_工程材料课件
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《工程材料实例》课件
铝合金材料
总结词
铝合金材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等特 点，被广泛应用于航空、航天、建筑和汽车 等领域。
详细描述
铝合金材料密度低，质量轻，同时具有较高 的强度和刚度，能够替代部分钢铁材料用于 承受较大载荷的场合。铝合金还具有良好的 耐腐蚀性，不易生锈，使用寿命长。此外， 铝合金加工性能优良，易于进行切割、焊接 和弯曲等加工操作。
端产品的理想选择。
铜合金材料
总结词
铜合金材料具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性和加工性能等特点，被广泛应用于电 气、电子、化工等领域。
详细描述
铜合金材料具有良好的导电性和导热性，能够满足电气和电子设备的需求。同时，铜合 金材料还具有良好的耐腐蚀性和加工性能，可以进行焊接、弯曲、切割等加工操作。在
化工领域，铜合金材料能够抵抗各种化学介质的腐蚀，保证设备的长期稳定运行。
陶瓷的优缺点
陶瓷具有高硬度、高耐磨性等优点， 但也存在脆性大、韧性差等缺点。
陶瓷的未来发展
随着科技的发展，陶瓷材料的复合化 、智能化和多功能化成为未来发展的 趋势。
玻璃材料
玻璃材料概述
玻璃是一种无机非金属材料，具有良好 的光学性能、化学稳定性和电绝缘性能
等特点。
玻璃的优缺点
玻璃具有良好的光学性能和化学稳定 性，但也存在易碎、加工困难等缺点
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碳纤维复合材料的生产工艺主要 包括热压成型、缠绕成型、拉挤
成型等。
树脂基复合材料
树脂基复合材料是由有机高分子树脂和有机高分子材料复合而成的材料，其具有轻 质、高强、绝缘等特点。
在建筑、电Байду номын сангаас、汽车等领域得到广泛应用，如建筑模板、电路板、汽车内饰等。
工程材料课件 (Engineering Materials)
– 应变 (strain)：单位长度的伸长量，用试样的伸长量 除以试样的原始标距表示。
拉伸试验机
拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– 弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。
– 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。
– 抗拉强度 b(Breaking strength)：试样在断裂前所能承受的最
大应力。
– 屈服强度和抗拉强度是零件设计的重要依据，也是评定金属 强度的重要指标之一。
塑性 (Plasticity)
– 在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
– 伸长率δ：是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。 – 断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积
高分子材料
– 又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻 等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其 主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单 元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、 较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。高 分子材料发明虽晚，但异军突起，因其物美价廉， 在工程材料中应用越来越广。
本课程的研究内容
– 主要研究机械工程上所用的结构材料，主要偏重于 金属材料。
– 研究金属材料的组织、结构及其与机械性能和工艺 性能之间的关系。
第一章 材料的性能(properties)
材料的力学性能(mechanical properties)
– 定义：指材料在不同环境（温度、介质）下，承受 各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 交变应力等）时所表现出的力学特征。
多晶体示意图
多晶体示意图
拉伸试验机
拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– 弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。
– 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。
