工程材料 马建敏 (Email:mma @fudan edu cn) Fudan university
工程材料 马建敏 (Email:jmma@fudan.edu.cn) Fudan University
绪论 、材料科学的重要地位与作用 、工程材料的分类
绪 论 一、材料科学的重要地位与作用 二、工程材料的分类
材料科学的重要地位与作用 口材料是人类用来制造各种有用物件的物质,它是人类社 会生存与发展、征服自然和改造自然的物质基础,也是 人类社会现代文明的重要支柱 口在人类社会漫长的进化过程中,材料一直被认为是社会 生产力发展的标志。每一种新材料的发展和应用都把人 类改造自然的能力提高到一个新的水平,把人类文明带 进一个新的阶段
一、材料科学的重要地位与作用 材料是人类用来制造各种有用物件的物质，它是人类社 会生存与发展、征服自然和改造自然的物质基础，也是 人类社会现代文明的重要支柱。 在人类社会漫长的进化过程中，材料一直被认为是社会 生产力发展的标志。每一种新材料的发展和应用都把人 类改造自然的能力提高到一个新的水平，把人类文明带 进一个新的阶段
口人类使用材料的发展历史 公元前10万年 石器时代 元前3000年 青铜器时代 公元前1000年 「铁器时代 公元0年 水泥时代 公元1800年 钢时代 公元1950年 硅时代 公元1990年 「新材料时代 口无论远古时代,还是生产力高度发达的今天,无论是工业、 农业、现代国防,还是日常生活均离不开材料 口20世纪的四项重要发明,即原子能、半导体、计算机、激光 器都离不开材料科学的发展
人类使用材料的发展历史 无论远古时代，还是生产力高度发达的今天，无论是工业、 农业、现代国防，还是日常生活均离不开材料。 20世纪的四项重要发明，即原子能、半导体、计算机、激光 器都离不开材料科学的发展。 公元前10万年 石器时代 公元前3000年 青铜器时代 公元前1000年 铁器时代 公元0年 水泥时代 公元1800年 钢时代 公元1950年 硅时代 公元1990年 新材料时代
二、工程材料的分类 工绿朝贔有工霾特籍种禁条特再爹米得努奖:被用来制取零件和 1按材料的化学组成分类 (1)金属材料金属梦料呀分为黑金屠料铋铸铢泾有鲁金厚材料除纲铁以 金属稀有金属和放射性金属等多种。金属材料仍然是目前 应用最厂泛的工程材料 (2)无机非金属材料无机非金属材料包括水泥、玻璃、耐火材料和陶瓷等。它们的 主要原料是硅酸盐矿物又称硅酸盐材料。 (3)高分子材料_高分子杖料按材料来源可分为天然高分子 合成朝料、合成橡胶、合 途可分为塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料。 3会,换越单查程叠爱经果态速爱材不 体杉 宥銼属、塑陶營等增强材料种维和芜机化物颗粒等年
二、工程材料的分类 工程材料是指具有一定性能，在特定条件下能够承担某种功能，被用来制取零件和 元件的材料。工程材料种类繁多，有许多不同的分类方法。 1.按材料的化学组成分类 (1)金属材料 金属材料可分为黑色金属材料(钢和铸铁)及有色金属材料(除钢铁以外 的金属材料)。有色金属材料种类很多，按照它们特性的不同，又可分为轻金 属、重金属、贵金属、稀有金属和放射性金属等多种。金属材料仍然是目前 应用最广泛的工程材料。 (2)无机非金属材料 无机非金属材料包括水泥、玻璃、耐火材料和陶瓷等。它们的 主要原料是硅酸盐矿物,又称硅酸盐材料。 (3)高分子材料 高分子材料按材料来源可分为天然高分子材料(蛋白、淀粉、纤维 素等)和人工合成高分子材料(合成塑料、合成橡胶、合成纤维)。按性能及用 途可分为塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料。 (4)复合材料 由于多数金属材料不耐腐蚀,无机非金属材料脆性大,高分子材料不耐 高温,人们把上述两种或两种以上的不同材料组合起来,使之取长补短、相得益 彰就构成了复合材料。复合材料由基体材料和增强材料复合而成。基体材料 有金属、塑料、陶瓷等,增强材料有各种纤维和无机化合物颗粒等
