1、機械工程材料機械工程材料主講：尤 芳20212021年年1111月月1212日日機械工程材料機械工程材料v 課程內容：課程內容：v 緒 論 v 第第1 1章章 材料的性能材料的性能v 第第2 2章章 材料的結構材料的結構v 第第3 3章章 材料的凝固材料的凝固v 第第4 4章章 鐵碳合金相圖與碳鋼鐵碳合金相圖與碳鋼v 第第5 5章章 金屬的塑性變形與再結晶金屬的塑性變形與再結晶 v 第第6 6章章 鋼的熱處理鋼的熱處理v 第第7 7章章 工業用鋼工業用鋼v 第第8 8章章 鑄鐵鑄鐵 v 第第9 9章章 有色金屬及其合金有色金屬及其合金v 第第1010章章 零部件的失效與選材零部件的失效與選材

2、緒論內容概要一 材料發展概要二 材料科學三 工程材料的分類及應用四 本課程的目的性質及要求一 材料發展概要 材料材料是指是指可以用來直接制造有用物件、構件或器件的可以用來直接制造有用物件、構件或器件的物質。物質。材料是人類生產和生活所必須的物質基礎。材料是人類生產和生活所必須的物質基礎。銼刀銼刀手錘手錘石器石器鐵器鐵器青銅器青銅器一 材料發展概要 石器時代石器時代 青銅器時代青銅器時代 鐵器時代鐵器時代由于材料的重要性，歷史學家根據人類所使用的材料來劃分時代。一 材料發展概要材料的發展水平和利用程度已成為人類文明進步的標志。 一 材料發展概要 沒有半導體材料的工業化生產，就不可能有目前的計沒有

3、半導體材料的工業化生產，就不可能有目前的計算機技術。算機技術。 沒有高溫高強度的結構材料，就不可能有今天的航空沒有高溫高強度的結構材料，就不可能有今天的航空工業和宇航工業。工業和宇航工業。 沒有低消耗的光導纖維，也就沒有現代的光纖通訊。沒有低消耗的光導纖維，也就沒有現代的光纖通訊。 材料、能源及信息稱作現代文明的三大支柱。材料、能源及信息稱作現代文明的三大支柱。一 材料發展概要titanictitanic一 材料發展概要 中華民族在人類歷史上為材料的發展和應用作中華民族在人類歷史上為材料的發展和應用作出過重大貢獻。出過重大貢獻。 早在公元前早在公元前6000 5000年的新石器時代，年的新石器

4、時代，中華民族的先人就能用中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器，到東黏土燒制成陶器，到東漢時期又出現了瓷器，漢時期又出現了瓷器，并流傳海外。并流傳海外。 4000年前的夏朝我們的祖先已經能夠煉銅，到殷、商年前的夏朝我們的祖先已經能夠煉銅，到殷、商時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術已達到很高水平。時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術已達到很高水平。 司母戊鼎司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造青銅鑄造高高133厘米厘米 重重875kg飾紋優美飾紋優美越王勾踐寶劍越王勾踐寶劍春秋晚期越國青銅兵器春秋晚期越國青銅兵器出土于湖北江陵楚墓出土于湖北江陵楚墓 長長55.755.7厘米厘米 劍鍔鋒芒

5、犀利劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發鋒能割斷頭發 宋應星宋應星 我國從春秋戰國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學家宋應星在天工開物一書中就記載了古代的滲碳熱處理等工藝。這說明早在歐洲工業革命之前，我國在金屬材料及熱處理方面就已經有了較高的成就。 一 材料發展概要鞍鋼攀鋼夜景一 材料發展概要新中國成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、寶鋼等大型鋼鐵基地。鋼產量由49年的15.8萬噸上升到現在的幾億噸。 一 材料發展概要人類對材料的認識是逐步深入的。 18631863年，年，光學顯微鏡光學顯微鏡首次應用于金屬首次應用于金屬研究，誕生了研究，誕生了金相學金相學，使人們能夠將，使人們能夠將材料的材料的宏觀性能宏觀性能

