_工程材料课件
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《工程材料简介》课件
钛合金
钛合金具有高强度、轻量 化和耐腐蚀等优点，常用 于的耐腐蚀 性和高温性能，常用于制 造高温部件和化学反应容 器等。
03 非金属材料
混凝土
混凝土是一种常用的建 筑材料，由水泥、水、 骨料（沙、石）和其他 添加剂混合而成。
混凝土具有良好的抗压 性能，但抗拉强度较低 。
03
钢铁的耐腐蚀性较差，容易生锈，因此需要进行防锈处 理。
铜和铝
铜和铝是另一种常见的金属材料 ，具有良好的导电性和导热性。
铜常用于制造电线、电缆、水管 等，而铝则广泛应用于航空、建
筑和包装等领域。
铜和铝的密度较小，轻便且易于 加工，但强度和硬度相对较低。
其他金属材料
01
02
03
不锈钢
不锈钢是一种具有高度耐 腐蚀性的合金钢，广泛用 于化工、食品、医疗等领 域。
防火性能
材料的燃烧性能以及燃烧时释放的烟雾和有毒气体的量。对于 高层建筑、化工设施等，防火性能是关键的安全考量因素。
无毒与环保性
材料在使用和处置过程中对环境和人体健康的影响。例如 ，室内装修材料应尽量选择低甲醛或无甲醛的产品。
机械性能
材料的强度、韧性、耐磨性等机械性能，决定了材料在不同环境 和使用条件下的安全性。例如，汽车外壳需要具备足够的强度和
材料的循环利用
资源回收
01
将废旧材料进行回收，提取其中有价值的成分，减少对自然资
源的开采。
再生利用
02
将废旧材料经过处理后，重新加工成新的产品，降低生产成本
。
绿色建筑材料
03
采用环保、低能耗、可再生的建筑材料，减少对环境的负担。
智能材料的应用
自适应材料
能够根据环境变化自动调整性能的材料，如智能传感器、自适应 涂层等。
《土木工程材料教案》课件
《土木工程材料教案》PPT课件第一章：土木工程材料概述1.1 课程介绍了解土木工程材料的基本概念、分类及应用领域。
掌握土木工程材料的基本性质和选择原则。
1.2 教学内容土木工程材料的定义和分类土木工程材料的性质土木工程材料的选择原则1.3 教学方法讲授法：介绍土木工程材料的基本概念、分类及应用领域。
互动法：讨论土木工程材料的选择原则及实际应用案例。
1.4 教学目标了解土木工程材料的基本概念、分类及应用领域。
掌握土木工程材料的基本性质和选择原则。
第二章：土木工程材料的性质2.1 课程介绍学习土木工程材料的力学性质、耐久性质和工程性质。
2.2 教学内容土木工程材料的力学性质：强度、弹性、塑性、韧性等土木工程材料的耐久性质：抗渗性、抗碳化性、抗侵蚀性等土木工程材料的工程性质：密度、吸水率、导热性等2.3 教学方法实验法：通过实验了解土木工程材料的性质讲授法：讲解土木工程材料的力学性质、耐久性质和工程性质2.4 教学目标学习土木工程材料的力学性质、耐久性质和工程性质能够理解并应用这些性质来选择合适的土木工程材料第三章：土木工程材料的选择原则3.1 课程介绍学习如何选择合适的土木工程材料，并了解选择原则的重要性。
3.2 教学内容选择原则的定义和重要性选择原则的具体内容：适用性、可靠性、经济性、环境友好性等3.3 教学方法讲授法：讲解选择原则的定义和重要性案例分析法：分析实际案例，理解选择原则的具体应用3.4 教学目标了解选择原则的定义和重要性学习选择原则的具体内容，并能够应用到实际工程中第四章：土木工程材料的测试方法4.1 课程介绍学习土木工程材料的常用测试方法，并了解其在实际工程中的应用。
4.2 教学内容常用测试方法的介绍：拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等测试方法的实际应用案例4.3 教学方法实验法：进行土木工程材料的测试实验讲授法：讲解常用测试方法的基本原理和操作步骤4.4 教学目标学习常用测试方法的基本原理和操作步骤能够理解并应用这些测试方法来评估土木工程材料的性能第五章：土木工程材料的应用案例5.1 课程介绍通过实际案例来学习土木工程材料的选择和应用。
工程材料ppt课件
981 196
370
74
8
实例 玻璃钢 —— 玻璃纤维增强塑料 钨钴类硬质合金 —— 陶瓷颗粒增强钴 轮胎 —— 纤维增强橡胶 钢筋混凝土 ——陶瓷基复合材料 多孔性铁基和青铜基自润滑衬套 —— 夹层结构复合材料 碳纤维/铝锡合金
9
二、常见复合材料 玻璃钢
增强剂 —— 玻璃纤维（主要是SiO2），比强度和比模量高，耐蚀，绝缘。 粘结剂（基体）——热固性的酚醛、环氧树脂，热塑性的聚脂。 性能（与基体相比）—— ( 比 ) 强度，疲劳性能，韧性，蠕变抗力高。 用途 —— 轴承，轴承架，齿轮，车身。 碳纤维树脂复合材料 增强剂 —— 碳纤维 ( 石墨 ) ，强度和弹性模量高，且2000℃以上保持不变；
