L831-工程材料-工材绪论
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工程材料(绪论)-工程材料(绪论)
1. 工程材料基础理论
➢ 分类、基本性能、晶体结构 ➢ 典型相图及热处理
2. 常用工程材料
➢ 黑色金属与有色金属、非金属材料
3. 成形技术基础
➢ 铸造、压力加工、焊接
4. 材料与成形工艺选择
✓ 实验
绪论
一．材料和材料科学 二．工程材料的应用和发展
一、材料和材料科学
哥
伦
比
亚
号
航
材料是指人类所能加
飞机发动机叶片没有高温高强度的结构材料就不可能有今天的航业和宇航工业o在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片电话普qequs没有低消耗的光导纤维也就没有现代的光纤通讯diolctticcgoost电话委托主计弊乩运行电话妥托较件因此二十世纪七十年代人们把材料与能源信息并列称作现代文明的三大支柱之一ialcfiicb5i805c公用电话网内线电话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60005000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
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
古代剑刃制造中的特殊技术
梯
度
材
料
古
春秋战国时代的
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
的青铜组成，是
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
及材料加工方面的问题。 要求机械工程技术人员掌握必要的材料科学与材料
工程知识，具备正确选择材料和加工方法、合理安 排加工工艺路线的能力。
➢ 分类、基本性能、晶体结构 ➢ 典型相图及热处理
2. 常用工程材料
➢ 黑色金属与有色金属、非金属材料
3. 成形技术基础
➢ 铸造、压力加工、焊接
4. 材料与成形工艺选择
✓ 实验
绪论
一．材料和材料科学 二．工程材料的应用和发展
一、材料和材料科学
哥
伦
比
亚
号
航
材料是指人类所能加
飞机发动机叶片没有高温高强度的结构材料就不可能有今天的航业和宇航工业o在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片电话普qequs没有低消耗的光导纤维也就没有现代的光纤通讯diolctticcgoost电话委托主计弊乩运行电话妥托较件因此二十世纪七十年代人们把材料与能源信息并列称作现代文明的三大支柱之一ialcfiicb5i805c公用电话网内线电话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60005000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
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
古代剑刃制造中的特殊技术
梯
度
材
料
古
春秋战国时代的
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
的青铜组成，是
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
及材料加工方面的问题。 要求机械工程技术人员掌握必要的材料科学与材料
工程知识，具备正确选择材料和加工方法、合理安 排加工工艺路线的能力。
机械工程材料课件10181
本章主要内容
过量变形 断裂 疲劳断裂 磨损失效 腐蚀失效 蠕变变形和断裂失效
第一节 零件在常温静载下的过量变形
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化
外力去除 ？ 变形恢复
弹性变形：变形能够恢复 塑性变形：变形不能够恢复
第一节 零件在常温静载下的过量变形
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
3. 现代材料学
现代材料学是以金属学、高分子材料、陶瓷材料为基础， 研究所有固体材料的成分、组织和性能之间关系的的一门科学。
现代社会对材料的要求：具有高性能或具有特殊性能的金属、 非金属及复合材料。
一、材料科学与社会发展
信息社会的材料产业结构及材料发展趋势： 从工业社会向信息社会过渡中
产业结构从劳动密集型、资金密集型向技术密集型和知识密 集型发展
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
学习失效的目的
机械设计者→→为了防止零件失效 ↓ ↓
设计正确 选材恰当 工艺合理
工作条件-对材料的性能要求→→正确选材→→制定 工艺路线→→确定失效的抗力指标
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
第一节 零件在常温静载下的过量变形
二. 静载性能指标
1. 刚度和强度指标 （2） 强度
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
是材料应力和应变成正比的最大应力 是不产生塑性变形的最大应力 是材料开始产生塑性变形的应力
是材料产生最大均匀塑性变形的应力 是材料发生断裂的应力
第一节 零件在常温静载下的过量变形
O
过量变形 断裂 疲劳断裂 磨损失效 腐蚀失效 蠕变变形和断裂失效
第一节 零件在常温静载下的过量变形
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化
外力去除 ？ 变形恢复
弹性变形：变形能够恢复 塑性变形：变形不能够恢复
第一节 零件在常温静载下的过量变形