6、與與微觀組織微觀組織聯系起來。聯系起來。1912年發現了年發現了x-射線對晶體的作用并在隨后被用于射線對晶體的作用并在隨后被用于晶體衍射分析，使人們對固體材料微觀結構的認識晶體衍射分析，使人們對固體材料微觀結構的認識從最初的假想到科學的現實。從最初的假想到科學的現實。 sisi表面的重構圖表面的重構圖象象x-x-射線衍射儀射線衍射儀 1932年發明了電子顯微年發明了電子顯微鏡，把人們帶到了微觀世界鏡，把人們帶到了微觀世界的更深層次（的更深層次（10-7m）。）。透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡 光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下 1934年位錯理論的提年位錯理論的提出，解決了晶

7、體理論計算強出，解決了晶體理論計算強度與實驗測得的實際強度之度與實驗測得的實際強度之間存在的巨大差別的矛盾，間存在的巨大差別的矛盾，對于人們認識材料的力學性對于人們認識材料的力學性能及設計高強度材料具有劃能及設計高強度材料具有劃時代的意義。時代的意義。 金屬鈦中的位錯金屬鈦中的位錯挑戰者號爆炸瞬間挑戰者號爆炸瞬間u材料科學是以材料科學是以材料材料為為研究對象的一門科學。研究對象的一門科學。二 材料科學（1 1）材料的）材料的化學組成；化學組成；（2 2）材料）材料結構結構與與性能性能的關系，的關系，（3 3）材料的）材料的形成機理形成機理和和制取方法制取方法，（4 4）材料物理性能的）材料物理

8、性能的測試方法測試方法和和技術技術，（5 5）材料的）材料的損壞機理損壞機理，（6 6）材料的）材料的合理加工方法合理加工方法和和最佳使用方案最佳使用方案等。等。u主要內容主要內容工程材料的含義：工程材料的含義： 工程材料是以用于工程材料是以用于工程結構和機器零件工程結構和機器零件及及元器件元器件的材料為研究對象。的材料為研究對象。 主要包括：機械、船舶、化工、建筑、車輛、儀主要包括：機械、船舶、化工、建筑、車輛、儀表、航空航天等工程領域中用于制造表、航空航天等工程領域中用于制造工程構件工程構件和和機械機械零件零件的材料。的材料。三 工程材料的分類及應用工程材料工程材料 金屬材料金屬材料黑色金

9、屬黑色金屬鑄鐵鑄鐵復合材料復合材料樹脂基復合材料樹脂基復合材料金屬基復合材料金屬基復合材料合金鋼合金鋼碳鋼碳鋼有色金屬有色金屬輕有色金屬輕有色金屬稀土金屬稀土金屬重有色金屬重有色金屬高分子材料高分子材料陶瓷材料陶瓷材料塑料塑料 合成橡膠合成橡膠合成纖維合成纖維普通（傳統）陶瓷普通（傳統）陶瓷特種（新型）陶瓷特種（新型）陶瓷金屬陶瓷金屬陶瓷三 工程材料的分類及應用黑色金屬黑色金屬有色金屬有色金屬輕金屬,重金屬,貴金屬,稀有金屬 u以金屬鍵結合為主以金屬鍵結合為主 u良好的導電性、導熱性、良好的導電性、導熱性、延展性和金屬光澤延展性和金屬光澤 u用量最大、應用最廣泛用量最大、應用最廣泛三 工程材料

10、的分類及應用鐵及鐵合金稱為鐵及鐵合金稱為黑色金屬黑色金屬，即鋼鐵材料，其世界年產量已，即鋼鐵材料，其世界年產量已達達10億噸，在機械產品中的用量已占整個用材的億噸，在機械產品中的用量已占整個用材的60%以上。以上。 帶帶材材板板材材異異型型材材管管材材三 工程材料的分類及應用齒輪組齒輪組不銹鋼不銹鋼軋輥軋輥軋輪軋輪鉆頭鉆頭銑刀銑刀三 工程材料的分類及應用 高分子材料高分子材料u以分子鍵和共價鍵為主以分子鍵和共價鍵為主u塑性、耐蝕性、電絕緣性、塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，密度小減振性好，密度小 u包括塑料、橡膠及合成纖包括塑料、橡膠及合成纖維等維等 分分子子鍵鍵共共價價鍵鍵三 工程材料的分

