00 绪论-(《工程材料》机械专业)
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1909年的酚醛树脂； 1920年的聚苯乙烯； 1931年的聚氯乙烯； 1941年的尼龙；
目前世界三大 有机合成材料 ( 树脂、
纤维和橡胶)年产量逾亿吨；
绪论——材料的发展历史
20 世纪中叶，出现了各种类型的
先进陶瓷，成为近几十年来材料 中非常活跃的研究领域，有人甚 至认为“新陶器时代”即将到来；
先进结构材料的研究与开发是永恒的主题。
开发高性能结构材料：高比强度、耐高温、耐腐蚀、耐
磨损→降低机械重量、提高性能、延长使用寿命的关键 。复合材料→结构材料，广泛应用，如铝基复合材料。 开发各种系列用途的低温奥氏体钢。
改造传统结构材料：重要途径是组织更细更均匀，材料
更纯洁 →关键是工艺。“新一代钢铁材料” 强度相当
金属材料 在整个 20 世纪占据
了结构材料的主导地位；
绪论——材料的发展历史
新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等 大型钢铁基地。钢产量由 49 年的 15.8 万吨上升到现 在的数亿吨。
鞍钢
攀钢夜景
绪论——材料的发展历史
随着有机化学的发展，19世纪末西方科学
家仿制中国丝绸发明了人造丝； 20世纪初，人工合成有机高分子材料相继 问世：
先进制备工艺：如金属半固态加工技术，铝镁合金技术
成熟，已应用。
普通自行车 山地车 公路车
区 别 ？
材料的发展使汽车和飞机等性能发生了突变
水陆两用汽车 轻型吊轨磁悬浮列车
世界首辆飞行汽车2009年3月初在美国实现了首飞，降落后 只需按一个按钮就可将机翼折叠，驶上高速公路。
泰坦尼克号快速沉没的原因
未来对材料和技术的要求
绪论——材料科学
“材料科学”的出现
1957年 10月 4日，苏联人造卫星上
天；
美国认为落后的原因之一是先进
材料落后，于是在一些大学相继 成立了十余个材料研究中心；
采用先进的科学理论与实验方法
对材料进行深入的研究，取得重 要成果，从此， “材料科学” 这个名词开性之二：与实际使用结合非
常密切的科学——发展材料科学
的目的在于开发新材料，提高材 料的性能和质量，合理使用材料， 同时降低材料成本和减少污染等；
绪论——材料科学
材料科学的三个重要属性
属性之三：一个正在发展中的
科学 —— 不像物理学、化学已经
有一个很成熟的体系，材料科学 将随各有关学科的发展而得到充 实和完善。
绪论——材料的发展历史
复合材料是20世纪后期发展的另
一类材料；
竹子等； 人类很早就制造复合材料，如泥巴中混入 碎麻或麦秆用以建造房屋，钢筋水泥是脆 性材料和韧性材料的复合； 树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷 基复合材料、碳-碳复合材料。
天然材料很多是复合材料，如木材、皮革、
绪论——现代金属材料
于现有钢铁材料两倍。
美“ 9.11 ”事件，暴露建筑用钢结构抗高温软化能 力差→ 开发高强热轧耐火耐候钢。
绪论——现代金属材料
开发其他高性能钢： 利用各种新工艺新方法制造出韧
性和耐磨性都很好的新型工具钢。经济合金化是高速钢的 一个发展方向，工具材料的各种表面处理技术开发，在新 型工具材料的开发上具有重要的意义。
绪论——材料的分类
机械工程材料
是指具有一定性能，在特定条件
下能够具有某种功能、被用来制 作零件和元件的材料。
绪论——材料的分类
黑色金属 ：钢和铸铁
金属材料
有色金属
化 学 组 成
轻金属：密度<5，铝2.7、 镁1.7 重金属：密度>5；钨合金， >16.8 贵金属：金、银，铂族金属
含量少、分布散、 稀有金属： 研究少、相对性 放射性金属： 镭、铀
循环材料产业：适应时代需要，把生态环境意
识贯穿于产品和生产工艺的设计之中，提高材料利
用率、降低生产和使用过程中环境的负担。发展形
成资源—材料—环境良性循环的产业。 合金发展的主流方向是少合金化与通用合金， 形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再 生利用。要研究开发与人民生活密切相关的绿色材
料以及环境友好材料。
绪论——什么是材料？
材料 是人类用于
制造物品、器件、 构件、机器或其它 产品的那些物质。
绪论——材料的发展历史
人类社会进步的里程碑
石器时代；青铜器时代；铁器时代
青铜器
铁器
石器
绪论——材料的发展历史
大约一百万年以前
人类开始用石头做工
具，人类进入旧石器 时代；
绪论——材料的发展历史