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
3. 现代材料学
现代材料学是以金属学、高分子材料、陶瓷材料为基础， 研究所有固体材料的成分、组织和性能之间关系的的一门科学。
现代社会对材料的要求：具有高性能或具有特殊性能的金属、 非金属及复合材料。
一、材料科学与社会发展
信息社会的材料产业结构及材料发展趋势： 从工业社会向信息社会过渡中
产业结构从劳动密集型、资金密集型向技术密集型和知识密 集型发展
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
学习失效的目的
机械设计者→→为了防止零件失效 ↓ ↓
设计正确 选材恰当 工艺合理
工作条件-对材料的性能要求→→正确选材→→制定 工艺路线→→确定失效的抗力指标
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
第一节 零件在常温静载下的过量变形
二. 静载性能指标
1. 刚度和强度指标 （2） 强度
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
是材料应力和应变成正比的最大应力 是不产生塑性变形的最大应力 是材料开始产生塑性变形的应力
是材料产生最大均匀塑性变形的应力 是材料发生断裂的应力
第一节 零件在常温静载下的过量变形
O
工程材料学第01章绪论
贵金属（Ag，Au，Pt，Pd）
稀有金属（Zr，Nb，Ta）
放射性金属（Ra，U）
高分子材料：
由低分子化合物依靠分子键聚合而成的有机聚合物
主要组成：C，H，O，N，S，Cl，F，Si
三大类： 塑料（低分子量）： 聚丙稀
树脂（中等分子量）：酚醛树脂，环氧树脂
橡胶（高分子量）： 天然橡胶，合成橡胶
应力：＝F/S, 应变：= L/L0
过程： 外力增加，试样伸长。得到F－L曲线，换算为－曲线。材料表现为弹性变形、均匀塑性变形、颈缩、断裂。
1.弹性与刚度
弹性变形：
弹性模量：线性部分斜率 σ＝E ×ε E＝σe/εe
材料变形曲线中的线性部分（OA`）。线性部分的应变弹性大小，即弹性极限。
越王勾践剑
2400年前
主要的成份： 青铜（铜-锡合金），还含有少量的铅、铁、镍和硫等，剑身的黑色菱形花纹是经过硫化处理的，剑刃精磨技艺水平可同现在精密磨床生产的产品相媲美
吴王夫差矛
第二节 材料分类
非铁金属材料： 轻金属（Ni以前）
重金属（Ni以后）
塑性变形： 当σ超过A´点后，试样除发生弹性变形外，还发生塑性变形，当外力卸载后，材料仍保持部分残余变形――塑性变形。
强度与塑性
硬度 是衡量材料软硬程度的指标，反映材料抵抗局部塑性变形的能力。
布氏硬度 洛氏强度 维氏强度 莫氏硬度
根据测量方法不同分：
硬 度
布氏硬度
用直径D钢球在力P的作用下压在试样上一定时间,压痕直径为d。实用于较软的塑性材料。
弹性模量（刚度）表示材料抵抗弹性变形能力，是材料的刚度指标。这是材料的固有特性，反映了材料内部原子结合键的强弱。
2.强度与塑性
【材料课件】机械工程材料绪论
完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/10/30
【材料课件】机械工程材料绪论
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【材料课件】机械工程材料绪论
•2、 分类 （按化学成分分类）
• 金属材料 (综合性能好，用量最大、应用范围最广) • 高分子材料 (质轻、 耐腐蚀，常用于化工、机械、航
空航天等)
• 陶瓷材料 （高强、高硬度、耐腐蚀、绝缘，用于
电器、化工、航空航天等等）
• 复合材料 （轻、高的比强度、比刚度，结合两种材
料的性能优点，用于航空航天等领域）
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【材料课件】机械工程材料绪论
•
•二 机械工程材料的常用性能
•材料使用性能
包 括 两 方 面
•材料工艺性能
•力学性能（强度、塑性韧性等） •物理性能（光、热、电、磁等） •化学性能（氧化、腐蚀等） •生物性能（相容性、自恢复性等）
•加工性能（切削、锻造等） •铸造性能（适合铸造与否） •焊接性能（容易焊接与否） •热处理性能（可热处理强化）
【材料课件】机械工程 材料-绪论
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2020/10/30
【材料课件】机械工程材料绪论
绪论
• 机械工程材料的定义、分类和常用的性 能指标；
• 学习本门课程的目的。
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【材料课件】机械工程材料绪论
一 机械工程材料的定义和分类
1 、 定义 机械工程材料主要指用于机械工程、
电器工程、建筑工程、化工工程、航空 航天工程等领域的材料。
再见，see you again
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【材料课件】机械工程材料绪论
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【材料课件】机械工程材料绪论
•2、 分类 （按化学成分分类）
• 金属材料 (综合性能好，用量最大、应用范围最广) • 高分子材料 (质轻、 耐腐蚀，常用于化工、机械、航
空航天等)
• 陶瓷材料 （高强、高硬度、耐腐蚀、绝缘，用于
电器、化工、航空航天等等）
• 复合材料 （轻、高的比强度、比刚度，结合两种材
料的性能优点，用于航空航天等领域）
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【材料课件】机械工程材料绪论
•
•二 机械工程材料的常用性能
•材料使用性能
包 括 两 方 面
•材料工艺性能
