第一章材料的性能

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1、工程材料学工程材料学工程材料学工程材料学任课教师：任课教师： 材料学院材料学院 池波池波 联系电话：联系电话： 027-87558142 Email: 教材：教材：工程材料及应用工程材料及应用(第二版第二版) 周凤云周凤云学时学时: 32 （其中实验（其中实验 4 学时）学时）课程网站：课程网站：http:/202.114.4.28:8088/ec/C23/Index.htm工程材料学工程材料学绪论绪论材料的分类材料的分类材料的性能材料的性能材料的应用材料的应用工程材料学工程材料学第一节第一节 绪论绪论材料：材料：是指经过某种加工，具有一定结构、成分是指经过某种加工，具有一定结构、成分和性能，

2、并可应用于一定用途的物质。一般把来和性能，并可应用于一定用途的物质。一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为自采掘工业和农业的劳动对象称为“原料原料”，把，把经过工业加工的原料成为经过工业加工的原料成为“材料材料”。材料科学：材料科学：是研究材料的成分、组织结构、制备是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料的性能与材料应用之间的工艺、加工工艺、材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。相互关系的科学。是当代科学技术发展的基础、是当代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。现代文明的三大支柱之一。现代文明的三大支柱之一。工

3、程材料学工程材料学 材料科学材料科学是一个跨物理、化是一个跨物理、化学等的学科。材料科学的核学等的学科。材料科学的核心问题是材料的成分心问题是材料的成分（Composition）、组织结）、组织结构（构（Structure）、工艺）、工艺（Technology）和性能）和性能（Property）以及它们之间）以及它们之间的关系。右图为材料科学与的关系。右图为材料科学与工程四要素。工程四要素。材料科学研究对象材料科学研究对象:性能性能 Property组织结构组织结构 Structure工艺工艺 Technology成分成分 Composition工程材料学工程材料学1. 了解和学会合理使用现有

4、的材料。了解和学会合理使用现有的材料。2. 研究开辟现有材料的新工艺、新用途。研究开辟现有材料的新工艺、新用途。3. 研究和创建新材料。研究和创建新材料。材料科学研究的目的材料科学研究的目的工程材料学工程材料学工程材料学课程的学习目的工程材料学课程的学习目的 工程材料学工程材料学课程是高等院校机类专业的一门课程是高等院校机类专业的一门技术基础课，该课程对工科院校机械类专业的学生技术基础课，该课程对工科院校机械类专业的学生是十分必要的。是十分必要的。1. 解材料的化学成分、组织结构和性能之间关系的解材料的化学成分、组织结构和性能之间关系的基本知识。基本知识。2. 正确区分各类金属材料的牌号、成分

5、、热处理、正确区分各类金属材料的牌号、成分、热处理、性能及用途。性能及用途。3. 掌握机械工程中的选材原则及典型机械零件选材掌握机械工程中的选材原则及典型机械零件选材方法。方法。工程材料学工程材料学课程内容课程内容 本课程以本课程以金属材料为主金属材料为主要对象，扩展要对象，扩展其他工程材料，其他工程材料，介绍材料组织介绍材料组织和性能的变化和性能的变化规律和研究方规律和研究方法法 。工程材料学工程材料学教学事项教学事项特点特点: 内容多、叙述多、学时少。内容多、叙述多、学时少。环节：教材环节：教材 讲课讲课 作业作业 实验实验 复习复习 辅导辅导 考核考核学习方法：学习方法：1. 着重理解教

6、学内容，尽量避免死记硬背；着重理解教学内容，尽量避免死记硬背；2. 内容多，每章要及时跟上消化；内容多，每章要及时跟上消化；3. 利用实验和多媒体帮助加深理解；利用实验和多媒体帮助加深理解；考试方式：闭卷统考。考试方式：闭卷统考。工程材料学工程材料学第二节第二节 材料的分类材料的分类工程材料：工程材料：主要利用其力学性能制作结构件。是以主要利用其力学性能制作结构件。是以强度，刚度，韧性，耐劳性，硬度，疲劳强度等力强度，刚度，韧性，耐劳性，硬度，疲劳强度等力学性能为特征的材料。学性能为特征的材料。建筑材料建筑材料 结构材料结构材料 工具材料工具材料功能材料：功能材料：主要利用其物理、化学性能或效