大约一万年以前
绪论——材料的发展历史
到商周进入了鼎盛时期；
中国的青铜器在公元前 2700 年已经使用了，
司母戊鼎 青铜车马
绪论——材料的发展历史
湖北隋县编钟
勾践剑 夫 差 矛
绪论——材料的发展历史
公元前13～14世纪前，人类已开始用铁；
3000年前铁工具比青铜工具更为普遍，人
类开始进入了铁器时代；
四、参考书目
►1. 高聿为，邱平善，崔占全.机械工程材料教程．哈尔 滨工程大学出版社，2009.3 2. 崔忠圻，刘北兴．金属学与热处理原理．哈尔滨工业 大学出版社，1998.9 3. 杨瑞成，刘昌明，张 方．机械工程材料．重庆大学 出版社，2000.7 4. 刘天模，徐幸梓．工程材料．机械工业出版社， 2000.9
人类知道对石头进行加
工，使之成为精致的器 皿或工具 ，人类进入新 石器时代；
在此期间，人类开始用皮毛遮身； 8000年前中国开始用蚕丝做衣服； 4500年前印度开始种棉花；
绪论——材料的发展历史
大约8000～9000年前
陶器出现； 在烧制陶器过程中，偶
然发现金属铜和锡，从 而使人类进入青铜器时 代，这是人类较大量利 用金属的开始；
小问题引大灾难.泰坦尼克号撞上冰山后快速沉没,经查明是 因为含有9%矿渣的48根铆钉使泰坦尼克号钢板散架.
绪论——金属材料的可持续发展与趋势
2004年提出了 “循环型社会的材料产业——材料产业 的可持续发展”。
微生物冶金:无废物的生产，已在许多国家进行了工
业性生产。美国利用微生物冶金方法生产的铜占总产量的 10%，日本人工培植海鞘以提取钒。海水是一种液态矿，海 水中含有的合金元素量超过100亿吨。现在已可从海水中提 取镁、铀等元素，全世界生产的镁大约有20%来自海水，美 国靠这种镁已满足着需求量的80%。 我国资源短缺 ；资源浪费严重；污染严重。
思考题
1、为纪念世界第一位宇航员加加林，莫斯科 列宁大街上建造了40英尺高的雕象，雕象材料是
钛合金。为什么用钛合金做? 代表什么意义?
2、金子从古到今都是作为世界上的流通货 币，为什么? 铜是人类最早认识和使用的金属， 为什么?
作业题：
1. 简述材料的发展史；
2. 简述材料的分类；
The End
一、课程特点和要求
课程特点：综合性 、应用性、经验性。
二、学习要求
►合理选用材料，正确确定热处理技术条件。获得有关工 程结构和机器零件常用的机械工程材料的基本理论知识； ►能够根据零件工作条件和失效方式合理选择与使用材料； ►正确制定零件的冷、热加工工艺路线的能力。
三、教学安排
教学： 实践：课堂讨论，综合性实验，思考题； 考试：考试+平时+课堂讨论与实验
绪论——材料科学
“材料科学与工程”的出现
工程是指研究材料在制备过程中的工
艺和工程技术问题；
材料科学与工程 就是研究有关
材料组成、结构、制备工艺流程与材 料性能和用途的关系的知识的生产及 其运用。
绪论——材料科学
四个基本要素！
使用效能 performance
合成与生产过程 synthesis-processing
无机非金属材料：水泥、玻璃、耐火材料、陶瓷 高分子材料：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料 基体材料有金属、塑料、陶瓷等，增强材料 复合材料：
有各种纤维和无机化合物颗粒等
绪论——材料的分类
结构材料：
使 用 性 能 以强度、刚度、塑性、韧性、硬度、疲劳强 度、耐磨性等力学性能为性能指标
功能材料：
以声、光、电、磁、热等物理性能为性能指 标
钛合金 被称为“空间金属”、“未来钢铁”。 钛合金比强度是最高的，在高温和低温下都能
保持高强度，耐蚀性也是无可匹敌的。
钛在地球中含量不少（0.6%）。但是提炼工艺 复杂，成本高，广泛应用受到限制。 钛合金将是二十一世纪为人类作重要贡献的金 属材料之一。
世界上第一个载人宇宙飞船
世界上第一个“太空人”
绪论——什么是材料？
材料是人类生活和从事生产的物质基
础，是衡量人类社会文明程度及生产 力发展水平的标志。
锉刀
手 锤
绪论——什么是材料？
波音客机
“神舟”飞船返回舱
绪论——什么是材料？
20世纪70年代：
材料 能源 信息
现代科学技术发展的
三大支柱
绪论——什么是材料？
20世纪80年代：
以高新技术群为代表的新技术革命——
有色金属:资源面临着不可持续发展的严重问题，
主要是资源破坏严重和利用率很低，浪费惊
人。精深加工技术落后，高档产品缺乏；创新成 果少，高新技术成果产业化程度不高。开发高性 能结构材料及其先进工艺方法是主流，如，铝锂 合金、快速凝固铝合金等。 有色金属功能材料也是发展方向.