•力学性能（强度、塑性韧性等） •物理性能（光、热、电、磁等） •化学性能（氧化、腐蚀等） •生物性能（相容性、自恢复性等）
•加工性能（切削、锻造等） •铸造性能（适合铸造与否） •焊接性能（容易焊接与否） •热处理性能（可热处理强化）
【材料课件】机械工程 材料-绪论
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【材料课件】机械工程材料绪论
绪论
• 机械工程材料的定义、分类和常用的性 能指标；
• 学习本门课程的目的。
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【材料课件】机械工程材料绪论
一 机械工程材料的定义和分类
1 、 定义 机械工程材料主要指用于机械工程、
电器工程、建筑工程、化工工程、航空 航天工程等领域的材料。
工程材料绪论全解PPT课件
石器
陶器
瓷器 4
我国青铜的冶炼在夏朝(公元前2140年始)以前就开始了，到殷、西周时期已发展到很高的水 平。青铜主要用于制造各种工具、食器、兵器。从河南安阳晚商遗址出土的司母戊鼎重达8750 N, 外型尺寸为1.33 m×0.78 m×1.10 m, 是迄今世界上最古老的大型青铜器。从湖北隋县出土的战 国青铜编钟是我国古代文化艺术高度发达的见证。
1、离子键 当周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素原子接触时，前者失去最外层价电子变
成带正电荷的正离子，后者获得电子变成带负电荷的满壳层负离子。正离子和负离子由静电引力 相互吸引；同时当它们十分接近时发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定的离子键。NaCl、CaO 、Al2O3等由离子键组成。
离子键的结合力很大，因此离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系统小，但脆性大。离子键 中很难产生可以自由运动的电子，所以离子晶体都是良好的绝缘体。在离子键结合中，由于离子 的外层电子比较牢固地被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，所以
工程材料课程介绍
工程材料课程是高等院校机械类专业的一门十分重要的技术基础课。课程的任务是从机械工 程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的成分、加工工艺、组织、结构与 性能之间的关系；介绍常用机械工程材料及其应用等基本知识。
本课程的目的是使学生通过学习，在掌握机械工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具 备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材及制订零件工艺路线的初步能力 。
近年来超导材料、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。 我国在新材料新工艺的研究和应用方面取得重大成果。 ➢ 研制成功性能优越、用途广泛的新型结构钢—贝氏体钢； ➢ 研制出零电阻温度为128.7 K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超导体(铊系超导体)； ➢ 镁铝合金的开发和应用研究取得重大成果。 ➢ 材料快速成型技术和材料表面处理技术在我国得到迅速发展。
工程材料学第一章(小学时) 材料的种类与性能
功能材料:具有优良的电学、磁学、光 学、热学、声学、力学、化学和生物 学功能及其相互转化的功能，被用于 非结构目的的高技术材料。
图1-1 工程材料的分类
§1.2 工程材料的力学性能
性能：使用性能—理化性能、力学性能 工艺性能—热、冷加工性能
力学性能：材料抵抗外加载荷引起的 变形和断裂的能力
外加载荷：静载时材料的力学性能 其他载荷作用下材料的力学性能
表示方法：120HBS10/1000/30
图 布氏硬度测量示意图 (a)加载状态 (b)卸载状态
洛氏硬度
HR--最广泛采用 压头：120°圆锥形金刚石
1/16英寸钢球 10KG→50、90、140 KG→卸主载、保留初载， 消除弹性作用： h1→h2→h3： △h=h3-h1 HR=K-△h/（0.002） 以压痕的深度大小表示硬度值。
冲击韧性动态力学性能指标—抗冲击载荷的能力
测试方法：大能量一次冲击试验(由塑性决定) 小能量多次冲击试验(由强度决定)
αk （单位面积上所消耗的功 ）
αk = Ak/S
缺口背对摆 锤刀口放置
图 夏比U型缺口冲击 试样尺寸
1.2.3.其他性能指标
疲劳极限：N=107次时的最大应力 蠕变极限：一定温度、蠕变速率下的应力 断裂韧性：裂纹失稳扩展的判据
❖
σ<σb 宏观上均匀变形，各部分伸长基本一致
❖
σ>σb 变形集中于某部分，出现缩颈
σb物理意义：表征材料对最大均匀变形的抗力。
塑性指标
断后伸长率 δ=（lk —lo）/lo ×100% 断面收缩率 φ=（So —Sk ）/So ×100%
*δ不反映变形的真实情况
δ5 lo=5do
δ10 lo=5do
图1-1 工程材料的分类
§1.2 工程材料的力学性能
性能：使用性能—理化性能、力学性能 工艺性能—热、冷加工性能
力学性能：材料抵抗外加载荷引起的 变形和断裂的能力
外加载荷：静载时材料的力学性能 其他载荷作用下材料的力学性能
表示方法：120HBS10/1000/30
图 布氏硬度测量示意图 (a)加载状态 (b)卸载状态
洛氏硬度
HR--最广泛采用 压头：120°圆锥形金刚石
1/16英寸钢球 10KG→50、90、140 KG→卸主载、保留初载， 消除弹性作用： h1→h2→h3： △h=h3-h1 HR=K-△h/（0.002） 以压痕的深度大小表示硬度值。
冲击韧性动态力学性能指标—抗冲击载荷的能力