– 抗拉强度 b(Breaking strength)：试样在断裂前所能承受的最
大应力。
– 屈服强度和抗拉强度是零件设计的重要依据，也是评定金属 强度的重要指标之一。
塑性 (Plasticity)
– 在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
– 伸长率δ：是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。 – 断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积
高分子材料
– 又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻 等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其 主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单 元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、 较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。高 分子材料发明虽晚，但异军突起，因其物美价廉， 在工程材料中应用越来越广。
本课程的研究内容
– 主要研究机械工程上所用的结构材料，主要偏重于 金属材料。
– 研究金属材料的组织、结构及其与机械性能和工艺 性能之间的关系。
第一章 材料的性能(properties)
材料的力学性能(mechanical properties)
– 定义：指材料在不同环境（温度、介质）下，承受 各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 交变应力等）时所表现出的力学特征。
多晶体示意图
多晶体示意图
工程材料课件
、立方晶系。 空间点阵 将组成晶体的物质质点，进一步抽象为几何点，这些几何 点在三维空间周期性、规则地排列成的阵列，称为空间点 阵或布喇菲点阵；而这些几何点称为阵点或结点。
表1.1 晶系及空间点阵
晶系与空间点阵： 根据 每个阵点具有 相同的周围环境（ 距离、位向），空 间点阵只能有14种 ，它分属上述七个 晶系，如右图所示 。其中有7种为简单 晶胞，7种为复杂晶 胞或复合晶胞。
非金属元素所构成的，具有一般金属特性的材料，统称为金 属材料。
晶体 组成固态物质的最基本的质点（如原子、分子或离子
）在三维空间中，作有规则的周期性重复排列，即以长程有 序方式排列。这样的物质称为晶体。如：金属，天然金刚石 ，结晶盐，水晶，冰等
非晶体 组成固态物质的最基本的质点，在三维空间中无规
则堆砌。这样的物质称为非晶体。如：玻璃，松香等。
2.热处理部分：5章，主要包括钢的热处理原理与工艺两方面 3.金属材料部分：6~8章，这部分主要结合金属学与热处理基本知识 4.非金属材料部分：9~11章，这部分主要包括高分子材料、陶瓷材
料和复合材料 5.材料的机械性能及机械零件的失效与选材分析部分：第12章，主
要介绍材料的常用机械性能指标，和机械零件的失效形式、原因 与分析方法
2. 晶向指数的确定
a 建立坐标,将所求晶向的一端放在坐标 原点上 (或从坐标原点引一条平行所求晶 向的直线)； b 求出所求晶向上任意结点的三个坐标值 c 将所得坐标值按比例化为最小整数，放 入方括号内，即得所求晶向的晶向指数一 般用[uvw]表示。对于立方晶系由于其对 称性高。也可将其原子排列情况相同，而 空间位向不同的晶向归为一个晶向族，用 <uvw>表示，如晶向[100]，[010]，
晶体结构模型
表1.1 晶系及空间点阵
晶系与空间点阵： 根据 每个阵点具有 相同的周围环境（ 距离、位向），空 间点阵只能有14种 ，它分属上述七个 晶系，如右图所示 。其中有7种为简单 晶胞，7种为复杂晶 胞或复合晶胞。
非金属元素所构成的，具有一般金属特性的材料，统称为金 属材料。
晶体 组成固态物质的最基本的质点（如原子、分子或离子
）在三维空间中，作有规则的周期性重复排列，即以长程有 序方式排列。这样的物质称为晶体。如：金属，天然金刚石 ，结晶盐，水晶，冰等
非晶体 组成固态物质的最基本的质点，在三维空间中无规
则堆砌。这样的物质称为非晶体。如：玻璃，松香等。
2.热处理部分：5章，主要包括钢的热处理原理与工艺两方面 3.金属材料部分：6~8章，这部分主要结合金属学与热处理基本知识 4.非金属材料部分：9~11章，这部分主要包括高分子材料、陶瓷材
料和复合材料 5.材料的机械性能及机械零件的失效与选材分析部分：第12章，主
要介绍材料的常用机械性能指标，和机械零件的失效形式、原因 与分析方法
2. 晶向指数的确定