环境和能源因素 放在很重要的位置
金属材料
主讲： 李敏 E-mail：zzlimin@ 答疑时间：周五 12:30-13:30 答疑地点：北3307
什么是金属材料？
金属材料的特点？
本课程的主要内容
第一章 材料的性能 第二章 材料的结构 第三章 材料的凝固 第四章 金属的塑性变形与再结晶 第五章 钢的热处理 第七章 金属材料 第十三章 零件的选材与工程材料应用
18世纪发明了蒸汽机，19世纪发明了发电
机，对金属材料提出了更高的要求，同 时对钢铁冶金技术产生了更大的推动作 用；
绪论——材料的发展历史
世界钢产量飞速发展，不同类型的特
殊钢相继问世：
1887年高锰钢； 1900年高速钢； 1903年硅钢； 1910年奥氏体镍铬不锈钢；
铜、铝、镁、钛、稀有金属；
性质 properties 组成与结构 composition-structure
绪论——材料科学
材料科学的三个重要属性
属性之一：多学科交叉 —— 它
是物理学、化学、冶金学、金属 学、陶瓷、高分子化学及计算科 学相互融合与交叉的结果，如生 物医用材料要涉及医学、生物学 及现代分子生物学等学科；
绪论——材料科学
新材料 信息技术 生物技术
新技术革命的
主要标志
绪论——什么是材料？
材料大师—— 师昌绪
1920年生于河北省徐水县；
主要从事高温合金研究与开发；
1948 年，留学美国，获得硕士、
博士学位； 20 世纪 60 年代到 80 年代，飞机 起落架用钢； 1955回国，沈阳金属研究所； 高温合金领域开拓者； 推动我国材料科学发展的杰出 管理者和科技战略家。
目前世界三大 有机合成材料 ( 树脂、
纤维和橡胶)年产量逾亿吨；
绪论——材料的发展历史
20 世纪中叶，出现了各种类型的
先进陶瓷，成为近几十年来材料 中非常活跃的研究领域，有人甚 至认为“新陶器时代”即将到来；
先进结构材料的研究与开发是永恒的主题。
开发高性能结构材料：高比强度、耐高温、耐腐蚀、耐
磨损→降低机械重量、提高性能、延长使用寿命的关键 。复合材料→结构材料，广泛应用，如铝基复合材料。 开发各种系列用途的低温奥氏体钢。
改造传统结构材料：重要途径是组织更细更均匀，材料
更纯洁 →关键是工艺。“新一代钢铁材料” 强度相当
金属材料 在整个 20 世纪占据
了结构材料的主导地位；
绪论——材料的发展历史
新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等 大型钢铁基地。钢产量由 49 年的 15.8 万吨上升到现 在的数亿吨。
鞍钢
攀钢夜景
绪论——材料的发展历史
随着有机化学的发展，19世纪末西方科学
家仿制中国丝绸发明了人造丝； 20世纪初，人工合成有机高分子材料相继 问世：
先进制备工艺：如金属半固态加工技术，铝镁合金技术
成熟，已应用。
普通自行车 山地车 公路车
区 别 ？
材料的发展使汽车和飞机等性能发生了突变
水陆两用汽车 轻型吊轨磁悬浮列车
世界首辆飞行汽车2009年3月初在美国实现了首飞，降落后 只需按一个按钮就可将机翼折叠，驶上高速公路。
泰坦尼克号快速沉没的原因
未来对材料和技术的要求
绪论——材料科学
“材料科学”的出现
1957年 10月 4日，苏联人造卫星上
天；
美国认为落后的原因之一是先进
材料落后，于是在一些大学相继 成立了十余个材料研究中心；
采用先进的科学理论与实验方法
对材料进行深入的研究，取得重 要成果，从此， “材料科学” 这个名词开性之二：与实际使用结合非
常密切的科学——发展材料科学
的目的在于开发新材料，提高材 料的性能和质量，合理使用材料， 同时降低材料成本和减少污染等；
绪论——材料科学
材料科学的三个重要属性
属性之三：一个正在发展中的
科学 —— 不像物理学、化学已经
有一个很成熟的体系，材料科学 将随各有关学科的发展而得到充 实和完善。
绪论——材料的发展历史
复合材料是20世纪后期发展的另
一类材料；