测试方法：大能量一次冲击试验(由塑性决定) 小能量多次冲击试验(由强度决定)
αk （单位面积上所消耗的功 ）
αk = Ak/S
缺口背对摆 锤刀口放置
图 夏比U型缺口冲击 试样尺寸
1.2.3.其他性能指标
疲劳极限：N=107次时的最大应力 蠕变极限：一定温度、蠕变速率下的应力 断裂韧性：裂纹失稳扩展的判据
❖
σ<σb 宏观上均匀变形，各部分伸长基本一致
❖
σ>σb 变形集中于某部分，出现缩颈
σb物理意义：表征材料对最大均匀变形的抗力。
塑性指标
断后伸长率 δ=（lk —lo）/lo ×100% 断面收缩率 φ=（So —Sk ）/So ×100%
*δ不反映变形的真实情况
δ5 lo=5do
δ10 lo=5do
工材基础绪论第一章
“工程材料基础”绪论一、材料在社会发展中的作用1．材料的发展与人类社会的发展紧密联系人类社会历史：石器时代、铜器时代和铁器时代2．我国劳动人民在材料发展上曾取得辉煌成就3．材料在现代科技中占有重要地位材料、信息和能源是现代科技三大支柱二、工程材料的分类及性能特点三、本课程的任务及主要内容材料的性能→应用材料的组织、结构→性能材料的化学成分↘材料的组织材料的加工工艺↗材料的结构即：材料的化学成分↘材料的组织材料的加工工艺↗材料的结构→性能→应用主要内容：金属的晶体结构、合金相结构、金属的结晶、二元合金相图、铁碳合金相图、金属与合金的塑性变形、固态金属中的扩散、热处理原理与工艺、高分子材料结构与性能、陶瓷材料结构与性能四、教学要求教学环节：讲课36，习题课4，实验8 课程特点：技术基础课，掌握原理和方法，联系实际教学要求： 1.认真听课、作好笔记2．复习与作业3．实验与报告4．学习方法：概念、归纳总结、记忆五、考核问题成绩分配：平时成绩：30%（实验15%；习题15%）；考试70%，有期中测验考试方式：期末考试以笔试为主，少量同学可申请口试（人数<10%）六、主要参考书1．“材料科学基础”，马泗春主编，陕西科技出版社2．“Principles of MaterialsScience and Engineering”第三版，作者：William F.Smith,出版社：McGraw-Hill,Inc.第一章金属的晶体结构§1.1金属的概念一、金属的特性金属晶体良好的导电性和导热性正的电阻温度系数具有金属光泽良好的塑性变形能力二、金属原子的结构特点两个特点:(1).最外层电子数少,一般1-2个,且与原子核结合力弱,易成正离子;(2)过渡族金属（Cr,Fe,Co,Ni,Mo等)具有未填满的次外电子层,造成其化合价可变,结合力强等,具有高强度、高熔点的特点三、金属原子的键合方式金属键四、金属原子间的结合力和结合能双原子模型，三原子模型周期势场五、对金属特性的解释金属晶体，导电性和导热性正的电阻温度系数，金属光泽塑性变性能力重点：材料性能与微观结构关系，金属特性及其微观解释，金属键§1.2 金属的晶体性一、晶体的特性固态物质按其原子或分子的排列特征，可分为晶体和非晶体。
工程材料第一章wu
工程材料第一章1.1 工程材料的概念工程材料是指在工程建设中用作建筑构件和工程设备制造所需材料的统称。
它们的种类、性能、用途大不相同，主要包括金属材料、非金属材料和复合材料等。
1.2 工程材料的分类1.2.1 金属材料金属材料是指具有金属特性的材料。
主要包括铁、钢、铜、铝、锌、镁、钛、铅、锡、金、银等常用的金属材料。
金属材料的特点是具有良好的导电、导热、塑性、韧性等性能，可用于制造各种类型的构件和零部件。
1.2.2 非金属材料非金属材料是指除金属以外的所有材料。
主要包括玻璃、陶瓷、塑料、橡胶、木材、纤维等。
不同种类的非金属材料具有不同的特性，如硬度、韧性、透明度、阻燃性等。
它们被广泛地应用于建筑、交通、电子、化工等领域。
1.2.3 复合材料复合材料是指两种或两种以上不同材料通过各种方法结合而成的材料。
复合材料通常具有很高的强度和刚度，同时可以降低材料的密度。
它们被广泛地应用于航空、汽车、体育器材等领域。
1.3 工程材料的应用工程材料的应用非常广泛，从建筑到交通，从电子到化工等等。
以下是其中一些应用范围的简介：1.3.1 建筑工程材料在建筑中的应用范围非常广泛。
例如，钢材、水泥、玻璃、木材等等都是建筑中常用的材料，它们被用来制造房屋的结构、墙体、窗户等等。
1.3.2 交通工程材料在交通领域也有广泛的应用，例如，汽车、火车、飞机等交通工具的制造都离不开各种金属、塑料等工程材料。
此外，道路、桥梁、隧道等交通建筑也需要大量的工程材料来建造。
1.3.3 电子在电子领域中，工程材料被用于制造电路板、元器件、电池等设备。
例如，半导体材料、导体材料、绝缘材料等等都是电子领域中重要的工程材料。
1.3.4 化工化工领域是工程材料的重要应用领域之一，例如，工程塑料、橡胶材料、高分子材料等等都被广泛地应用于化工生产中的制造设备、管道、容器等等。
1.4 工程材料的发展趋势随着科学技术的不断进步，工程材料的种类越来越多，性能越来越优越。
第1章 工程材料基础
0 6）晶格常数。 晶胞中各棱边的长度，单位为A1A 1010 m 0
7）金属中常见的晶体结构 体心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八 个角上和立方体的中心各有一个原子，如图1-2a。其原 子个数为：1 / 8 8 1 2 ，如铬、钠等。
图1-2a 体心立方晶格
面心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八个 角上和立方体的六个面的中心各有一个原子，如图1-2b。 其原子个数为： 1 / 8 8 1 / 2 6 4，如铝，铜等。
图1-2b ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ心立方晶格
密排六方晶格：晶胞是一个正六方柱体，在六方柱体 的十二个角上和上、下底面的中心各有一个原子，在上、 下底面之间还均匀分布着三个原子如图1-2c。其原子个数 1 / 6 12 1 / 2 2 3 6 ，如镁、锌等。 为：