a 建立坐标,将所求晶向的一端放在坐标 原点上 (或从坐标原点引一条平行所求晶 向的直线)； b 求出所求晶向上任意结点的三个坐标值 c 将所得坐标值按比例化为最小整数，放 入方括号内，即得所求晶向的晶向指数一 般用[uvw]表示。对于立方晶系由于其对 称性高。也可将其原子排列情况相同，而 空间位向不同的晶向归为一个晶向族，用 <uvw>表示，如晶向[100]，[010]，
晶体结构模型
《工程材料》课件
2 材料工程
将工程材料应用于设计、制造和维护。
工程材料的教育及培训机制
大学教育
为学生提供工程材料相关专业的本科和研究生课程。
行业培训
为从业人员提供继续教育和专业培训机会。
工程材料的国际标准和贸易机制
1
贸易机制
2
国际贸易和合作促进工程材料的交流和共享。
国际标准
制定用于评估和比较材料性能的标准。
工程材料企业的管理模式和实践
管理模式
采用现代管理理念和技术，提高企业效率和竞争力。
实践
推行精益生产、质量管理和创新实践等方法。
工程材料相关学科和研究领域
1 材料科学
研究工程材料的性能、制备和改性等方面。
描述材料抵抗断裂的能力， 具有很高的韧性的材料能承 受冲击。
工程材料的加工与制造过程
1
材料选择根据特定需求选择合来自的工程材料。2加工方法
采用锻造、模压或注塑等技术将材料塑造成所需形状。
3
制造过程
通过组装、焊接或粘接等方式将部件制造成成品。
工程材料的表面处理和涂装
表面处理
如喷涂、镀铬等方法，用于增加表面硬度和耐腐蚀性。
高分子材料
具有轻质、柔韧和耐磨损等特点，广泛应用于塑料 和橡胶制品。
陶瓷材料
具有耐高温、耐腐蚀等特性，常用于航空航天和化 工领域。
复合材料
由两种或更多类型的材料组合而成，具有多种优点， 例如高强度和轻质。
工程材料的性质
1 强度
2 硬度
3 韧性
衡量材料抵抗变形和断裂的 能力。
表征材料耐划伤和穿刺的能 力。
制造业
工程材料用于制造机械零件、工具和设备。
软件在工程材料中的应用
将工程材料应用于设计、制造和维护。
工程材料的教育及培训机制
大学教育
为学生提供工程材料相关专业的本科和研究生课程。
行业培训
为从业人员提供继续教育和专业培训机会。
工程材料的国际标准和贸易机制
1
贸易机制
2
国际贸易和合作促进工程材料的交流和共享。
国际标准
制定用于评估和比较材料性能的标准。
工程材料企业的管理模式和实践
管理模式
采用现代管理理念和技术，提高企业效率和竞争力。
实践
推行精益生产、质量管理和创新实践等方法。
工程材料相关学科和研究领域
1 材料科学
研究工程材料的性能、制备和改性等方面。
描述材料抵抗断裂的能力， 具有很高的韧性的材料能承 受冲击。
工程材料的加工与制造过程
1
材料选择根据特定需求选择合来自的工程材料。2加工方法
采用锻造、模压或注塑等技术将材料塑造成所需形状。
3
制造过程
通过组装、焊接或粘接等方式将部件制造成成品。
工程材料的表面处理和涂装
表面处理
如喷涂、镀铬等方法，用于增加表面硬度和耐腐蚀性。
高分子材料
具有轻质、柔韧和耐磨损等特点，广泛应用于塑料 和橡胶制品。
陶瓷材料
具有耐高温、耐腐蚀等特性，常用于航空航天和化 工领域。
复合材料
由两种或更多类型的材料组合而成，具有多种优点， 例如高强度和轻质。
工程材料的性质
1 强度
2 硬度
3 韧性
衡量材料抵抗变形和断裂的 能力。
表征材料耐划伤和穿刺的能 力。
制造业
工程材料用于制造机械零件、工具和设备。
软件在工程材料中的应用
大学《工程材料》课件PPT(九大章节完整版)
金属与金属、金属与非金属、非金属与非 金属都可以组成复合材料。当前主要研究 和应用的是以树脂、橡胶、陶瓷或金属为 基体，以各种纤维、粒子、片状物为增强 体组成的复合材料。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
最新常用工程材料最终版PPT课件
的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性也较
好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。 强度级别超过500 MPa后，铁素体和珠光体组织
难以满足要求，于是发展了低碳贝氏体钢。加入Cr、 Mo、Mn、B等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体 组织，使强度更高，塑性、焊接性能也较好，多用 于高压锅炉、高压容器等。
入Cr、Ni、Mn、B等。 ③加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：
主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、 Mo等，形成稳定的合金碳化物。
d. 钢种及牌号
20Cr 低淬透性合金渗碳钢。淬透性 较低，心部强度较低。
20CrMnTi 中淬透性合金渗碳钢。淬透 性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比 较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。
