机械工程材料绪论教案.pptx
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1、会计学1机械工程材料绪论机械工程材料绪论绪绪 论论n n一、材料和材料科学一、材料和材料科学n n二、工程材料的分类二、工程材料的分类n n三、工程材料的应用和发展三、工程材料的应用和发展n n四、机械工程材料课程的性质和任务四、机械工程材料课程的性质和任务n n相 关 事 宜第1页/共49页绪绪 论论n n一、材料和材一、材料和材料科学料科学n n1 1、材料、材料、材料、材料哥哥哥哥伦伦伦伦比比比比亚亚亚亚号号号号航航航航天天天天飞飞飞飞机机机机材料是指人类用以制造材料是指人类用以制造各种有用器件的物质。各种有用器件的物质。第2页/共49页材料是人类生产和生活材料是人类生产和生活所必须的物
2、质基础。所必须的物质基础。手手锤锤锉刀锉刀“神舟神舟神舟神舟”四号飞船成功返四号飞船成功返四号飞船成功返四号飞船成功返回回回回国产涡喷国产涡喷-7涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机第3页/共49页石器石器铁铁器器 象形尊象形尊(西周西周)n n石器时代石器时代石器时代石器时代n n青铜器时代青铜器时代青铜器时代青铜器时代n n铁器时代铁器时代铁器时代铁器时代材料是人类进化的里程碑。材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性,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。历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。第4页/共49页材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。材料的发展水平和
3、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材料的发展与人类社会简图第5页/共49页龙芯龙芯联想计算机联想计算机n n没有半导体材料的工业化生产,就不可能有目前没有半导体材料的工业化生产,就不可能有目前没有半导体材料的工业化生产,就不可能有目前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。的计算机技术。的计算机技术。的计算机技术。第6页/共49页没有高温高强度的结构材料,就不可能有今天的航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。空工业和宇航工业。在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片飞机发动机叶片飞机发动机叶片波音客机波音客机第7
4、页/共49页没有低消耗的光导纤维,也就没有现代的光纤通讯。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,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。称作现代文明的三大支柱之一。第8页/共49页n n前苏联在前苏联在前苏联在前苏联在19571957年把第一颗人造卫星送年把第一颗人造卫星送年把第一颗人造卫星送年把第一颗人造卫星送入太空,令美国人震惊不已,认识到入太空,令美国人震惊不已,认识到入太空,令美国人震惊不已,认识到入太空,令美国人震惊不已,认识到在导弹火箭技术上落后了。因此在其在导弹火箭技术上落后了。因此在其在导弹
5、火箭技术上落后了。因此在其在导弹火箭技术上落后了。因此在其后的十年里,后的十年里,后的十年里,后的十年里,在十多所大学中陆续建在十多所大学中陆续建在十多所大学中陆续建在十多所大学中陆续建立了材料科学研究中心,并把约立了材料科学研究中心,并把约立了材料科学研究中心,并把约立了材料科学研究中心,并把约2/32/3大大大大学的冶金系或矿冶系改建成了冶金材学的冶金系或矿冶系改建成了冶金材学的冶金系或矿冶系改建成了冶金材学的冶金系或矿冶系改建成了冶金材料科学系或材料科学与工程系。料科学系或材料科学与工程系。料科学系或材料科学与工程系。料科学系或材料科学与工程系。其涉其涉其涉其涉及的材料由金属扩展到了陶瓷
6、和高分及的材料由金属扩展到了陶瓷和高分及的材料由金属扩展到了陶瓷和高分及的材料由金属扩展到了陶瓷和高分子聚合物材料。可见,子聚合物材料。可见,子聚合物材料。可见,子聚合物材料。可见,高技术需要先高技术需要先高技术需要先高技术需要先进材料的支持。进材料的支持。进材料的支持。进材料的支持。前前苏苏联联第第一一颗颗人人造造卫卫星星及及其其运运载载火火箭箭第9页/共49页中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作出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。过重大贡献。n n早在公元前早在公元前早在公元前早在公元前6000 6000 50005000年的新石器时年的新石器时年的新石器时年的新石
7、器时代,中华民族的先代,中华民族的先代,中华民族的先代,中华民族的先人就能用黏土烧制人就能用黏土烧制人就能用黏土烧制人就能用黏土烧制成陶器,到东汉时成陶器,到东汉时成陶器,到东汉时成陶器,到东汉时期又出现了瓷器,期又出现了瓷器,期又出现了瓷器,期又出现了瓷器,并流传海外。并流传海外。并流传海外。并流传海外。第10页/共49页4000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜,到殷、商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。时期,我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。司母戊鼎司母戊鼎河南安阳晚商遗址出土河南安阳晚商遗址出土河南安阳晚商遗址出土河南安阳晚商遗
8、址出土青铜铸造青铜铸造青铜铸造青铜铸造高高高高133133厘米厘米厘米厘米 重重重重875kg875kg饰纹优美饰纹优美饰纹优美饰纹优美第11页/共49页越王勾践剑越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器出土于湖北江陵楚墓出土于湖北江陵楚墓 长长55.7厘米厘米 剑锷锋芒犀利剑锷锋芒犀利锋能割断头发锋能割断头发 第12页/共49页古代剑刃制造中的特殊古代剑刃制造中的特殊技术技术春秋战国时代的春秋战国时代的青铜剑,剑身及青铜剑,剑身及剑锋由不同成分剑锋由不同成分的青铜组成,是的青铜组成,是复合材料很好的复合材料很好的例子例子梯梯度度材材料料古古已已有有之之这这是是古古代代剑剑刃刃截截面