4）结晶过程。 晶体形核和成长过程。如图1-7所示，在 液体金属开始结晶时，在液体中某些区域形成一些有规则 排列的原子团，成为结晶的核心，即晶核 （形核过程）。 然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大，形成 晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时，新的晶核又继续 产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触，液态金属完 全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一，大 小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界。
图1-7 结晶过程示意图
5）单晶体。 结晶后，每个晶核长成为一个晶体，称为 单晶体。
6）多晶体。 由许多外形不规则、大小不等、排列位向 不同的小颗粒晶体组成。在多晶体中，这些小颗粒晶体 叫晶粒；晶粒与晶粒之间的界面叫晶界。晶粒的大小影 响材料的力学、物理、化学性能，一般情况下，晶粒越 细，强度和硬度越高，塑性和韧性越好。因为晶粒越细 小，晶界就多，晶界处的晶体排列极不规则，界面犬牙 交错，互相咬合，因而加强了金属之间的结合力。 7 ）细晶强化。 用细化晶粒的方法来提高金属材料的力 学性能。金属凝固后的晶粒大小与凝固过程中形核的多 少和晶核长大速度有关，晶核越多，长大速度越慢，晶 粒越细。而过冷度越大，产生的晶核越多，晶核多，每 个晶核长大受到制约，形成的晶粒就越细小。
工程材料学—绪论
绪论—材料的定义
材料：用以制造各种机器、器件、结构等具有某种
特性的物质的实体。
绪论—材料的定义
材料：人类赖以生存和发展的物质基础。
材料：人类社会文明程度的标志。
绪论—材料的历史
石器时代
陶器时代
绪论—材料的历史
绪论—材料的历史
青铜器时代、铁器时代
绪论—材料的历史
新材料的使用对人类社会经济和科技的发展起 着重要的推动作用：
绪论—材料的分类
三大类材料：
黑色金属（Ferrous Metal）— 钢铁、锰、铬及其合金
金属材料
有色金属（Nonferrous Metal）— 铝、铜、镁、钛等及其合金 金属材料的结合键主要是金属键。 金属材料是工程领域内应用最广泛的工程材料。
无机非金属材料 （陶瓷材料）
—陶瓷、玻璃、水泥等
陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键
工程材料
Engineering materials
重要提示
一、关于课程
1、本课程是机械设计制造及其自动化专业的专业基础课； 2、本课程的先修课程是物理化学、材料力学； 3、本课程共40学时：理论教学34学时，实验12学时（6次，折合6学 时）。
二、关于纪律
1、旷课3次及以上，取消考试资格； 2、缺实验1次及以上，课程成绩以0分计。
和共价键。
有机高分子材料 —塑料、橡胶、涂料、纤维等
高分子材料的结合键主要是共价键、氢键和分子键。
绪论—课程的性质和任务
课程的性质：
《工程材料》课程是机械类和近机类各专业的专业基础课。
课程的主要任务：
根据零件的工作（服役）条件与性能要求，合理选择材料，确定加工工 艺及路线，保证材料性能潜力的充分发挥，获得理想的使用性能，提高产 品零件的质量，节省材料，降低成本。即：
工程材料绪论 工程材料 教学课件
陶瓷材料：该类材料近20年中再度 兴起，以研制陶瓷发动机为契机， 在世界范围内兴起了陶瓷热。应该 看到，陶瓷作为工程材料，在实际 应用中尚有许多问题待解决，而陶 瓷用作功能材料，已经获得了大量 的成果，在高技术领域中占有重要 地位。
复合材料：用两种或两种以上不同性质的 材料，通过不同工艺方法组合而成的多相 材料称复合材料。现代科学技术对材料提 出了许多特殊的要求，如要求同一零件需 具有某些一种材料难以同时具备的性能， 甚至要求具有某些相互矛盾的性能，采用 复合材料，可以较好地满足这些要求。
曲轴的疲劳断裂，由于热处 理不佳造成应力集中而断裂
CrWMn钢锻后冷速过快产生裂纹
某发电机精铸风机叶片，因铸造缺陷运行4600小 时后发生断裂
钢加热过烧龟裂
为满足人类生产和生存的需要，人们不断探 索材料的微观奥秘，发现材料性能是与材料的微 观结构有关，19世纪末，光学显微镜帮助人们迈 入了材料的微观世界。20世纪初，X射线衍射用 于测定金属的晶体结构。50-60年代，电子显微 镜使人们看到材料内部更细微的结构以至原子排 列的图像。70年代以后，光电子能谱可以研究几 个原子层中的成分和状态的变化。深入的研究证 明，材料成分和处理工艺主要是通过改变材料内 部的微观组织而影响材料的性能。
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。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
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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。
核能材料
耐核 中反 子应 辐堆 射材 、料 腐： 蚀 、 高 温
Nuclear power station at Leibstadt, Switzerland
金属材料
无机非金属材料 高分子材料 复合材料
按用途划分
电子信息材料 航空航天材料 能源材料 生物医用材料
按性能划分
结构材料 功能材料
按应用与 发展划分
传统材料 新材料
材料的分类
金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料
材料的分类 金属
Way?