韧性的零件，例如机车车辆、船舶、重型机械的齿轮、轴， 以及轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。
外壳
轧辊
重型机械齿轮
合金钢的编号、性能和主要用途
牌号首部用数字标明碳质量分数。规定结构钢
以万分之一为单位的数字（两位数）、工具钢和特
殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表
示碳质量分数，而工具钢的碳质量分数超过1%， 碳质量分数不标出。
Y40Mn，表示碳质量分数为0.4%、锰质 量分数少于1.5%的易切削钢等等。
对于高级优质钢，则在钢的末尾加“A”字 表明，例如20Cr2Ni4A等。
（一） 合金结构钢 用于制造重要工程结构和机器零件的合 金钢称为合金结构钢。主要有低合金高强度 结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹 簧钢、滚珠轴承钢。 1.低合金结构钢 A . 用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、 高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。
40Cr钢经不同温度回火后的机械性能 （直径Ｄ＝12ｍｍ，油淬）
好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。 强度级别超过500 MPa后，铁素体和珠光体组织
难以满足要求，于是发展了低碳贝氏体钢。加入Cr、 Mo、Mn、B等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体 组织，使强度更高，塑性、焊接性能也较好，多用 于高压锅炉、高压容器等。
入Cr、Ni、Mn、B等。 ③加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：
主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、 Mo等，形成稳定的合金碳化物。
d. 钢种及牌号
20Cr 低淬透性合金渗碳钢。淬透性 较低，心部强度较低。
20CrMnTi 中淬透性合金渗碳钢。淬透 性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比 较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。
韧性的零件，例如机车车辆、船舶、重型机械的齿轮、轴， 以及轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。
外壳
轧辊
重型机械齿轮
合金钢的编号、性能和主要用途
牌号首部用数字标明碳质量分数。规定结构钢
以万分之一为单位的数字（两位数）、工具钢和特
殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表
示碳质量分数，而工具钢的碳质量分数超过1%， 碳质量分数不标出。
Y40Mn，表示碳质量分数为0.4%、锰质 量分数少于1.5%的易切削钢等等。
对于高级优质钢，则在钢的末尾加“A”字 表明，例如20Cr2Ni4A等。
（一） 合金结构钢 用于制造重要工程结构和机器零件的合 金钢称为合金结构钢。主要有低合金高强度 结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹 簧钢、滚珠轴承钢。 1.低合金结构钢 A . 用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、 高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。
40Cr钢经不同温度回火后的机械性能 （直径Ｄ＝12ｍｍ，油淬）
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10
石 器 时代
11
青铜器时代
12
铁器时代及现代
13
• 没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前 的计算机技术。
龙芯
联想计算机
14
没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的航
空工业和宇航工业。
飞机发动机叶片
在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片
波音客机
15
没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。
的青铜组成，是
复合材料很好的
例子
20
• 黄石铜矿遗址
