工程材料基础清华1绪论.ppt

1. 绪论 ? 本章内容 ? 1.1 材料发展概要 ? 1.2 材料应用现状与新材料的发展趋势 ? 1.3 材料科学与工程 ? 1.4 材料的分类 ? 1.5 材料加工工程 ? 1.6 课程主要内容及要求 1.1 材料发展概要 ? 材料 : 人类用来制造各种产品的物质， 是人类生产和生活的物质基础。 ? 人类早期历史划分为 石器时代、青铜 器时代和铁器时代 , 现已进入人工合成材料 的新时代。 ? 材料和能源、信息一起成为现代科学 技术的 三大支柱之一 。 1 ． 1 ． 1 石器时代 ? 石器 是人类最先使用的工具。 ? 还出现了 玉器、陶器和瓷 器 。我国是 玉器的故乡 。 ? 烧制的陶器包括 红陶、黑 陶、白陶和釉陶 。我国是 最早生产瓷器的国家。瓷器 成为中国文化的象征。 图 1- 1 瓷器 1 ． 1 ． 2 青铜器时代 ? 铜锡合金 — 青铜是人 类历史上发明的第一 个合金。 ? 灿 烂 的 青 铜 文 化 ： “司母戊” ；越王勾 践的 宝剑； 战国 青铜 编钟 ，秦皇陵墓 铜车 马 等。 图 1-2 司母戊鼎 1 ． 1 ． 3 铁器时代 ? 从春秋战国时期 ( 公元前 770 ～ 221 年 ) 已开始大量使用铁器：铸铁刑鼎；铁丸、 铁锸和铁鼎，比其他国家早许多个世纪。 ? 先炼铁后炼钢 的两步炼钢技术比其 它国家早 1600 多年。 ? 钢的 热处理技术 1 ． 1 ． 4 钢铁工业和有色金属 的发展 ? 15 世纪以后，欧洲钢铁工业的发展。 从 20 世纪 50 年代初至 70 年代末，全世界 钢的年产量由 2.1 亿 t 增加到 7.5 亿吨。 ? 目前我国钢产量已跃居世界首位。 ? 有色金属也得到了发展。 1 ． 1 ． 5 非金属材料的发展 ? 丝绸 ? ? 人工合成高分子材料 : 从 20 世纪 60 年代到 70 年代，有机合成材料每年以 14 ％的速度增长 而金属材料的年增长率仅为 4 ％。 20 世纪 90 年 代初，塑料产量已逾 1 亿 t ，按体积计，已超过 钢铁产量。 ? 陶瓷材料 : 耐高温、耐腐蚀的氧化铝；将 电信息转变为光信息的铌酸锂；用于切削刀具 的氮化硅；具有高温超导性能的氧化钇等。 1 ． 1 ． 6 复合材料及新材料技 术的发展 ? 宇航和航空工业中制造卫星壳体、宇宙飞行器外壳、 飞机机身等； ? 在交通运输工业中制造汽车车身、轻型船、艇等； ? 在石油化工工业中制造耐酸、耐碱、耐油的容器、 管道等。 ? 我国在 新材料的研究和材料加工新工艺 的研究工作 中取得了卓有成效的重大成果。 1.2 材料应用现状与新材料的 发展趋势 ? 1 ． 2 ． 1 材料应用的现状 ? 用量最大的材料 是钢铁材料和铝合金、 铜合金、钛合金和镍合金等有色金属。 ? 高分子材料、陶瓷材料和复合材料在 不同工业部门也得到一定的应用，有些 部门则大量使用这些材料。 1 ． 2 ． 2 新材料的发展趋势 ? 1 ．先进复合材料 ? 2 ．光电子信息材料 ? 3 ．低维材料 ? 4 ．新型金属材料 ? 5. 高性能塑料 ? 6. 先进陶瓷材料 ? 7 ．超导材料 1.3 材料科学与工程 ? 1 ． 3 ． 1 材料科学与工程学科的形成 材料科学与工程学科的形成是材料的发 展和科学技术进步的结果，同时又为推 动材料的发展和科技的进步创造了条件。 1 ． 3 ． 2 材料科学与工程的内容 ? 1 ．材料科学与工程 的四要素 ? 四个要素 ，即制备与 加工、组成与结构、 性能和使用性能，它 们之间的关系如图 1- 3 所示。材料科学与 工程的核心内容是结 构与性能的关系。 图 1-3 材料科学与工程四要素的关系 材料科学与工程的范围及其与 基础科学和应用间的关系 成分－结构－性能 性能的表征与检测 工艺流程 制备科学与工艺 工程材料 基础科学 （数、理、化、生、地） 实际应用 信息、能源、交通运输、机械制造 2 ．材料的性能 ? 可分两类：力学性能和物理性能，如表 1-2 所示。 力学性能 强度 弹性模量 抗拉强度 屈服强度 塑性 % 延伸率 % 断面收缩率 硬度 抗划痕能力 磨损率 冲击 吸收能量 韧性 转变温度 蠕变 蠕变速度 应力 — 持久强度 疲劳 疲劳极限 疲劳寿命 续上表 物理性能 密度 电学性能 导电性 介电性（绝缘性） 铁电性 压电性 磁学性能 铁氧体磁性 铁磁性 顺磁性 光学性能 吸收 颜色 衍射 激光作用 光导 反射 透射 热学性能 热容量 导热性 热膨胀 3 ．使用性能 ? 使用性能是材料在使用条件下表现 出的行为，包括环境影响、受力状态、 可靠性、耐用性、寿命预测及延寿措施、 材料设计等内容。 4 ．组成与结构 ? 一定的 化学组成