复合材料
陶瓷
高分子
材料
无机材料
有机材料
What? 各类材料的性能特点
碳纤维 1000－
复合材 1200
料
（顺纤维
方向）
625－ 750
航天飞机
在美国卡拉维纳 尔角航天基地待升空 的（穿梭机）。它是 人类高技术的结晶。 它应用了成千上万种 材料，特别是一些高 技术的新型材料（本 照片选自美国 Kennedy Space Center 的
Tourbook）。
1980’s：高温超导体
這件江蘇南京出土的吳國青 瓷羊是成熟青瓷的代表作。
人类使用材料的七个时代的开始时间
公元前 10 万年 公元前 3000 年 公元前 1000 年
公元 0 年 公元 1800 年 公元 1950 年 公元 1990 年
石器时代 青铜时代 铁器时代 水泥时代
钢时代 硅时代 新材料时代
两次工业革命都是以新材料 的发明和广泛应用为先导的
青铜：第一种合金
• 青铜，古称金或吉金，是红铜
与其它化学元素（锡、镍、铅、 磷等）的合金。
• 史学上所称的“青铜时代”是
指大量使用青铜工具及青铜礼
器的时期。保守的估计，这一
时期主要从夏商周直至秦汉，
时间跨度约为两千年左右，这
夏钺
也是青铜器从发展、成熟乃至
鼎盛的辉煌期。
• 到春秋戰國時期，齊國工匠總
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。
能源
新能源材料则是指实现新能源的
转化和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
What？华夏文明的独特贡献
• 瓷器則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，中國已能 燒製出成熟的青瓷，完成了 由原始瓷器向標準瓷器的過 渡。
司母戊鼎
• 司母戊鼎，商代大鼎， 1939年出土，鼎高133厘 米，重875公斤。為已知 的中國古代體量最大的青 銅器。
• 銅禁，中國已知最早應用 失蠟法鑄造的作品，春秋 時代的楚國王子午墓出土 的，年代為公元前6世紀。
1000BC—— 铁器时代（Iron Age）
1450BC——铁制车轮
1500AD——廉价的冶铁业
届时不到，按中心有关规定处理）。
教学目的：研究解决选材问题
课程性质：机械类工科学生必修课 重 要 性：例 教学方法：讲、自学、提问、讨论等
教学内容：研究材料内部成分、内部 结构与性能之间的关系。
绪
绪
结业考核：
期末考试 80分 平时成绩 20分（作业及实验等）
绪
绪
材料发展总的趋势
复合材料
金属
射程(公里)
导弹壳体材料与射程的关系示意图
长征火箭壳体： 铝合金744Kg，碳纤维401Kg 减重343Kg，射程增加1476Km
材料发展总的趋势
探索生命本质
新能源与再生能源
生物科学技术 信息科学技术 人
海洋科学技术
探索智力
探索物质结构
新材料科 学技术
空间科学技术
探索海洋奥秘
建筑
交通
汽车
福特2000与西纳给2010这两款 由材料工程师设计的汽车将成 为未来交通工具。
汽车用高强钢，比原先的轻 24%，而强度高34%。
轻质材料
实例 压气机叶片
压气机机匣
飞机尾翼
材料 强度范围 比强度
MPa
MPa
铝合金 150-450 55－160
钛合金 350-1100 80－245
钨、钼电极。
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
第一台电子管组成的计算机重 达30吨，用电相当于一个小的城 市。
生物、生活－材料技术的发展改变我们
的生活
仿真手臂
人 工 关 节 微机械
“自行车发烧友” 的首选
钛结构自行车架
“材料贯穿于机 械工程的始终。”
• 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世纪中叶以 来）：单晶硅材料对电子技术的发 明和应用起了核心作用。
总结：
• 正是由于新材料的不断发明 和应用，才可能有当今“第 三次革命”---信息革命的产 生；使人类进入了一个新的 时代---信息时代
核心关系
而其核心是围绕: “结构与性能”的相互辩证关系。
What? “组织结构”
绪
绪
课程名称：工程材料
学 时： 讲课：27学时 实验：2×2学时
教 材：《工程材料》
教 师： 孙 兼
绪
绪
实验报告及指导书：
《金工实验》工程材料部分
实验时间：各小班课代表与工程训练中心 教学部刘老师商定
（注：时间一旦确定，不能随意更改，请 准时参加。
环境科学技术
探索宇宙空间
图1.1 高技术体系示意图
发展高技术新材料技术及 其产业化将是21世纪经济 发展的支柱性产业，并对 其它高技术起先导、带动 作用。
材料发展总的趋势
21世纪重点发展的高技术领域的材料选择
1．信息科学技术
信息材料
2．新能源科学技术
新能源材料
3．生物科学技术
生物材料
4．空间科学技术
发展高技术新材料技术及其产业化将是21世纪经 济发展的支柱性产业，并对其它高技术起先导、 带动作用；
重视材料制备、使用到废弃全寿命周期中，与 资源、能源和生态环境的协调性，发展生态环 境材料，实现材料的可持续发展。
材料发展的市场需求
B-777上用的先进材料
材料发展的市场需求
塑料10%--20% 铝合金5%--10%
金属材料——主要为金属键。
– 热和电的良导体 – 具有良好的强度与延展性以及金属光泽
陶瓷材料——通常为离子键或共价键。
– 绝缘体而且比较耐热。
高分子材料——通常为共价键、分子键和
氢键，以共价键为主。 – 分子结构都非常巨大 – 通常密度较低，在高温下不稳定。
复合材料——性能的复合.