7、应，指主要利用其物理、化学性能或效应，指具有特定功效的器件。具有特定功效的器件。半导体材料半导体材料 磁性材料磁性材料 激光材料激光材料热电材料热电材料 光电材料光电材料 声电材料声电材料 等等等等工程材料学工程材料学（1）晶体）晶体: 周期性点阵结构周期性点阵结构（2）非晶：玻璃态）非晶：玻璃态（3）准晶：五次对称、十次对称、二十次对称）准晶：五次对称、十次对称、二十次对称（4）纳米材料）纳米材料工程材料学工程材料学纳米材料在太阳能电池中的应用纳米材料在太阳能电池中的应用工程材料学工程材料学1.1. 金属材料金属材料：纯金属及其合金。：纯金属及其合金。钢铁材料钢铁材料( (黑色金属黑色金属)

8、 )钢钢 铸铁铸铁非铁金属材料非铁金属材料( (有色金属有色金属) )轻金属轻金属 Al Mg Ca Na Al Mg Ca Na 重金属重金属 Cu Ni Pb SnCu Ni Pb Sn Zn Zn 贵金属贵金属 Ag Au Pt Ru IrAg Au Pt Ru Ir稀有金属稀有金属 Zr Ti NbZr Ti Nb 稀土金属稀土金属 Re(Y NdRe(Y Nd ) )放射性金属放射性金属 Ra U ThRa U Th 合金是由两种或两种以上元素组成，其中至少有一种为金合金是由两种或两种以上元素组成，其中至少有一种为金属元素组成具有属元素组成具有金属性金属性的材料。金属性的特征是具有正

9、的电阻的材料。金属性的特征是具有正的电阻温度系数，这是由于它的导电是自由电子的运动所决定的。温度系数，这是由于它的导电是自由电子的运动所决定的。工程材料学工程材料学Periodic table of the elements with those elements that are inherently metallic in nature in color.工程材料学工程材料学2.2. 高分子材料高分子材料：有机聚合物：有机聚合物 以高分子化合物为主要成分，与各种添加剂配合，经加工以高分子化合物为主要成分，与各种添加剂配合，经加工而成的有机合成材料。包括而成的有机合成材料。包括塑料塑料、橡胶

10、橡胶、合成纤维合成纤维、粘合粘合剂剂、涂料涂料等。等。热塑性塑料：尼龙热塑性塑料：尼龙 聚乙烯聚乙烯 聚氯乙稀聚氯乙稀 聚丙烯聚丙烯 热固性塑料：树脂热固性塑料：树脂 聚氨酯聚氨酯弹性材料：天然橡胶弹性材料：天然橡胶 合成橡胶合成橡胶工程材料学工程材料学工程材料学工程材料学瓷：原以氧化铝瓷：原以氧化铝陶：陶： 硅酸盐为主硅酸盐为主广义广义陶瓷陶瓷( (特种陶瓷特种陶瓷) )：金属与氧、碳、氮、硅等化合物：金属与氧、碳、氮、硅等化合物 3. 3.陶瓷材料陶瓷材料：以天然硅酸盐矿物或人工合成的以天然硅酸盐矿物或人工合成的氧化物氧化物、碳碳化物化物、氮化物氮化物等为原料，经粉碎、成形、烧结而成的等为

11、原料，经粉碎、成形、烧结而成的无机无机非金属材料。非金属材料。包括包括 普通陶瓷和特种陶瓷普通陶瓷和特种陶瓷工程材料学工程材料学工程材料学工程材料学 4. 4.复合材料复合材料：由两种或两种以上不同材料组合而成的由两种或两种以上不同材料组合而成的多相多相固体材料，其组成主要包括基体材料固体材料，其组成主要包括基体材料(主要起主要起粘结作用粘结作用)和增和增强材料强材料(起承受起承受载荷载荷和和显示功能显示功能的作用的作用)。工程材料学工程材料学材料的性能材料的性能是指材料的性质和功能。性质是本身所具有是指材料的性质和功能。性质是本身所具有的特性或本性；功能是人们对材料的某种期待与要求可的特性或