硼纤维金属复合材料 基体 —— 铝镁及其合金，钛及其合金。 性能 —— 如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳极限高于高强铝合金，比 强度高于钢和钛合金 。 用途 ——航空、火箭 。
如聚乙烯、聚氯乙烯分别由乙烯、氯乙烯聚合而成。 分类 —— 塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂。
2
性能特点 低强度——σb≈100MPa 高弹性 —— 如橡胶的弹性变形率为100~1000%，金属一般为1% ； 低弹性模量 —— 塑料和橡胶分别为金属的 1/10 和 1/1000 。 高耐磨性 ——— 比金属好，如汽车外轮胎。 高绝缘性 低耐热性 低导热性 —— 是金属的1/100 ~1/1000 高热膨胀性 —— 约为金属的 3~10 倍 高耐腐蚀性 —— 耐酸、碱等。 老化 —— 受氧、光、热、机械力等长时间作用后，性能逐渐恶化。
-180℃不变脆。 粘结剂（基体）—— 环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯。 性能（与基体相比）—— 强度，疲劳性能，韧性，耐蚀，蠕变抗力高。 用途 —— 火箭外壳 ，齿轮，轴承，活塞，密封圈，化工容器。
《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
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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。
《土木工程材料》课件
硬度与耐磨性
材料抵抗硬物压入其表面的能力称 为硬度；材料抵抗磨损的能力称为 耐磨性。
材料的耐久性
01 02
耐久性
材料在使用过程中，能够经受住各种自然因素（如阳光、氧气、湿度、 温度等）和环境因素（如化学物质、生物侵蚀等）的作用，保持其原有 性能的能力。
耐火性
材料在火灾情况下保持其完整性和隔热性的能力。
THANKS 感谢观看
《土木工程材料》ppt课件
• 引言 • 土木工程材料的性质 • 土木工程材料分类 • 土木工程材料的应用 • 土木工程材料的发展趋势 • 结语
01 引言
课程简介
01
课程名称：《土木工程材料》
02
适用专业：土木工程、建筑工程等
03
课程性质：专业必修课
04
学分：3学分
课程目标
了解各种土木工程材料的生产工艺、应用范围 和发展趋势。
详细描述
包括钢筋混凝土、玻璃纤维增强塑料等，这些材料具有优异的性能和用途，如钢 筋混凝土具有较高的抗压和抗拉强度，适用于建造高层建筑和大型基础设施。
04 土木工程材料的应用
建筑材料的选用
水泥
用于混凝土、砂浆等建筑材料 ，要求强度等级高、耐久性好
。
钢材
用于梁、柱、板等结构件，要 求具有高强度和良好的塑性、 韧性。
本课程总结
了解土木工程材料的种类 和特性
增强对环保和可持续发展 的认识和实践能力
掌握材料的选择和试验方 法
需要进一步深入研究和学 习的方向
下一步学习建议
01
深入学习与实践
02
参与实际工程项目，应用所学知识进行材料选择和 质量控制
03
参加学术研讨会和交流活动，了解最新研究进展和 技术动态
材料抵抗硬物压入其表面的能力称 为硬度；材料抵抗磨损的能力称为 耐磨性。
材料的耐久性
01 02
耐久性
材料在使用过程中，能够经受住各种自然因素（如阳光、氧气、湿度、 温度等）和环境因素（如化学物质、生物侵蚀等）的作用，保持其原有 性能的能力。
耐火性
材料在火灾情况下保持其完整性和隔热性的能力。
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《土木工程材料》ppt课件
• 引言 • 土木工程材料的性质 • 土木工程材料分类 • 土木工程材料的应用 • 土木工程材料的发展趋势 • 结语
01 引言
课程简介
01
课程名称：《土木工程材料》
02
适用专业：土木工程、建筑工程等
03
课程性质：专业必修课
04
学分：3学分
课程目标
了解各种土木工程材料的生产工艺、应用范围 和发展趋势。
详细描述
包括钢筋混凝土、玻璃纤维增强塑料等，这些材料具有优异的性能和用途，如钢 筋混凝土具有较高的抗压和抗拉强度，适用于建造高层建筑和大型基础设施。
04 土木工程材料的应用
建筑材料的选用
水泥
用于混凝土、砂浆等建筑材料 ，要求强度等级高、耐久性好
。
钢材
用于梁、柱、板等结构件，要 求具有高强度和良好的塑性、 韧性。
本课程总结
了解土木工程材料的种类 和特性
增强对环保和可持续发展 的认识和实践能力
掌握材料的选择和试验方 法
需要进一步深入研究和学 习的方向
下一步学习建议
01
深入学习与实践
02
参与实际工程项目，应用所学知识进行材料选择和 质量控制
03
参加学术研讨会和交流活动，了解最新研究进展和 技术动态