玻璃纤维增强高分子 复合材料
• 新材料是人类社会进步、 世界革命和提高人类生活 品质中具有特别重要的基 础和先导作用，其发展对 提高国家的综合国力和国 际实力具有巨大的推动作 用和深远的影响。
材料发展态势
• 材料发展的动力来自市场需求和
科技发展两个方面发展总的 趋势
材料发展总的态势
用新技术对现有材料的更新、改造依然是关注的 重点
工程训练中心
绪
绪
绪
绪
课程简介
• ⒈《工程材料及机械制造基础》是讲述常用工 程材料及机械零件加工方法，即从选择材料、 制造毛坯、直到加工出零件全过程的综合性课 程。
• 内容包括： • ⑴工程材料 • ⑵热加工基础 • ⑶切削加工基础 • ⑷互换性原理
• 零件的合格标准包括两方面： • ⑴几何形状标准：包括形状、位置、尺
烧 结 前
烧 结 后
钨钒钢（W-V steel） 铬钒钢（Cr-V steel） 镍基高温合金（Hastelloy material） uranium oxide beads
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。
电子管——晶体管——集成电路
锗、硅半导体。
单晶硅片，高纯钛、 SiO2和铬等薄膜
材料的地位与作用
材料是生产与生活的物质基 础。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、信息、 能源合称现代技术的三大支柱
人类利用材料的历史， 就是一部人类进化和 进步的历史。
400,000 BC——4,500 BC 石器时代（Stone Age）
• 燧石：神奇的 石头
空间技术用材料
5．生态环境科学技术 环保材料
6．用高技术改造、更新现有材料，发展材料科学技术
材料－技术大厦的砖石
• 材料是所有科技进步的核心
建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程 无一不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破。
没有钢铁材料，就没有今天的高楼大厦； 没有专门为喷气发动机设计的材料，就没有靠飞机旅行的今天； 没有耐高温复合涂层材料，就没有人类探索外空的飞船； 没有固体微电子电路，就没有计算机。
寸精度和表面粗糙度； • ⑵性能指标：包括力学性能、化学性能
和物理性能。
材料科学是在物理、化学及 力学等基础上建立起来的综 合科学；研究的是材料的化 学成分、组织结构与性能之 间的关系。
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。
核能材料
耐核 中反 子应 辐堆 射材 、料 腐： 蚀 、 高 温
Nuclear power station at Leibstadt, Switzerland
金属材料
无机非金属材料 高分子材料 复合材料
按用途划分
电子信息材料 航空航天材料 能源材料 生物医用材料
按性能划分
结构材料 功能材料
按应用与 发展划分
传统材料 新材料
材料的分类
金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料
材料的分类 金属
Way?
复合材料
陶瓷
高分子
材料
无机材料
有机材料
What? 各类材料的性能特点
碳纤维 1000－
复合材 1200
料
（顺纤维
方向）
625－ 750
航天飞机
在美国卡拉维纳 尔角航天基地待升空 的（穿梭机）。它是 人类高技术的结晶。 它应用了成千上万种 材料，特别是一些高 技术的新型材料（本 照片选自美国 Kennedy Space Center 的
Tourbook）。
1980’s：高温超导体
這件江蘇南京出土的吳國青 瓷羊是成熟青瓷的代表作。
人类使用材料的七个时代的开始时间
公元前 10 万年 公元前 3000 年 公元前 1000 年
公元 0 年 公元 1800 年 公元 1950 年 公元 1990 年
石器时代 青铜时代 铁器时代 水泥时代
钢时代 硅时代 新材料时代
两次工业革命都是以新材料 的发明和广泛应用为先导的
青铜：第一种合金
• 青铜，古称金或吉金，是红铜
与其它化学元素（锡、镍、铅、 磷等）的合金。
• 史学上所称的“青铜时代”是
指大量使用青铜工具及青铜礼
器的时期。保守的估计，这一
时期主要从夏商周直至秦汉，
时间跨度约为两千年左右，这
夏钺
也是青铜器从发展、成熟乃至
鼎盛的辉煌期。
• 到春秋戰國時期，齊國工匠總
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。
能源
新能源材料则是指实现新能源的
转化和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
What？华夏文明的独特贡献
• 瓷器則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，中國已能 燒製出成熟的青瓷，完成了 由原始瓷器向標準瓷器的過 渡。
司母戊鼎
• 司母戊鼎，商代大鼎， 1939年出土，鼎高133厘 米，重875公斤。為已知 的中國古代體量最大的青 銅器。
• 銅禁，中國已知最早應用 失蠟法鑄造的作品，春秋 時代的楚國王子午墓出土 的，年代為公元前6世紀。
1000BC—— 铁器时代（Iron Age）
1450BC——铁制车轮
1500AD——廉价的冶铁业
届时不到，按中心有关规定处理）。
教学目的：研究解决选材问题
课程性质：机械类工科学生必修课 重 要 性：例 教学方法：讲、自学、提问、讨论等
教学内容：研究材料内部成分、内部 结构与性能之间的关系。
绪
