机械工程材料与应用发展

金属钛中的位错
材料发展的历程示意图
2、材料科学 材料科学是以材料为
研究对象的一门科学。
主要研究内容：
“挑战者号”爆炸瞬间
⑴ 研究材料的化学组成、结构与性能的关系；
⑵ 研究材料的形成机理和制取方法；
⑶ 研究材料物理性能的测试方法和技术；
⑷ 分析材料的损坏机理；
⑸ 研究材料的合理加工方法和最佳使用方案。
前苏联在1957年把第一颗人造卫星送
入太空，令美国人震惊不已，认识到
在导弹火箭技术上落后了。因此在其
后的十年里，在十多所大学中陆续建
前 苏
联
立了材料科学研究中心，并把约 2/3 第
一
大学的冶金系或矿冶系改建成了冶金
颗 人
材料科学系或材料科学与工程系。其
造 卫
星
涉及的材料由金属扩展到了陶瓷和高 及
复合材料很好的
例子。
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
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成就。
宋应星
生铁炒熟铁图
龙芯
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
没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。
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。
TITANIC
TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关!!!
“ “
中国的航天事业-“神舟”号飞船
“神舟”一号发 射成功 神 舟 ” 一 号 飞 船
神 舟 发二 射号 工” 位飞 船 运 往
“神舟”二号发射成功
“ “
中国的航天事业-“神舟”号飞船
“神舟”三号发
射成功
神
舟
”
三
号
飞
船
神 舟
“神舟”四号发 射成功
”
四
号
飞
船
中国的航天事业-“神舟”五号载人飞船
升 空
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1949年的15.8万吨上升到现在 的一亿吨。
攀钢夜景
鞍钢
原子弹、氢
中
弹的爆炸， 卫星wk.baidu.com飞船
造 卫 星
国 第 一 颗
的上天等都
人
说明了我国
中
在材料的开
国 第
发、研究及
一 颗
应用等方面
原 子
有了飞跃的
弹 爆
发展。
炸
长 征 火 箭 大 家 族 中 国 第 一 颗 氢 弹 爆 炸
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
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
石器时代
象形尊(西周)
青铜器时代
铁器时代
铁器
石器
材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步 的标志。
➢材料的发展与人类社会简图
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。
其
分子聚合物材料。可见，高技术需要
运 载
先进材料的支持。
火 箭
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。
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。
二、工程材料的分类
工程材料是用于制造工程结构和机械零 件并主要要求力学性能的结构材料。
按组成与结合键分： 1、金属材料 2、高分子材料 3、陶瓷材料 4、复合材料
黑色金属
金属材料
有色金属—轻金属,重金属,贵金属,稀有金属
以金属键结合为主 良好的导电性、导
热性、延展性和金 属光泽 用量最大、应用最 广泛
杨 利
伟
返 回
全人类共同的家园
飞天
返回舱
人类对材料的认识是逐步深入的
1863年，光学显微镜首次应用于 金属研究，诞生了金相学，使人 们能够将材料的宏观性能与微观 组织联系起来。
光学显微镜
灰铸铁的显微组织
Pb-Sn共晶组织
1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于 晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识 从最初的假想到科学的现实。
机械工程材料和应用发展
绪论
一、材料和材料科学 二、工程材料的分类 三、工程材料的应用和发展 四、《机械工程材料》课程的性质和任务
一、材料和材料科学
哥 伦
比
亚
1、材料
号 航
天
飞
机
材料是指可以用
来直接制造有用
物件、构件或器
件的物质。
材料是人类生产和生活 所必须的物质基础。
“神舟”四号飞船成功返回
金属键
铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界 年产量已达10亿吨，在机械产品中的用量已占整 个用材的60%以上。
带材
异形材
板材
管材
金属材料制品
陶瓷材料
以共价键和离子键 为主
熔点高、硬度高、 耐腐蚀、脆性大
分为传统陶瓷、特 种陶瓷和金属陶瓷 三类
传统陶瓷又称普通陶瓷, 是以天然材料(如黏土、石 英、长石等)为原料的陶瓷, 主要用作建筑材料使用. 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料 的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。
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
越王勾践宝剑
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
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
剑锋由不同成分
这 是 古 代 剑 刃 截 面 图
的青铜组成，是
哥 伦 比 亚 号 航 天 飞 机 失 事
“挑战者号”航天飞机失事
The explosion was blamed on faulty o-rings in the shuttle's booster rockets.
Richard P. Feynman eloquently demonstrates the brittle behavior of the rubber O-ring in a clamp after submersion in ice water (below Tg!)
Si表面的重构图象
X-射线衍射仪
1932年发明了电子显 微镜，把人们带到了 微观世界的更深层次 （10-7m）。
光镜下
电镜下
透射电子显微镜
扫描电子显微镜
1934年位错理论的提 出，解决了晶体理论 计算强度与实验测得 的实际强度之间存在 的巨大差别的矛盾， 对于人们认识材料的 力学性能及设计高强 度材料具有划时代的 意义。