常用工程材料PPT课件
度，部分牌号的铝合金还可以通过热处理进行强化处理； 3、导电导热性好 铝的导电导热性能仅次于银、铜和金； 4、耐蚀性好铝的表面易自然生产一层致密牢固的Al2O3保护膜，能很
好的保护基体不受腐蚀。通过人工阳极氧化和着色，可获得良好 铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金； 5、易加工添加一定的合金元素后，可获得良好铸造性能的铸造铝合金 或加工塑性好的变形铝合金
陶瓷材料
陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。 工业上应用的 典型的传统陶瓷产品如陶瓷器、玻璃、水泥等。随着现代科技的发展，出 现了许多性能优良的新型陶瓷。
陶瓷是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材 料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料 、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
塑料的分类
按使用范围：通用塑料、工程塑料、特种塑料
按受热性能：
[热塑性塑料]：加热时能反复地塑化
[热固性塑料]：加热到熔融温度以上时，形状不再发生变化
塑料特性
质轻、比强度高 塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢铁的1／8～1／4。泡沫塑 料的密度约0．01g／cm3。塑料的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重 量具有重要意义。 化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾 的“王水”中仍很稳定。 优异的电绝缘性 塑料有良好的电绝缘性，介质损耗小，其电绝缘性可与陶瓷、橡胶等 绝缘材料相媲美。 减摩、耐磨性好 塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数小，有些塑料(如聚四 氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。因此，塑料可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件 。 消声和吸振性好 塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常 被用作隔音材料。 成形加工性好 塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成形方法，且工艺简单，生产率 高。 耐热性差 多数塑料只能在100℃左右使用，少数品种可在200℃左右使用；易老化( 因光、热、载荷、水、碱、酸、氧等的长期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等现象，称 老化)；导热性差，约为金属的1／500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。
好的保护基体不受腐蚀。通过人工阳极氧化和着色，可获得良好 铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金； 5、易加工添加一定的合金元素后，可获得良好铸造性能的铸造铝合金 或加工塑性好的变形铝合金
陶瓷材料
陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。 工业上应用的 典型的传统陶瓷产品如陶瓷器、玻璃、水泥等。随着现代科技的发展，出 现了许多性能优良的新型陶瓷。
陶瓷是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材 料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料 、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
塑料的分类
按使用范围：通用塑料、工程塑料、特种塑料
按受热性能：
[热塑性塑料]：加热时能反复地塑化
[热固性塑料]：加热到熔融温度以上时，形状不再发生变化
塑料特性