绪
结业考核：
期末考试 80分 平时成绩 20分（作业及实验等）
绪
绪
材料发展总的趋势
复合材料
金属
射程(公里)
导弹壳体材料与射程的关系示意图
长征火箭壳体： 铝合金744Kg，碳纤维401Kg 减重343Kg，射程增加1476Km
材料发展总的趋势
探索生命本质
新能源与再生能源
生物科学技术 信息科学技术 人
海洋科学技术
探索智力
探索物质结构
新材料科 学技术
空间科学技术
探索海洋奥秘
建筑
交通
汽车
福特2000与西纳给2010这两款 由材料工程师设计的汽车将成 为未来交通工具。
汽车用高强钢，比原先的轻 24%，而强度高34%。
轻质材料
实例 压气机叶片
压气机机匣
飞机尾翼
材料 强度范围 比强度
MPa
MPa
铝合金 150-450 55－160
钛合金 350-1100 80－245
钨、钼电极。
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
第一台电子管组成的计算机重 达30吨，用电相当于一个小的城 市。
生物、生活－材料技术的发展改变我们
的生活
仿真手臂
人 工 关 节 微机械
“自行车发烧友” 的首选
钛结构自行车架
“材料贯穿于机 械工程的始终。”
• 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世纪中叶以 来）：单晶硅材料对电子技术的发 明和应用起了核心作用。
总结：
• 正是由于新材料的不断发明 和应用，才可能有当今“第 三次革命”---信息革命的产 生；使人类进入了一个新的 时代---信息时代
核心关系
而其核心是围绕: “结构与性能”的相互辩证关系。
What? “组织结构”
绪
绪
课程名称：工程材料
学 时： 讲课：27学时 实验：2×2学时
教 材：《工程材料》
教 师： 孙 兼
绪
绪
实验报告及指导书：
《金工实验》工程材料部分
实验时间：各小班课代表与工程训练中心 教学部刘老师商定
（注：时间一旦确定，不能随意更改，请 准时参加。
环境科学技术
探索宇宙空间
图1.1 高技术体系示意图
发展高技术新材料技术及 其产业化将是21世纪经济 发展的支柱性产业，并对 其它高技术起先导、带动 作用。
材料发展总的趋势
21世纪重点发展的高技术领域的材料选择
1．信息科学技术
信息材料
2．新能源科学技术
新能源材料
3．生物科学技术
生物材料
4．空间科学技术
发展高技术新材料技术及其产业化将是21世纪经 济发展的支柱性产业，并对其它高技术起先导、 带动作用；
重视材料制备、使用到废弃全寿命周期中，与 资源、能源和生态环境的协调性，发展生态环 境材料，实现材料的可持续发展。
材料发展的市场需求
B-777上用的先进材料
材料发展的市场需求
塑料10%--20% 铝合金5%--10%
金属材料——主要为金属键。
– 热和电的良导体 – 具有良好的强度与延展性以及金属光泽
陶瓷材料——通常为离子键或共价键。
– 绝缘体而且比较耐热。
高分子材料——通常为共价键、分子键和
氢键，以共价键为主。 – 分子结构都非常巨大 – 通常密度较低，在高温下不稳定。
复合材料——性能的复合.
玻璃纤维增强高分子 复合材料
• 新材料是人类社会进步、 世界革命和提高人类生活 品质中具有特别重要的基 础和先导作用，其发展对 提高国家的综合国力和国 际实力具有巨大的推动作 用和深远的影响。
材料发展态势
• 材料发展的动力来自市场需求和
科技发展两个方面发展总的 趋势
材料发展总的态势
用新技术对现有材料的更新、改造依然是关注的 重点
工程训练中心
绪
绪
绪
绪
课程简介
• ⒈《工程材料及机械制造基础》是讲述常用工 程材料及机械零件加工方法，即从选择材料、 制造毛坯、直到加工出零件全过程的综合性课 程。
• 内容包括： • ⑴工程材料 • ⑵热加工基础 • ⑶切削加工基础 • ⑷互换性原理
• 零件的合格标准包括两方面： • ⑴几何形状标准：包括形状、位置、尺
烧 结 前
烧 结 后
钨钒钢（W-V steel） 铬钒钢（Cr-V steel） 镍基高温合金（Hastelloy material） uranium oxide beads
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。
电子管——晶体管——集成电路
锗、硅半导体。
单晶硅片，高纯钛、 SiO2和铬等薄膜
材料的地位与作用
材料是生产与生活的物质基 础。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、信息、 能源合称现代技术的三大支柱
人类利用材料的历史， 就是一部人类进化和 进步的历史。
400,000 BC——4,500 BC 石器时代（Stone Age）
• 燧石：神奇的 石头
空间技术用材料
5．生态环境科学技术 环保材料
6．用高技术改造、更新现有材料，发展材料科学技术
材料－技术大厦的砖石
• 材料是所有科技进步的核心
建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程 无一不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破。
没有钢铁材料，就没有今天的高楼大厦； 没有专门为喷气发动机设计的材料，就没有靠飞机旅行的今天； 没有耐高温复合涂层材料，就没有人类探索外空的飞船； 没有固体微电子电路，就没有计算机。
寸精度和表面粗糙度； • ⑵性能指标：包括力学性能、化学性能
和物理性能。
材料科学是在物理、化学及 力学等基础上建立起来的综 合科学；研究的是材料的化 学成分、组织结构与性能之 间的关系。