工程材料—绪论 第1讲 2012-3

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1000BC—— 铁器时代（Iron Age） ）
1450BC——铁制车轮 铁制车轮
1500AD——廉价的冶铁业 廉价的冶铁业
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钢铁时代（steel-Iron Age） ） 合成材料时代 复合材料时代
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特别地： 特别地：
华夏文明的独特贡献－ 华夏文明的独特贡献－What？ ？
陶与瓷的异同？？？ ？？？） 瓷器（陶与瓷的异同？？？），是 中國先民的偉大發明，要比國外出 現早1500 年以上，它是中華民族 的寶貴歷史遺產之一。 – 世界四大文明古國對於掌握製 陶技術與生產陶器都是獨立發 明的，發展時間上也相差不遠。 – 從原始瓷器到成熟瓷器的提高 幾乎經歷了1500 年之久，至遲 在東漢晚期 東漢晚期，中國已能燒製出 東漢晚期 成熟的青瓷，完成了由原始瓷 器向標準瓷器的過渡。
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建筑
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交通
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汽
车
汽车用高强钢， 汽车用高强钢，比原先的轻 24%，而强度高 ，而强度高34%。 。
福特2000与西纳给 与西纳给2010这两款由材料工程师设计的汽车将成为未来 福特 与西纳给 这两款由材料工程师设计的汽车将成为未来 交通工具。 交通工具。
电脑…5寸盘 寸盘…3寸盘 寸盘…ZIP盘…光盘 光盘…U盘…移动硬盘 移动硬盘… 电脑 寸盘 寸盘 盘 光盘 盘 移动硬盘
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400,000 BC——4,500 BC 石器时代（Stone Age） ）
• 燧石：神奇的石头 燧石：
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陶器（ 陶器（Pottery） ）
• 陶器的出現是人類跨
工程材料
授课教师： 授课教师：陈俊英 87634148－ 电 话：87634148－804 Email：chenjy@ ：
Chenjunying@
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教材与学时安排
教材 :
《工程材料》 主 编 朱张校 郑明新主审 清华大学出版社 工程材料》 《机械工程材料及应用》 主编 何庆复 中国铁道出版社 机械工程材料及应用》 《机械工程材料》 主编 机械工程材料》 沈莲 机械工业出版社
• 人类的文明进程是依据什么划分的？ 人类的文明进程是依据什么划分的？
可以使用的占主导地位的材料。
—石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料 石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、 石器时代 时代、复合材料时代、 时代、复合材料时代、……。 。
材料应用的发展是人类发展的里程碑！ 材料应用的发展是人类发展的里程碑！
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年登月计划---- 登月火箭 层楼高 登月火箭35层楼高 美2018年登月计划 年登月计划
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1980’s：高温超导体
超导磁悬浮列车
西南交通大学已研制 成功全国唯一一辆“世 纪号”超导磁悬浮列车， 这种高温超导磁悬浮列 车最大特点就是乘坐平 稳、安全和快捷。和世 界上最先进的轻轨列车 比较，它没有一点轰隆 隆的噪声，十分安静。
耐 中 子 辐 射 、 腐 蚀 、 高 温 ： 料 材 Nuclear power station at Leibstadt, Switzerland 烧 烧 结 结 前 后 堆 应 反 核
W-V steel Cr-V steel Hastelloy material uranium oxide beads
80－245
飞机尾翼
碳纤维 1000－ 复合材 1200 料 （顺纤维 方向）
625－ 750
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航天飞机
在美国卡拉维 纳尔角航天基地待升 空的（穿梭机）。 ）。它 空的（穿梭机）。它 是人类高技术的结晶。 是人类高技术的结晶。 它应用了成千上万种 材料， 材料，特别是一些高 技术的新型材料。 技术的新型材料。
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能 源
新能源材料则是指实现新能源的 转化与利用以及发展新能源技术中 所要用到的关键材料。
主要包括储氢电极合金材料为代表 的镍氢电池材料 嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的 锂离子电池材料、燃料电池材料 Si半导体材料为代表的太阳能电池 材料 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材 料等。
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核能材料
理论授课学时 : 28学时 学时 实验学时 : 4学时 学时
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汽车主体结构示意
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奔驰汽车主体构造
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林肯汽车主体构造
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汽车、飞机等， 汽车 、 飞机等 ， 除了设计与制造 之外， 之外 ， 还涉及哪 些学科？ 些学科？
材料科学是其中的重要组成部分 材料科学是其中的重要组成部分…… 是其中的重要组成部分 有哪些材料构成上述器件？ 有哪些材料构成上述器件？ 又涉及材料科学与工程的哪些内容？ 又涉及材料科学与工程的哪些内容？
（本照片选自美国 Kennedy Space Center Tourbook） 的Tourbook）
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400~1260oC区： 三万个氧化硅瓦片，表层为硼硅酸盐玻璃 区 三万个氧化硅瓦片， 绝缘，反射热能）。 （绝缘，反射热能）。 1600oC区：涂上碳／碳增强复合材料（由碳基体包围的碳 区 涂上碳／碳增强复合材料（ 纤维构成）。 纤维构成）。
《机械工程材料及选用习题与辅导》杨苹、陈俊英、冷永祥、万国江 机械工程材料及选用习题与辅导》杨苹、陈俊英、冷永祥、 西南交通大学
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四川省精品课程：教案、答疑系统、网上实验 四川省精品课程：教案、答疑系统、网上实验…...