竹子等； 人类很早就制造复合材料，如泥巴中混入 碎麻或麦秆用以建造房屋，钢筋水泥是脆 性材料和韧性材料的复合； 树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷 基复合材料、碳-碳复合材料。
天然材料很多是复合材料，如木材、皮革、
绪论——现代金属材料
于现有钢铁材料两倍。
美“ 9.11 ”事件，暴露建筑用钢结构抗高温软化能 力差→ 开发高强热轧耐火耐候钢。
绪论——现代金属材料
开发其他高性能钢： 利用各种新工艺新方法制造出韧
性和耐磨性都很好的新型工具钢。经济合金化是高速钢的 一个发展方向，工具材料的各种表面处理技术开发，在新 型工具材料的开发上具有重要的意义。
绪论——材料的分类
机械工程材料
是指具有一定性能，在特定条件
下能够具有某种功能、被用来制 作零件和元件的材料。
绪论——材料的分类
黑色金属 ：钢和铸铁
金属材料
有色金属
化 学 组 成
轻金属：密度<5，铝2.7、 镁1.7 重金属：密度>5；钨合金， >16.8 贵金属：金、银，铂族金属
含量少、分布散、 稀有金属： 研究少、相对性 放射性金属： 镭、铀
循环材料产业：适应时代需要，把生态环境意
识贯穿于产品和生产工艺的设计之中，提高材料利
用率、降低生产和使用过程中环境的负担。发展形
成资源—材料—环境良性循环的产业。 合金发展的主流方向是少合金化与通用合金， 形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再 生利用。要研究开发与人民生活密切相关的绿色材
料以及环境友好材料。
绪论——什么是材料？
材料 是人类用于
制造物品、器件、 构件、机器或其它 产品的那些物质。
绪论——材料的发展历史
人类社会进步的里程碑
石器时代；青铜器时代；铁器时代
青铜器
铁器
石器
绪论——材料的发展历史
大约一百万年以前
人类开始用石头做工
具，人类进入旧石器 时代；
绪论——材料的发展历史
大约一万年以前
绪论——材料的发展历史
到商周进入了鼎盛时期；
中国的青铜器在公元前 2700 年已经使用了，
司母戊鼎 青铜车马
绪论——材料的发展历史
湖北隋县编钟
勾践剑 夫 差 矛
绪论——材料的发展历史
公元前13～14世纪前，人类已开始用铁；
3000年前铁工具比青铜工具更为普遍，人
类开始进入了铁器时代；
四、参考书目
►1. 高聿为，邱平善，崔占全.机械工程材料教程．哈尔 滨工程大学出版社，2009.3 2. 崔忠圻，刘北兴．金属学与热处理原理．哈尔滨工业 大学出版社，1998.9 3. 杨瑞成，刘昌明，张 方．机械工程材料．重庆大学 出版社，2000.7 4. 刘天模，徐幸梓．工程材料．机械工业出版社， 2000.9
人类知道对石头进行加
工，使之成为精致的器 皿或工具 ，人类进入新 石器时代；
在此期间，人类开始用皮毛遮身； 8000年前中国开始用蚕丝做衣服； 4500年前印度开始种棉花；
绪论——材料的发展历史
大约8000～9000年前
陶器出现； 在烧制陶器过程中，偶
然发现金属铜和锡，从 而使人类进入青铜器时 代，这是人类较大量利 用金属的开始；
小问题引大灾难.泰坦尼克号撞上冰山后快速沉没,经查明是 因为含有9%矿渣的48根铆钉使泰坦尼克号钢板散架.
绪论——金属材料的可持续发展与趋势
2004年提出了 “循环型社会的材料产业——材料产业 的可持续发展”。
微生物冶金:无废物的生产，已在许多国家进行了工
业性生产。美国利用微生物冶金方法生产的铜占总产量的 10%，日本人工培植海鞘以提取钒。海水是一种液态矿，海 水中含有的合金元素量超过100亿吨。现在已可从海水中提 取镁、铀等元素，全世界生产的镁大约有20%来自海水，美 国靠这种镁已满足着需求量的80%。 我国资源短缺 ；资源浪费严重；污染严重。
思考题
1、为纪念世界第一位宇航员加加林，莫斯科 列宁大街上建造了40英尺高的雕象，雕象材料是
钛合金。为什么用钛合金做? 代表什么意义?