• 春秋晚期 • 矿井深达50m • 炼铜炉渣多达40万吨 • 实属罕见
21
我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器，明朝科学 家宋应星在《天工开物》一书中就记载了古代的渗碳 热处理等工艺。这说明早在欧洲工业革命之前，我国 在金属材料及热处理方面就已经有了较高的成就。
二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列， 称作现代文明的三大支柱之一。
16
中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作出 过重大贡献。
• 早在公元前6000- 5000 年的新石器时代，中华 民族的先人就能用黏土 烧制成陶器，到东汉时 期又出现了瓷器，并流 传海外。
17
4000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商 时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。
司母戊鼎
河南安阳晚商遗址出土 青铜铸造 高133厘米 重875kg 饰纹优美
18
越王勾践剑
春秋晚期越国青铜兵器 出土于湖北江陵楚墓 长55.7厘米 剑锷锋芒犀利 锋能割断头发
19
古代剑刃制造中的特殊技术
梯
度
材
料
春秋战国时代的
古 已
青铜剑，剑身及
有 之
这 是 古 代 剑 刃 截 面
剑锋由不同成分
图
“神舟”六号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机7
材料是人类文明生活的物质基础，也是科 学与工业技术发展的基础。先进的材料已成为 当代文明的主要支柱之一。人类文明的发展史， 是一部学习利用材料、制造材料、创新材料的 历史。
材料是人类进化的里程碑。由于材料的重 要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分 时代。
类比钢铁，其他材料也有很大潜力可挖。现代材 料逐步向高比强度、比模量方向发展。例如，20世纪 上半叶，材料科学家利用合金化和时效硬化两个手段， 把铝合金的强度提高到700MPa，铝的比强度是钢的比 强度的4倍有余。
美国1990年汽车平均质量为1020kg，2000年则为
820kg。铸铁的比例由11％减至8％。此时铝合金由9％
宋应星
生铁炒熟铁图
22
在春秋时期，发明了生铁冶炼技术，开始大量使
用铁器做工具，铸造和热处理技术已普遍应用于制剑
中，这比欧洲国家早1800多年。我国还是世界上应用
焊接技术最早的国家之一。在河南辉县战国墓中出土
的铜器上，其本体、耳、足都是用锡钎焊和银钎焊连
接的，这比欧洲国家早2000多年。明朝科学家宋应星
8
认识工具材料 制造工具 使用工具
9
在远古时代，人类的祖先是以石器为主要工 具的。他们在不断改进石器和寻找石料的过程中 发现了天然铜块和铜矿石，并在用火烧制陶器的 生产中发现了冶铜术，后来又发现把锡矿石加到 红铜里一起熔炼，制成的物品更加坚韧耐磨，这 就是青铜。公元前5000年人类进入青铜器时代。 公元前1200年左右，人类进入铁器时代。开始使 用的是铸铁，后来制钢工业迅速发展，成为18世 纪产业革命的重要内容和物质基础。
增至15％；高分子材料由9％增至13％。美国新一代汽
车研究计划目标每100km 的油耗要减少到3L。汽车重
量减轻10%可使燃烧效率提高7%，并减少10%的污染。
各位同学
下午好！
1
《工程材料》 授课教师：管锋
2
本课程在专业培养中的地位和作用
本课程是机械专业学生的 一门技术基础课，是其它专业 课的基础。
3
本课程教学的目的和要求
培养机械类专业学生需要 的和工程设计与制造紧密相关 的材料知识，以及如何在具体 零件的材料选择和加工工艺路 线中加以应用。
4
本课程教学内容
绪论 材料结构的基本知识
钢的热处理 工业用钢材料的晶Leabharlann 结构铸铁材料的制备过程
有色金属及其合金
合金的相结构及相图 常用非金属材料
材料的变形
工程材料的选用
5
第一章 绪论
本章主要知识： 材料发展简史 材料的分类 材料的性能 材料成形技术概述及发展趋势*
6
1.1 材料及其成型工艺发展简史
材料是指人类用以制造 各种有用器件的物质。
25
我国又是一个钢的消费大国，2008年我国钢消费 4.53亿t。我国钢铁企业的能耗大，产品品质不高，许 多高附加值的优质钢材仍需进口，2008年就进口了1543 万t的优质钢材。为此，新一代钢铁材料的主要目标是 探索提高钢材强度和使用寿命。经研究证明，纯铁的理 论强度应能高于800MPa，而目前碳素钢为200MPa级，低 合金钢（如16Mn）约400MPa级，合金结构钢也只有 800MPa级。日本拟于2010年将钢的强度和寿命各提高1 倍，2030年再翻一番（即1t钢可相当于现在的4t），这 个超级钢计划展示了材料挖潜的前景。我国在这方面已 取得了显著的成绩，使碳钢和低合金钢强度提高1倍的 设想不仅在大生产线上经受了考验，而且已装车使用26。