11、類及應用高分子材料在機械、電氣、紡織、汽車、飛機、輪船等制造工業和化學、交通運輸、航空航天等工業中被廣泛應用。 塑料塑料橡膠橡膠合成纖維合成纖維三 工程材料的分類及應用陶瓷材料陶瓷材料u以共價鍵和離子鍵為主以共價鍵和離子鍵為主u熔點高、硬度高、耐腐熔點高、硬度高、耐腐 蝕、脆性大蝕、脆性大 u分為傳統陶瓷、特種陶分為傳統陶瓷、特種陶 瓷和金屬陶瓷三類瓷和金屬陶瓷三類 三 工程材料的分類及應用 傳統陶瓷又稱普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、長石等)為原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。 特種陶瓷又稱精細陶瓷，是以人工合成材料為原料的陶瓷，常用作工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。 陶陶瓷瓷制制品品陶

12、陶瓷瓷發發動動機機三 工程材料的分類及應用 復合材料復合材料u是把兩種或兩種以上是把兩種或兩種以上不同性質不同性質或或不同結構不同結構的材料的材料以以微觀微觀或或宏觀宏觀的形式組合在一起而形成的材料。的形式組合在一起而形成的材料。u金屬基復合材料u陶瓷基復合材料u聚合物基復合材料高分子復合材料高分子復合材料三 工程材料的分類及應用u現代航空發動機現代航空發動機燃燒室燃燒室溫度最高溫度最高的材料就是通過粉末冶金法制備的材料就是通過粉末冶金法制備的氧化物粒子的氧化物粒子彌散強化彌散強化的的鎳基合鎳基合金復合材料金復合材料。u很多高級游艇、賽艇及體育器械很多高級游艇、賽艇及體育器械等是由等是由碳纖維

13、復合材料碳纖維復合材料制成的，制成的，它們具有它們具有重量輕，彈性好，強度重量輕，彈性好，強度高高等優點。等優點。 航航空空發發動動機機高高級級游游艇艇三 工程材料的分類及應用 隨著經濟的飛速發展和科學技術的進步，對材料的要求越來越苛刻，結構材料向高比強、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發展。 殲殲2020隱形戰斗機隱形戰斗機航空母艦航空母艦三 工程材料的分類及應用機械工業是材料應用的重要領域。機械工業是材料應用的重要領域。波波音音飛飛機機超超級級跑跑車車豪豪華華郵郵輪輪虎虎式式坦坦克克三 工程材料的分類及應用u隨著機械工業的發展，對產品的要求越來越高隨著機械工業的發展，對

14、產品的要求越來越高u在產品設計與制造過程中，會遇到越來越多的在產品設計與制造過程中，會遇到越來越多的材料材料及及材料加工材料加工方面的方面的問題。問題。 u要求機械工程技術人員掌握必要的要求機械工程技術人員掌握必要的材料科學材料科學與與材料工程材料工程知識，具備正知識，具備正確確選擇材料選擇材料和和加工方法、合理安排加工工藝路線加工方法、合理安排加工工藝路線的能力。的能力。 摩天輪摩天輪發動機發動機三 工程材料的分類及應用u課程性質：課程性質：是機械類和近機類各專業的技術基礎課是機械類和近機類各專業的技術基礎課u課程任務：課程任務： 了解工程材料的一般知識；了解工程材料的一般知識； 建立建立化

15、學成分化學成分、組織結構組織結構、加工工藝加工工藝與與性能性能之間之間 的關系；的關系； 了解常用了解常用材料的用途材料的用途和和加工工藝；加工工藝； 初步具備初步具備合理選材合理選材、正確確定、正確確定加工方法加工方法、妥善、妥善安排工藝路線安排工藝路線的能力。的能力。 的關系：的關系：四 本課程的目的性質及要求化學成分化學成分(成分成分)：組成材料各元素在材料中的濃度組成材料各元素在材料中的濃度 組織：組織：用肉眼或借助于不同放大倍數的顯微鏡所觀察到的金屬內用肉眼或借助于不同放大倍數的顯微鏡所觀察到的金屬內部的情景。部的情景。u習慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織習慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織稱低倍組織或稱低倍組織或宏觀組織。宏觀組織。u放大放大100 2000倍的組織稱倍的組織稱高倍組織或顯微組織。高倍組織或顯微組織。在電子顯微鏡下放大幾