2、金子从古到今都是作为世界上的流通货 币，为什么? 铜是人类最早认识和使用的金属， 为什么?
作业题：
1. 简述材料的发展史；
2. 简述材料的分类；
The End
一、课程特点和要求
课程特点：综合性 、应用性、经验性。
二、学习要求
►合理选用材料，正确确定热处理技术条件。获得有关工 程结构和机器零件常用的机械工程材料的基本理论知识； ►能够根据零件工作条件和失效方式合理选择与使用材料； ►正确制定零件的冷、热加工工艺路线的能力。
三、教学安排
教学： 实践：课堂讨论，综合性实验，思考题； 考试：考试+平时+课堂讨论与实验
绪论——材料科学
“材料科学与工程”的出现
工程是指研究材料在制备过程中的工
艺和工程技术问题；
材料科学与工程 就是研究有关
材料组成、结构、制备工艺流程与材 料性能和用途的关系的知识的生产及 其运用。
绪论——材料科学
四个基本要素！
使用效能 performance
合成与生产过程 synthesis-processing
无机非金属材料：水泥、玻璃、耐火材料、陶瓷 高分子材料：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料 基体材料有金属、塑料、陶瓷等，增强材料 复合材料：
有各种纤维和无机化合物颗粒等
绪论——材料的分类
结构材料：
使 用 性 能 以强度、刚度、塑性、韧性、硬度、疲劳强 度、耐磨性等力学性能为性能指标
功能材料：
以声、光、电、磁、热等物理性能为性能指 标
钛合金 被称为“空间金属”、“未来钢铁”。 钛合金比强度是最高的，在高温和低温下都能
保持高强度，耐蚀性也是无可匹敌的。
钛在地球中含量不少（0.6%）。但是提炼工艺 复杂，成本高，广泛应用受到限制。 钛合金将是二十一世纪为人类作重要贡献的金 属材料之一。
世界上第一个载人宇宙飞船
世界上第一个“太空人”
绪论——什么是材料？
材料是人类生活和从事生产的物质基
础，是衡量人类社会文明程度及生产 力发展水平的标志。
锉刀
手 锤
绪论——什么是材料？
波音客机
“神舟”飞船返回舱
绪论——什么是材料？
20世纪70年代：
材料 能源 信息
现代科学技术发展的
三大支柱
绪论——什么是材料？
20世纪80年代：
以高新技术群为代表的新技术革命——
有色金属:资源面临着不可持续发展的严重问题，
主要是资源破坏严重和利用率很低，浪费惊
人。精深加工技术落后，高档产品缺乏；创新成 果少，高新技术成果产业化程度不高。开发高性 能结构材料及其先进工艺方法是主流，如，铝锂 合金、快速凝固铝合金等。 有色金属功能材料也是发展方向.
环境和能源因素 放在很重要的位置
金属材料
主讲： 李敏 E-mail：zzlimin@ 答疑时间：周五 12:30-13:30 答疑地点：北3307
什么是金属材料？
金属材料的特点？
本课程的主要内容
第一章 材料的性能 第二章 材料的结构 第三章 材料的凝固 第四章 金属的塑性变形与再结晶 第五章 钢的热处理 第七章 金属材料 第十三章 零件的选材与工程材料应用
18世纪发明了蒸汽机，19世纪发明了发电
机，对金属材料提出了更高的要求，同 时对钢铁冶金技术产生了更大的推动作 用；
绪论——材料的发展历史
世界钢产量飞速发展，不同类型的特
殊钢相继问世：
1887年高锰钢； 1900年高速钢； 1903年硅钢； 1910年奥氏体镍铬不锈钢；
铜、铝、镁、钛、稀有金属；
性质 properties 组成与结构 composition-structure
绪论——材料科学
材料科学的三个重要属性
属性之一：多学科交叉 —— 它
是物理学、化学、冶金学、金属 学、陶瓷、高分子化学及计算科 学相互融合与交叉的结果，如生 物医用材料要涉及医学、生物学 及现代分子生物学等学科；
绪论——材料科学
新材料 信息技术 生物技术
新技术革命的
主要标志
绪论——什么是材料？
材料大师—— 师昌绪
1920年生于河北省徐水县；
主要从事高温合金研究与开发；
1948 年，留学美国，获得硕士、
博士学位； 20 世纪 60 年代到 80 年代，飞机 起落架用钢； 1955回国，沈阳金属研究所； 高温合金领域开拓者； 推动我国材料科学发展的杰出 管理者和科技战略家。