质轻、比强度高 塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢铁的1／8～1／4。泡沫塑 料的密度约0．01g／cm3。塑料的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重 量具有重要意义。 化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾 的“王水”中仍很稳定。 优异的电绝缘性 塑料有良好的电绝缘性，介质损耗小，其电绝缘性可与陶瓷、橡胶等 绝缘材料相媲美。 减摩、耐磨性好 塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数小，有些塑料(如聚四 氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。因此，塑料可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件 。 消声和吸振性好 塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常 被用作隔音材料。 成形加工性好 塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成形方法，且工艺简单，生产率 高。 耐热性差 多数塑料只能在100℃左右使用，少数品种可在200℃左右使用；易老化( 因光、热、载荷、水、碱、酸、氧等的长期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等现象，称 老化)；导热性差，约为金属的1／500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。
工程材料及热加工工艺基础课件
工程材料及热加工工艺根底
第一章 绪 论
一、材料科学的开展 二、物质的状态 三、原子间的结合键 四、工程材料的分类及热加工工艺
材料是人类生产和生活 所必须的物质根底。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
材料的开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
包括： 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料
现代航空发动机燃烧室 温度最高的材料就是通 过粉末冶金法制备的氧 化物粒子弥散强化的镍 基合金复合材料。很多 高级游艇、赛艇及体育 器械等是由碳纤维复合 材料制成的，它们具有 重量轻，弹性好，强度 高等优点。
4、分子键
原子态惰性气体范德华力
特点：分子键很弱，晶体低熔点，低沸点，低硬度，易压缩
塑料，橡胶 链与链 → 范德华力 硬度<金属 耐热性差，不具有导电能力
机械零件加工工艺
铸造
锻压 材
料
焊接
型材
粉末冶金
毛
热处理
零
坯
件
切削加工
熔点高、硬度高、 耐腐蚀、脆性大
分为陶瓷、水泥、 玻璃、耐火材料
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。
陶瓷制品
陶瓷发动机
高分子材料
共
以分子键和共价键为
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构造的认识从最初的假想到科 学的现实。
Si表面的重构图象
第一章 绪 论
一、材料科学的开展 二、物质的状态 三、原子间的结合键 四、工程材料的分类及热加工工艺
材料是人类生产和生活 所必须的物质根底。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
材料的开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
包括： 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料
现代航空发动机燃烧室 温度最高的材料就是通 过粉末冶金法制备的氧 化物粒子弥散强化的镍 基合金复合材料。很多 高级游艇、赛艇及体育 器械等是由碳纤维复合 材料制成的，它们具有 重量轻，弹性好，强度 高等优点。
4、分子键
原子态惰性气体范德华力
特点：分子键很弱，晶体低熔点，低沸点，低硬度，易压缩
塑料，橡胶 链与链 → 范德华力 硬度<金属 耐热性差，不具有导电能力
机械零件加工工艺
铸造
锻压 材
料
焊接
型材
粉末冶金
毛
热处理
零
坯
件
切削加工
熔点高、硬度高、 耐腐蚀、脆性大
分为陶瓷、水泥、 玻璃、耐火材料
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。
陶瓷制品
陶瓷发动机
高分子材料
共
以分子键和共价键为
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构造的认识从最初的假想到科 学的现实。
Si表面的重构图象
《建筑工程材料》ppt课件
原料准备
选择适当的原料，进行清洗、破碎、筛分等预处 理。
