1、万万 轶轶工工 程程 材材 料料 学学二、二、金属学部分：第金属学部分：第3636章章三、三、热处理部分：第热处理部分：第7 7章章四、四、金属材料部分：第金属材料部分：第810810章章以上四部分是本课程的重点。以上四部分是本课程的重点。五、五、非金属材料（第非金属材料（第1111章）和先进材料（第章）和先进材料（第1212章）章）一、一、绪论和第绪论和第2 2章：材料介绍及主要的性能章：材料介绍及主要的性能六、六、材料的选用：第材料的选用：第1313章（结合前面内容）章（结合前面内容）包括：金属材料的结构、结晶、塑性变形、铁碳合金相图等；包括：金属材料的结构、结晶、塑性变形、铁碳合金相图等
2、；包括：钢的热处理原理与工艺两方面，常用热处理工艺。包括：钢的热处理原理与工艺两方面，常用热处理工艺。包括：常用金属材料的牌号、成分、组织与性能特点及用途，主要有包括：常用金属材料的牌号、成分、组织与性能特点及用途，主要有碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及合金等。碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及合金等。第一章第一章 绪绪 论论 一、材料的分类一、材料的分类二、材料的发展二、材料的发展三、新材料时代三、新材料时代四、本课程的任务和内容四、本课程的任务和内容成分成分金属材料金属材料有色金属材料有色金属材料黑色金属材料黑色金属材料陶瓷材料陶瓷材料复合材料复合材料高分子材料高分子材料汽车工程材料为例：汽车工
3、程材料为例：无机非金属材料无机非金属材料有机非金属材料有机非金属材料一、材料的分类一、材料的分类在各类机械中使用的材料在各类机械中使用的材料金属材料金属材料无机非金属材料无机非金属材料高分子材料高分子材料Golf A4Golf A4所用各种材料所占比例所用各种材料所占比例汽车运行材料：汽车运行材料：1 1、燃料：汽油、燃料：汽油2 2、润滑：与黏度有关、润滑：与黏度有关3 3、工作液：制动液，冷却液，空调制冷剂、工作液：制动液，冷却液，空调制冷剂汽车美容材料：汽车美容材料：打蜡、抛光、镀膜、划痕处理、各类清洁等材料打蜡、抛光、镀膜、划痕处理、各类清洁等材料汽车工程材料：汽车工程材料：黑色金属、
4、有色金属、高分子、陶瓷、复合材料黑色金属、有色金属、高分子、陶瓷、复合材料用途用途功能材料（热、光、电、磁、生物等方面）功能材料（热、光、电、磁、生物等方面）结构材料（力学、物理、化学）结构材料（力学、物理、化学）纳米碳管纳米碳管力学性能、导电率、光学、储氢等力学性能、导电率、光学、储氢等采集光线，将光能转换为电能、带动采集光线，将光能转换为电能、带动LEDLED发光发光太太 阳阳 能能 材材 料料形状记忆合金形状记忆合金超导材料超导材料铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，20122012年世界年产量已达年世界年产量已达15.415.4亿吨，中国亿吨，中国7
5、.27.2亿吨，在机械产品用材中占有的亿吨，在机械产品用材中占有的60%60%以上。以上。金属材料制品金属材料制品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利用程度已成为人类文明进步的标志 二、材料的发展二、材料的发展瓷器瓷器公元前公元前6000 50006000 5000年的年的新石器时代，中华民族的新石器时代，中华民族的先人就能用黏土烧制成陶先人就能用黏土烧制成陶器，到东汉时期又出现了器，到东汉时期又出现了瓷器，并流传海外。瓷器，并流传海外。陶器陶器1 1、燧石：常见的岩石，容易被制成工具，、燧石：常见的岩石，容易被制成工具，开始了制陶业的发展。开始了制陶业的发展。2
6、 2、青铜时代：天然金与铜及其合金被用、青铜时代：天然金与铜及其合金被用作工具与武器，开始了人类对金属的使用。作工具与武器，开始了人类对金属的使用。埃及古墓壁画是人类冶埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一。金业的最早纪录之一。我国青铜的冶炼在夏朝（公元前我国青铜的冶炼在夏朝（公元前21402140）以前就开始了，青铜主要）以前就开始了，青铜主要用于制造各种用于制造各种工具、食器、兵器工具、食器、兵器。河南安阳晚商遗址出土，河南安阳晚商遗址出土，迄今为迄今为止出土的最大最重的青铜器。止出土的最大最重的青铜器。司母戊鼎司母戊鼎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