攀钢夜景
鞍钢
24
近年来，材料科学的发展极为迅速。以钢铁工业 为例，2008年，我国钢产量5亿t，是世界钢产量的38 ％，钢材出口量为5620万t，二者均为世界第一。从 1890年张之洞创办汉阳铁厂，直到1949年半个多世纪， 中国产钢总量只有760万t，不足现在一个大型钢铁厂 的年产量。1949年，全国产钢15.8万t，占世界钢产 量的0.1％，只相当于现在全国不到几小时的产量。 1996年至今，我国钢产量年年超过1亿t，成为世界第 一产钢大国。2006年起，又成为钢材出口第一大国。
编著的《天工开物》是举世公认的世界上有关金属加
工的最早的科学技术著作之一，书中记载冶铁、铸造、
锻造、焊接、淬火等金属加工的方法。至于我国古代
的陶瓷及天然高分子材料如丝绸，在世界文明史上也
占有光辉的一页。古代中国还将胶接技术、表面处理
技术用于器具、工艺品的制造。
23
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 近5亿吨。
石 器 时代
11
青铜器时代
12
铁器时代及现代
13
• 没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前 的计算机技术。
龙芯
联想计算机
14
没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的航
空工业和宇航工业。
飞机发动机叶片
在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片
波音客机
15
没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。
的青铜组成，是
复合材料很好的
例子
20
• 黄石铜矿遗址
• 春秋晚期 • 矿井深达50m • 炼铜炉渣多达40万吨 • 实属罕见
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我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器，明朝科学 家宋应星在《天工开物》一书中就记载了古代的渗碳 热处理等工艺。这说明早在欧洲工业革命之前，我国 在金属材料及热处理方面就已经有了较高的成就。
二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列， 称作现代文明的三大支柱之一。
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中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作出 过重大贡献。
• 早在公元前6000- 5000 年的新石器时代，中华 民族的先人就能用黏土 烧制成陶器，到东汉时 期又出现了瓷器，并流 传海外。
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4000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商 时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。
司母戊鼎
河南安阳晚商遗址出土 青铜铸造 高133厘米 重875kg 饰纹优美
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越王勾践剑
春秋晚期越国青铜兵器 出土于湖北江陵楚墓 长55.7厘米 剑锷锋芒犀利 锋能割断头发
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古代剑刃制造中的特殊技术
梯
度
材
料
春秋战国时代的
古 已
青铜剑，剑身及
有 之
这 是 古 代 剑 刃 截 面
剑锋由不同成分
图
“神舟”六号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机7
材料是人类文明生活的物质基础，也是科 学与工业技术发展的基础。先进的材料已成为 当代文明的主要支柱之一。人类文明的发展史， 是一部学习利用材料、制造材料、创新材料的 历史。
材料是人类进化的里程碑。由于材料的重 要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分 时代。
类比钢铁，其他材料也有很大潜力可挖。现代材 料逐步向高比强度、比模量方向发展。例如，20世纪 上半叶，材料科学家利用合金化和时效硬化两个手段， 把铝合金的强度提高到700MPa，铝的比强度是钢的比 强度的4倍有余。
美国1990年汽车平均质量为1020kg，2000年则为
820kg。铸铁的比例由11％减至8％。此时铝合金由9％