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CH0
0.1 引言
绪 论
0.2 材料与人类文明 0.3 材料科学与机械工程
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0.1 引 言
• 人和动物的本质区别 ？？ 人和动物的本质区别?
人在制造工具时，需要物质。 人在制造工具时，需要物质。但不是所有的物质都能用于 物质 制造工具。从这个角度出发，什么是材料？ 制造工具。从这个角度出发，什么是材料？
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航空材料
发动机－ 发动机－高温材料 – 掺镍合金。
机身－ 机身－轻质材料 – 铝合金（钢加固关键 部位） – 钛合金（喷气式高温） -- 碳、硼纤维复合材料
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轻质材料
实 例 材料 强度范围 MPa 比强度 MPa 55－160
铝合金 150-450 压气机叶片
钛合金 350-1100 压气机机匣
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信息－人类正在步入信息时代，同时也是信息材料竞争的时代。
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电子管——晶体管 晶体管——集成电路 电子管 晶体管 集成电路
钨、钼电极。 电子管
锗、硅半导体。 硅半导体。 晶体管 集成电路
电子管16K内存器。
图中的女士要用显微镜才看得到现在的集 成电路16 K内存器
第一台电子管 电子管组成的计算机重达30吨， 电子管 用电相当于一个小的城市。
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司母戊鼎
• 司母戊鼎，商代大鼎，1939 司母戊鼎，商代大鼎， 年出土， 鼎高133厘米 ， 重 厘米， 年出土 ， 鼎高 厘米 875公斤 。 為已知的中國古 公斤。 公斤 代體量最大的青銅器。 代體量最大的青銅器。 • 銅禁 ， 中國已知最早應用 失 銅禁，中國已知最早應用失 蠟法鑄造的作品 鑄造的作品， 蠟法 鑄造的作品 ，春秋時代 的楚國王子午墓出土的， 的楚國王子午墓出土的 ， 年 代為公元前6世紀 世紀。 代為公元前 世紀。
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二、机械制造过程与材料
机械制造工艺包括： 机械制造工艺包括：
保证零件几何形状与尺寸：切削、 保证零件几何形状与尺寸：切削、铸、锻、焊等； 焊等； 保证材料内部组织及应力状态：热处理、表面处理。 保证材料内部组织及应力状态：热处理、表面处理。
三、机械产品的失效与材料
本质上说，机械产品的失效就是材料的失效。 本质上说，机械产品的失效就是材料的失效。其分 析有利于： 析有利于： 1. 改善产品质量，提高寿命，提供改进措施； 改善产品质量，提高寿命，提供改进措施； 2. 判定事故责任； 判定事故责任； 3. 杜绝类似事故发生（提供理论依据）。 杜绝类似事故发生（提供理论依据）。
夏钺
戈
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三星堆
• 立人像铸于商代晚期，人像 立人像铸于商代晚期， 厘米， 厘米， 高 172厘米 ， 底座高 厘米 ， 厘米 底座高90厘米 通高262厘米 ， 是世界上最 厘米， 通高 厘米 大的青铜立人像， 大的青铜立人像，被尊称为 世界铜像之王” “世界铜像之王”。 • 突目面具铸于商代晚期，原 突目面具铸于商代晚期， 件高64.5厘米 ， 宽 138厘米 ， 厘米， 厘米， 件高 厘米 厘米 眼球柱状外突长达13.5厘米， 厘米， 眼球柱状外突长达 厘米 其造型在世界上亦属首见。 其造型在世界上亦属首见。
材料－能为人类制造有 材料－ 用器件的物质 物质。 用器件的物质。 材料学－？ 材料学－？
材料科学与人类文明的关系密切，可以说， 材料科学与人类文明的关系密切，可以说，人类的 衣、食、住、行均离不开它。 行均离不开它。
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0.2 材料与人类文明
一、材料与人类文明发展（历史文明与贡献） 材料与人类文明发展（历史文明与贡献）
入新石器時代的重要 新石器時代的重要 標誌之一， 標誌
• 據目前已知的考古資
料，中國的陶器製作 至少已有8000年以上 年 的歷史。
西安半坡人面网纹陶盆
战国陶制四通水管
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4,500 BC——1,000 BC 青铜器时代 （Bronze Age） ）
• 从矿石中提炼铜 从矿石中提炼铜——冶 冶 金业的黎明
这张埃及古墓壁画是 人类冶金业的最早纪录之一
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青铜： 青铜：第一种合金
• 青铜，古称金或吉金，是红铜与其 青铜，古称金或吉金， 它化学元素（ 磷等） 它化学元素（锡、镍、铅、磷等） 的合金。 的合金。 • 史学上所称的“青铜时代”是指大 史学上所称的“青铜时代” 量使用青铜工具及青铜礼器的时期。 量使用青铜工具及青铜礼器的时期。 保守的估计， 保守的估计，这一时期主要从夏商 周直至秦汉， 周直至秦汉，时间跨度约为两千年 左右，这也是青铜器从发展、 左右，这也是青铜器从发展、成熟 乃至鼎盛的辉煌期。 乃至鼎盛的辉煌期。 • 到春秋戰國時期，齊國工匠總結科 到春戰國時期， 技經驗寫成的《考工記》一書中， 技經驗寫成的《考工記》一書中， 提出了「金有六齊」， 」，這是世界科 提出了「金有六齊」，這是世界科 技史上最早的冶銅經驗總結。 技史上最早的冶銅經驗總結。