7、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 春秋战国的青铜春秋战国的青铜剑，剑身及剑锋剑，剑身及剑锋由不同成分的青由不同成分的青铜组成，是铜组成，是梯度梯度材料材料很好的例子很好的例子梯度材料古已有之梯度材料古已有之这是古代剑刃截面图这是古代剑刃截面图古代剑刃制造中的特殊技术古代剑刃制造中的特殊技术黄石铜矿遗址黄石铜矿遗址春秋晚期春秋晚期矿井深达矿井深达50m50m炼铜炉渣多达炼铜炉渣多达4040万吨万吨实属罕见实属罕见 3 3、铁器时代：、铁器时代：世界最早的铸铁件世界最早的铸铁件 凹形铁锄和铁鼎，凹形铁锄和铁鼎，铸造于春秋晚期。铸造于
8、春秋晚期。早期制造的铁制车轮早期制造的铁制车轮英国英国20002000年曾出土了年曾出土了50005000枚钱币，枚钱币，是铁器时代重要的考古发现。是铁器时代重要的考古发现。n我国战国铁器遗址中浇铸农具用的我国战国铁器遗址中浇铸农具用的铁模铁模，说明铸造技术已，说明铸造技术已由由泥砂造型泥砂造型水平进入水平进入铁铁模铸造模铸造的高级阶段。的高级阶段。黄河镇河大铁牛（唐开元黄河镇河大铁牛（唐开元1212年铸）年铸）铁人铁人蒲州镇，陕、晋、豫交界的蒲州镇，陕、晋、豫交界的黄河三角区域黄河三角区域，19891989年出土的铁牛和铁人，年出土的铁牛和铁人，冶金、铸造、雕塑工艺融为一体，冶金、铸造、雕塑
9、工艺融为一体，就其历史、设计、质量、冶炼、铸就其历史、设计、质量、冶炼、铸造工艺和实际功能而言，可谓造工艺和实际功能而言，可谓“破天荒破天荒”的创世之作。的创世之作。我国明代科学家宋应星在我国明代科学家宋应星在天工开物天工开物一书中对钢铁的一书中对钢铁的退火、退火、淬火、渗碳工艺淬火、渗碳工艺作了详细的论述。作了详细的论述。生铁炒熟铁图宋应星宋应星西汉西汉史记史记天官书天官书中有中有“水与火合为淬水与火合为淬”一说，一说，正确地说正确地说出了钢铁加热、浸水冷却的淬火热处理工艺要点。出了钢铁加热、浸水冷却的淬火热处理工艺要点。鞍钢攀钢夜景4、新钢铁时代：新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝、
10、新钢铁时代：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。钢产量由钢等大型钢铁基地。钢产量由49年的年的15.8万吨上升到现在的七万吨上升到现在的七亿多吨。亿多吨。18631863年，光学显微镜首次应用于金属年，光学显微镜首次应用于金属研究，诞生了研究，诞生了金相学金相学，使人们能够将，使人们能够将材料的材料的宏观性能宏观性能与与微观组织微观组织联系起来联系起来。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Pb-Sn共晶组织共晶组织19321932年，电子显微镜，把人们带到微观的更深层次（年，电子显微镜，把人们带到微观的更深层次（1010-7-7mm）透射电子显微镜透射
11、电子显微镜 晶体缺陷高分辨透射电镜象晶体缺陷高分辨透射电镜象光束和光学透镜光束和光学透镜 用途：晶体缺陷、组织分析、高分辨显微技术用途：晶体缺陷、组织分析、高分辨显微技术电子束和电子透镜电子束和电子透镜18951895年，伦琴发现年，伦琴发现X-X-射线，医学造影、工业探伤、晶体结构分析射线，医学造影、工业探伤、晶体结构分析纯铁晶体的纯铁晶体的X-X-射线衍射谱射线衍射谱钢的宏观组织、显微组织和电镜组织钢的宏观组织、显微组织和电镜组织钢锭的宏观组织钢锭的宏观组织显微组织显微组织电镜组织电镜组织三、新材料新工艺的迅速发展三、新材料新工艺的迅速发展1 1、高分子材料、高分子材料 尼龙的商业发展是高
12、分子材料尼龙的商业发展是高分子材料发展的关键时期发展的关键时期。尼龙的发明：尼龙的发明：2020世纪世纪3030年代，年代，美国杜邦公司。美国杜邦公司。从从2020世纪世纪60706070年代，高分子材料快速增长，除用作结构材料代年代，高分子材料快速增长，除用作结构材料代替钢铁外，并研发具有替钢铁外，并研发具有良好导电性能良好导电性能和和耐高温耐高温的高分子材料。的高分子材料。涤纶安全带涤纶安全带尼龙齿轮尼龙齿轮白色污染：白色污染：塔里木河遭受白色污染塔里木河遭受白色污染可降解塑料：生产过程中加入一定量的添加剂，使之稳定性下可降解塑料：生产过程中加入一定量的添加剂，使之稳定性下降，较容易在自然
13、环境中降解的塑料。降，较容易在自然环境中降解的塑料。PE-HD+CaCOPE-HD+CaCO3 360%60%2 2、陶瓷材料、陶瓷材料 以共价键和离子键为主的以共价键和离子键为主的硅酸盐材料硅酸盐材料，熔点高、硬度高、耐，熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大，分为传统陶瓷和工程陶瓷，其腐蚀、脆性大，分为传统陶瓷和工程陶瓷，其脆性脆性和和抗热震抗热震性性正在逐步获得改善，是最有前途的正在逐步获得改善，是最有前途的高温结构材料高温结构材料。绝缘陶瓷绝缘陶瓷陶瓷发动机陶瓷发动机不同时期航空发动机的工作温度不同时期航空发动机的工作温度涡轮发动机涡轮发动机镍基合金以及陶瓷材料的发展（耐高温，高燃效），促进了