宋应星
生铁炒熟铁图
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在春秋时期，发明了生铁冶炼技术，开始大量使
用铁器做工具，铸造和热处理技术已普遍应用于制剑
中，这比欧洲国家早1800多年。我国还是世界上应用
焊接技术最早的国家之一。在河南辉县战国墓中出土
的铜器上，其本体、耳、足都是用锡钎焊和银钎焊连
接的，这比欧洲国家早2000多年。明朝科学家宋应星
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认识工具材料 制造工具 使用工具
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在远古时代，人类的祖先是以石器为主要工 具的。他们在不断改进石器和寻找石料的过程中 发现了天然铜块和铜矿石，并在用火烧制陶器的 生产中发现了冶铜术，后来又发现把锡矿石加到 红铜里一起熔炼，制成的物品更加坚韧耐磨，这 就是青铜。公元前5000年人类进入青铜器时代。 公元前1200年左右，人类进入铁器时代。开始使 用的是铸铁，后来制钢工业迅速发展，成为18世 纪产业革命的重要内容和物质基础。
增至15％；高分子材料由9％增至13％。美国新一代汽
车研究计划目标每100km 的油耗要减少到3L。汽车重
量减轻10%可使燃烧效率提高7%，并减少10%的污染。
各位同学
下午好！
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《工程材料》 授课教师：管锋
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本课程在专业培养中的地位和作用
本课程是机械专业学生的 一门技术基础课，是其它专业 课的基础。
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本课程教学的目的和要求
培养机械类专业学生需要 的和工程设计与制造紧密相关 的材料知识，以及如何在具体 零件的材料选择和加工工艺路 线中加以应用。
4
本课程教学内容
绪论 材料结构的基本知识
钢的热处理 工业用钢材料的晶Leabharlann 结构铸铁材料的制备过程
有色金属及其合金
合金的相结构及相图 常用非金属材料
材料的变形
工程材料的选用
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第一章 绪论
本章主要知识： 材料发展简史 材料的分类 材料的性能 材料成形技术概述及发展趋势*
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1.1 材料及其成型工艺发展简史
材料是指人类用以制造 各种有用器件的物质。
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我国又是一个钢的消费大国，2008年我国钢消费 4.53亿t。我国钢铁企业的能耗大，产品品质不高，许 多高附加值的优质钢材仍需进口，2008年就进口了1543 万t的优质钢材。为此，新一代钢铁材料的主要目标是 探索提高钢材强度和使用寿命。经研究证明，纯铁的理 论强度应能高于800MPa，而目前碳素钢为200MPa级，低 合金钢（如16Mn）约400MPa级，合金结构钢也只有 800MPa级。日本拟于2010年将钢的强度和寿命各提高1 倍，2030年再翻一番（即1t钢可相当于现在的4t），这 个超级钢计划展示了材料挖潜的前景。我国在这方面已 取得了显著的成绩，使碳钢和低合金钢强度提高1倍的 设想不仅在大生产线上经受了考验，而且已装车使用26。
攀钢夜景
鞍钢
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近年来，材料科学的发展极为迅速。以钢铁工业 为例，2008年，我国钢产量5亿t，是世界钢产量的38 ％，钢材出口量为5620万t，二者均为世界第一。从 1890年张之洞创办汉阳铁厂，直到1949年半个多世纪， 中国产钢总量只有760万t，不足现在一个大型钢铁厂 的年产量。1949年，全国产钢15.8万t，占世界钢产 量的0.1％，只相当于现在全国不到几小时的产量。 1996年至今，我国钢产量年年超过1亿t，成为世界第 一产钢大国。2006年起，又成为钢材出口第一大国。
编著的《天工开物》是举世公认的世界上有关金属加
工的最早的科学技术著作之一，书中记载冶铁、铸造、
锻造、焊接、淬火等金属加工的方法。至于我国古代
的陶瓷及天然高分子材料如丝绸，在世界文明史上也
占有光辉的一页。古代中国还将胶接技术、表面处理
技术用于器具、工艺品的制造。
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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 近5亿吨。