成型
将混合好的物料进行压制、挤出、浇注等成型操 作，得到所需形状的制品。
ABCD
配料与混合
按照一定比例将各种原料进行配料，并通过混合 设备充分混合均匀。
养护与烘干
对成型后的制品进行养护和烘干，以确保其达到 预定的性能要求。
加工方法与设备
破碎与筛分
面临的挑战与机遇
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
资源短缺
随着城市化进程的加速 和建筑业的快速发展， 对建筑材料的需求不断 增加，资源短缺问题日 益突出。
环境污染
传统建筑材料生产过程 中产生的废气、废水和 固废对环境造成严重污 染，亟待采取有效措施
加以治理。
技术创新
随着科技的不断进步， 新型建筑材料的研发和 应用为建筑业发展带来 新的机遇。通过技术创 新，可以实现建筑材料 的升级换代，提高材料
玻璃
玻璃的种类
根据生产工艺和用途的不同，可 分为平板玻璃、钢化玻音等优点 。
玻璃的应用
主要用于建筑门窗、幕墙等工程 中。
2023
PART 03
建筑工程材料的性能与特 点
REPORTING
物理性能
密度与比重
材料的密度和比重是基本的物理性能，影响 材料的强度、硬度等。
材料抵抗硬物压入的能力，与耐磨性密切相 关。
耐久性能
耐老化性
材料在长期使用过程中的性能稳定性 。
耐疲劳性
材料在反复荷载作用下的抗疲劳能力 。
耐久性
材料在复杂环境条件下的长期性能表 现。
可维护性
材料在使用过程中的可修复性和维护 便利性。
2023
2024版《土木工程新材料》PPT课件
CHAPTER 06
土木工程新材料的未来发展趋势
新材料的研发方向与挑战
高性能混凝土
提高耐久性、减少环境负荷、增强施工性能。
智能材料
自修复、自适应、传感与驱动一体化。
纤维增强复合材料
轻质高强、耐腐蚀、设计灵活性。
挑战
成本、技术标准、环境影响、市场接受度。
新材料在土木工程中的潜在应用
01
高性能混凝土用于大跨 度桥梁、高层建筑、海 洋工程等。
选用优质的水泥、骨料、 掺合料和外加剂等原材 料，保证混凝土的高性
能。
配合比设计
通过合理的配合比设计， 优化各原材料的比例， 实现高性能混凝土的优
异性能。
搅拌工艺
采用高效搅拌设备，确 保混凝土搅拌均匀，提 高混凝土的工作性和力
学性能。
养护措施
采取适当的养护措施， 保证高性能混凝土的强
度发展和耐久性。
土木工程新材料之纳米材料
纳米材料的定义与特点
定义 高比表面积 量子尺寸效应 优异的力学性能
纳米材料是指至少有一维尺寸在1-100纳米范围内的材料，具有独 特的物理、化学和机械性能。
纳米材料具有极高的比表面积，使其具有优异的吸附和催化性能。
当材料尺寸减小到纳米级别时，电子的波动性质变得显著，导致 材料的电学、光学和磁学性能发生变化。
适应性
能够适应不同的环境和条件，保 持其功能和性能。
智能材料的制备技术
01
02
03
复合技术
通过复合不同的材料，实 现智能材料的感知和响应 功能。
纳米技术
利用纳米技术制备智能材 料，提高其感知和响应的 灵敏度和精度。
生物技术
借鉴生物体的感知和响应 机制，制备具有生物活性 的智能材料。
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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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。
为了达到这个目标，要求整车重量要减轻40%~50%，其
中，车体和车架的重量要求减轻50%，动力及传动系统
必须减轻10%。
27
宝马Z-3 东风车架
28
例如，美国福特公司新车型中使用的主要材料如图 所示。从图中可见，黑色金属用量将大幅减少，而 铝、镁合金用量将大幅增加。
29
在航天航空和国防工业上，材料减重，获得的效益 更大，如卫星减重1kg，可减少发射推力5kg，如对一枚 小型洲际导弹，减轻结构质量1kg，在有效载荷不变的条 件下，可增加射程15km左右，可减轻导弹起飞质量约 50kg。
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。
…… 42
工程材料根据其属性和结合键性质可分为： 金属材料 高分子材料 陶瓷材料 复合材料 ……
43
用于机械结构和机械零件并且主要要求力学
性能的工程材料分类如下：
铸铁
黑
色
金
属
碳
钢
金 属 材 料
有
色
金属合金钢源自铝合金铜合金其
他
有
色
金
属
塑料
机械工程材料
高
分
子
材
金属钛中的位错
39
材料发展的历程示意图
40
1.2 材料的分类
根据工程用途可分为：
机械工程材料
土建工程材料
电工材料
电子材料
……
41
根据使用性能可分为：
利用其力学性能的结构材料（主要是强调
