罐炼锌、密闭鼓风炉炼锌及电热法炼锌。,湿法炼锌包括传统的湿法炼锌和全湿法炼锌两类。传统的湿法炼锌实际上是火法与湿法的联合流程。,全湿法炼锌是在硫化锌精矿直接加压浸出的技术基础上形成的，该工艺省去了传统湿法炼锌工艺中的焙烧和制酸工序。,29,ppt课件,长沙战国凹形铁锄 湖北当阳宋代铁塔 沧州铁狮,高分子时代,20,世纪初，人工合成高分子材料问世，如,1909,年的酚醛树脂（胶木），,1925,年的聚苯乙烯，以及,1941,年的尼龙等，并发展十分迅速。如今，世界年产量已超过钢,陶瓷时代,20,世纪,50,年代后，通过一些特殊制备方法，制造出一系列先进陶瓷，由于其资源丰富、比重小、耐高温、耐磨等优点，很有发展前途，用途在不断扩展。,复合材料时代,最具有发展前途的是复合材料，因为这类材料具有每种单质材料所不具备的性能。,30,ppt课件,材 料 的 分 类,材料的组成：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料,.,材料的特性和用途：结构材料、功能材料,结构材料：利用力学性能,承受载荷,功能材料：利用特殊的物理性能（电、热、磁等）,材料尺寸：一维、二维、三维,材料内部原子排布：晶态与非晶态,材料热力学状态：稳态与亚稳态,31,ppt课件,0.1.2,第二阶段,金属材料学科的基础,1788,年铁桥,1818,年铁船,1825,年铁路,1830,年,32,中晶体类型,1839,年,Miller,指数,1861,年钢的临界转变温度,1864,年金相照片,1888,年渗碳体,1891,年点阵理论,1900,年相律、固溶体、平衡相图,32,ppt课件,0.1.3,第三阶段,微观理论大发展,1900,1940,年,Tammann,建立相图，,Von laue,发,现,X,射线，,Bragg,证实,、,、,相的存在，,Wever,发现扩大缩小奥氏体区元素，,Laves,发现金,属间化合物。,Strauss,发现了不锈钢，,Brinell,布氏,硬度计，,Griffith,断裂理论等。,Austenite,Bainite,Sorbite,Martensite,Troostite,Ledeburite,英,美,英,德,法,德,33,ppt课件,0.1.4,第四阶段,微观理论的深入研究,1938,年发明电子显微镜，提出,TTT,曲线、扩散、位错滑移、第二相沉淀析出理论，,Cottrell,气团。,发明了,TEM,、,SEM,、,STM,（扫描隧道显微镜）、,AFM,（原子力显微镜）、,EPMA,等。,34,ppt课件,绪论,金属材料的过去、现在和将来,0.1,金属材料发展简史,0.2,现代金属材料,0.3,