14、航空发动机的发展镍基合金以及陶瓷材料的发展（耐高温，高燃效），促进了航空发动机的发展奔驰奔驰SLRSLR迈凯伦跑车（碳纤维树脂复合材料）迈凯伦跑车（碳纤维树脂复合材料）玻璃钢储液罐玻璃钢储液罐 碳纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料：重量轻，钢的重量轻，钢的1/31/3，强度高，钢的，强度高，钢的7979倍。倍。用于航空工业中，制造卫星壳体、飞行器外壳、机身、螺旋桨等、发动用于航空工业中，制造卫星壳体、飞行器外壳、机身、螺旋桨等、发动机叶轮等；高级游艇、赛艇及机叶轮等；高级游艇、赛艇及体育器械体育器械等是由碳纤维复合材料制成的，等是由碳纤维复合材料制成的，3 3、复合材料、复合材料人类在材料应用
15、上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。计算机计算机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半导体材料的发展可半导体材料的发展可制制作越来越小的硅芯片。作越来越小的硅芯片。芯片芯片信息材料：信息材料：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 胜过传统的胜过传统的ADSL宽带。宽带。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。宇航工业。在航天飞
16、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能源材料：能源材料：19991999年，神舟年，神舟1 1号号19991999年，神舟年，神舟1 1号升空，中国载人飞船的突破，无人驾驶号升空，中国载人飞船的突破，无人驾驶20032003年，神舟年，神舟5 5号，继美国、俄罗斯后，将人送入太空号，继美国、俄罗斯后，将人送入太空20082008年，神舟年，神舟7 7号，出仓行走号，出仓行走20112011年，神舟年，神舟8 8号，与天宫一号对接号，与天宫一号对接20122012年，神舟年，神舟9 9号，女飞行员参与号，女飞行员参与20132013年，神舟
17、年，神舟1010号，女飞行员太空授课号，女飞行员太空授课20072007，嫦娥，嫦娥1 1号号20112011年年9 9月，天宫月，天宫1 1号号20132013年年1212月，月，嫦娥嫦娥3 3号号20122012年年9 9月，中国航母月，中国航母中国航母舰队假想图中国航母舰队假想图生物材料：生物材料：生物医学材料的崛起，可替代人体的组织器官，治疗疾病。生物医学材料的崛起，可替代人体的组织器官，治疗疾病。人造血管、眼睛、牙齿、关节、心脏瓣膜等人造血管、眼睛、牙齿、关节、心脏瓣膜等血管支架血管支架材料科学的发展及进步成为衡量一个国家科技水平的重要标志。材料科学的发展及进步成为衡量一个国家科技水
18、平的重要标志。二十世纪七十年代，人们开始把二十世纪七十年代，人们开始把“材料材料”与与“能源能源”和和“信息信息”并称为并称为现代经济发展的三大支柱。现代经济发展的三大支柱。新材料在不断地涌现新材料在不断地涌现镁铝合金叶轮镁铝合金叶轮镁铝合金手机壳镁铝合金手机壳分层实体快速成形减速机箱体原型分层实体快速成形减速机箱体原型熔融沉积快速成形叶轮原型熔融沉积快速成形叶轮原型材料发展的历程示意图材料发展的历程示意图四、材料与机械工程四、材料与机械工程“巧妇难为无米之炊巧妇难为无米之炊”以钢铁材料为主以钢铁材料为主装配装配加工加工机械设计机械设计使用使用工程图学工程图学材料力学材料力学理论力学理论力学寿
19、命寿命性能性能金属学金属学材料学材料学热处理热处理机械工程材料学机械工程材料学主要阐述材料的主要阐述材料的成分、组织、工艺成分、组织、工艺及及性能性能之间的一般规律。之间的一般规律。课程性质：课程性质：机械类各专业本科生的专业基础课机械类各专业本科生的专业基础课掌握工程材料的基本分类方法及常用工程材料的性能和用途；掌握工程材料的基本分类方法及常用工程材料的性能和用途；对对典型机械零件典型机械零件能够合理选材、正确制定热处理工艺能够合理选材、正确制定热处理工艺成分成分-工艺工艺-组织组织-性能之间关系性能之间关系Steel with 0.4%C 课程安排：共课程安排：共3636学时，平时学时，平时/考试考试=3/7=3/7要求：要求：（1 1）不安排课后作业；）不安排课后作业；（2 2）及时复习，课上随机提问算平时成绩；及时复习，课上随机提问算平时成绩；（3 3）上课真听讲，不主张占用较多的课外时间；）上课真听讲，不主张占用较多的课外时间；（4 4）随机点名，半数旷课。）随机点名，半数旷课。