强度、硬度、塑性、韧性等力学性能，用来制 造机器零件和工程构件的材料）。
利用其物理性能的功能材料（是指具有特
殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和理 化效应的各种新材料。用以对信息和能量的感 受、计测、传导、显示、发射转换和变换的目 的，是现代高新技术发展的物质基础）。
35
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
36
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。
工程材料的性能主要是指材料的使用性能和工艺 性能。
将未经成型的坯料加工成零件所要求的形状和性 能所采取的手段。
53
结构：材料中各原子 的具体组合状态。 一般通过X-射线衍 射或透射电镜研究。
Al的高分辨透射电镜象
纯铁晶体的X-射线衍射谱
透射电镜衍射斑54点
在Au-Pa薄膜上用AFM探针的纳米 雕刻（北大）
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％
Si表面的重构图象
X-射线衍射仪
37
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
38
• 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。
30
至于航天飞机，机体表面温度会高达1000℃以上，只能 采用高温合金材料及防氧化涂层；目前，玻璃纤维增强 塑料等复合材料在飞机、航天飞行器上已获得广泛应用。
31
原子弹、氢 弹的爆炸， 卫星、飞船 的上天等都
中
造 卫 星
国 第 一 颗
人
说明了我国
中
国
在材料的开
第
发、研究及
一 颗
应用等方面
原 子
有了飞跃的
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。
55
组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观察到 的金属内部的情景。
• 习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的组织称低倍 组织或宏观组织。
• 放大100∼2000倍的组织称高倍组织或显微组织。 • 在电子显微镜下放大几千∼几十万倍的组织称精细组
织或电镜组织。
56
钢的宏观组织、显
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
料
合
橡 成
胶 纤
维
胶 粘 剂
陶
瓷
材
料
传
特
统 种
陶 陶
瓷 瓷
金属基复合材料
复
合
材
料
高
分
子
基复合材
料
陶
瓷
基
复
合
材
料
44
铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界 年产量已达14亿吨，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
45
金属材料制品
46
陶瓷制品
陶瓷发动机
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
1903年世界上第一架飞机所用的主要结构材料是木 材和帆布，飞行速度仅16km/h；1911年硬铝合金研制成 功，金属结构使飞机性能和速度获得一个飞跃；喷气式 飞机超过音速，高温合金材料制造涡轮发动机起到重要 作用；当飞机速度达到2-3倍音速时，飞机表面温度会升 到300℃ ，飞机材料只能采用不锈钢或钛合金；
绪论 材料结构的基本知识
钢的热处理 工业用钢
材料的晶体结构
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。
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。
研制人员经过多次的实验最终选定了一种低密度的烧蚀防热材
料，使得飞船外部即使是在零下100度到零上3000度的时候，舱
内温度仍能保持在零上20度左右。
34
神七宇航员在出舱进行太空行走时，将可轻巧地捡起一枚 1分硬币，依靠这些橡胶制品可以在零下120℃至120℃温 度范围内具有足够的柔韧性，又具有耐太空辐射和宇宙漂 浮颗粒物等侵害的特殊性能。
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。
47
高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮 船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业 中被广泛应用。