9、面图图第13页/共49页n n黄石铜矿遗黄石铜矿遗址址n n春秋晚期春秋晚期春秋晚期春秋晚期n n矿井深达矿井深达矿井深达矿井深达50m50m50m50mn n炼铜炉渣多达炼铜炉渣多达炼铜炉渣多达炼铜炉渣多达40404040万万万万吨吨吨吨n n实属罕见实属罕见实属罕见实属罕见 第14页/共49页我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器,明朝科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学家宋应星在天工开物天工开物一书中就记载了古代的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,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我国在金属材料及热处理
10、方面就已经有了较高的成理方面就已经有了较高的成就。就。生铁炒熟铁图生铁炒熟铁图宋应星宋应星第15页/共49页鞍钢攀钢夜景新中国成立后,先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大新中国成立后,先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大型钢铁基地。钢产量由型钢铁基地。钢产量由49年的年的15.8万吨上升到现在的万吨上升到现在的一亿吨。一亿吨。第16页/共49页中中国国第第一一颗颗人人造造卫卫星星长长征征火火箭箭大大家家族族中中国国第第一一颗颗原原子子弹弹爆爆炸炸中中国国第第一一颗颗氢氢弹弹爆爆炸炸原子弹、原子弹、氢弹的爆氢弹的爆炸,卫星、炸,卫星、飞船的上飞船的上天等都说天等都说明了我国明了我国在材料的在材料的开发、
11、研开发、研究及应用究及应用等方面有等方面有了飞跃的了飞跃的发展。发展。第17页/共49页中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”号飞船号飞船“神神舟舟二二号号”飞飞船船运运往往发发射射工工位位 “神神舟舟”一一号号飞飞船船“神舟神舟”一号一号发射成功发射成功“神舟神舟”二号发射成二号发射成功功第18页/共49页中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”号飞船号飞船“神舟神舟”三号三号发射成功发射成功“神舟神舟”四号四号发射成功发射成功“神神舟舟”三三号号飞飞船船“神神舟舟”四四号号飞飞船船 第19页/共49页中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”五号载人飞五号载人飞船船杨杨利利伟伟升空返
12、回全人类共同的家园飞天返回舱第20页/共49页n n1863186318631863年,光学显微镜首次应用年,光学显微镜首次应用年,光学显微镜首次应用年,光学显微镜首次应用于金属研究,诞生了金相学,于金属研究,诞生了金相学,于金属研究,诞生了金相学,于金属研究,诞生了金相学,使人们能够将材料的宏观性能使人们能够将材料的宏观性能使人们能够将材料的宏观性能使人们能够将材料的宏观性能与微观组织联系起来。与微观组织联系起来。与微观组织联系起来。与微观组织联系起来。灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织光学显微镜光学显微镜Pb-Sn共晶组织共晶组织人类对材料的认识是逐步深入的。人类对材料的认识是逐步深入的。第
13、21页/共49页19121912年发现了年发现了年发现了年发现了X-X-射线对晶体的作用并在随后被用于射线对晶体的作用并在随后被用于射线对晶体的作用并在随后被用于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晶体衍射分析,使人们对固体材料微观结构的认识晶体衍射分析,使人们对固体材料微观结构的认识晶体衍射分析,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。从最初的假想到科学的现实。从最初的假想到科学的现实。从最初的假想到科学的现实。Si表面的重构图表面的重构图象象X-射线衍射仪射线衍射仪第22页/共49页1932年发明了电子年发明了电子显微镜,把人们带显微镜
14、,把人们带到了微观世界的更到了微观世界的更深层次(深层次(10-7m)透射电子显微镜透射电子显微镜 扫描电子显微镜扫描电子显微镜 光镜下光镜下电镜下电镜下第23页/共49页n n19341934年位错理论的提年位错理论的提年位错理论的提年位错理论的提出,解决了晶体理出,解决了晶体理出,解决了晶体理出,解决了晶体理论计算强度与实验论计算强度与实验论计算强度与实验论计算强度与实验测得的实际强度之测得的实际强度之测得的实际强度之测得的实际强度之间存在的巨大差别间存在的巨大差别间存在的巨大差别间存在的巨大差别的矛盾,对于人们的矛盾,对于人们的矛盾,对于人们的矛盾,对于人们认识材料的力学性认识材料的力学
15、性认识材料的力学性认识材料的力学性能及设计高强度材能及设计高强度材能及设计高强度材能及设计高强度材料具有划时代的意料具有划时代的意料具有划时代的意料具有划时代的意义。义。义。义。金属钛中的位金属钛中的位错错第24页/共49页材料发展的历程示意图材料发展的历程示意图第25页/共49页2 2、材料科学、材料科学、材料科学、材料科学n n主要研究内容:主要研究内容:主要研究内容:主要研究内容:n n 研究材料的化学组成、结构与性能的关系;研究材料的化学组成、结构与性能的关系;研究材料的化学组成、结构与性能的关系;研究材料的化学组成、结构与性能的关系;n n 研究材料的形成机理和制取方法;研究材料的形
16、成机理和制取方法;研究材料的形成机理和制取方法;研究材料的形成机理和制取方法;n n 研究材料物理性能的测试方法和技术;研究材料物理性能的测试方法和技术;研究材料物理性能的测试方法和技术;研究材料物理性能的测试方法和技术;n n 分析材料的损坏机理;分析材料的损坏机理;分析材料的损坏机理;分析材料的损坏机理;n n 研究材料的合理加工方法和最佳使用方案研究材料的合理加工方法和最佳使用方案研究材料的合理加工方法和最佳使用方案研究材料的合理加工方法和最佳使用方案l材料科学是以材料为材料科学是以材料为研究对象的一门科学。研究对象的一门科学。挑战者号爆炸瞬间挑战者号爆炸瞬间第26页/共49页二、工程材
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