2按材料的使用性能分类 (1)结构材料结构材料是以强度、刚度、塑性、韧性、硬 度、疲劳强度、耐磨性等力学性能为性能指标用来制 造承受载荷、传递动力的零件和构件的材料,可以是金 属材料、高分子材料、陶瓷材料或复合材料。 (2)功能材料功能材料是以声、光、电、磁、热等物理性 能为指标用来制造具有特殊性能的元件的材料如大规 模集成电路材料、信息记录材料、充电材料、激光材料 超导材料、传感器材料、储氢材料等都属于功能材料 目前功能材料在通讯、计算机、电子、激光和空间科 学等领域中扮演着极其重要的角色
2.按材料的使用性能分类 (1)结构材料 结构材料是以强度、刚度、塑性、韧性、硬 度、疲劳强度、耐磨性等力学性能为性能指标,用来制 造承受载荷、传递动力的零件和构件的材料,可以是金 属材料、高分子材料、陶瓷材料或复合材料。 (2)功能材料 功能材料是以声、光、电、磁、热等物理性 能为指标,用来制造具有特殊性能的元件的材料,如大规 模集成电路材料、信息记录材料、充电材料、激光材料 、超导材料、传感器材料、储氢材料等都属于功能材料 。目前功能材料在通讯、计算机、电子、激光和空间科 学等领域中扮演着极其重要的角色
第一章工程材料的性能 口本章主要讨论工程材料的使用性能:即在使用条件下 表现出来的性能,包括物理、化学、力学性能。它决定 了材料的使用范围与寿命。 口材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的抵抗 能力。由于载荷的形式不同,材料可表现出不同的力学 性能,如强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。材料 的力学性能是零件设计、材料选择及工艺评定的主要依 据
第一章 工程材料的性能 本章主要讨论工程材料的使用性能：即在使用条件下 表现出来的性能，包括物理、化学、力学性能。它决定 了材料的使用范围与寿命。 材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的抵抗 能力。由于载荷的形式不同，材料可表现出不同的力学 性能，如强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。材料 的力学性能是零件设计、材料选择及工艺评定的主要依 据
低碳钢拉伸曲线 材料伸长量△ 材料原长o v 试样原始横截面积A
低碳钢拉伸曲线 材料伸长量 l 材料原长 l 0 0 = l l 应变 试样原始横截面积 A0
工程材料的强度 口强度:在载荷作用下材料抵抗塑性变形或断裂的能力, 一般多以抗拉强度作为基本的强度指标(σ) 口屈服强度:材料抗塑性变形的能力 国家标准规定:残余应变量为0.2%时的应力值作为屈 服强度,称为条件屈服强度,即σ2 口抗拉强度:材料抵抗断裂的能力a=A 口注:若不允许塑性变形,用。来校核强度(空气压缩机 枳匣螺栓);若只要求不断裂,用σ校核(一般机械上的 连接螺栓)
工程材料的强度 强度：在载荷作用下材料抵抗塑性变形或断裂的能力， 一般多以抗拉强度作为基本的强度指标（ ） 屈服强度：材料抗塑性变形的能力 国家标准规定：残余应变量为0.2%时的应力值作为屈 服强度，称为条件屈服强度，即 抗拉强度:材料抵抗断裂的能力 注:若不允许塑性变形，用 来校核强度(空气压缩机 机匣螺栓);若只要求不断裂,用 校核(一般机械上的 连接螺栓) b 0 s s F A = 0.2 0 b b F A = s b
刚度与弹性模量 口刚度是指零件或构件抵抗弹性变形的能力。在构件形状 尺寸不变的情况下,其刚度决定于材料的弹性模量。 在比例极限(σ)的范围内有: F e=oe E 口弹性模量主要取决于金属的本身性质,与晶格类型和原 子间距有关,而热处理等强化手段对弹性模量影响极
刚度与弹性模量 刚度是指零件或构件抵抗弹性变形的能力。在构件形状 、尺寸不变的情况下，其刚度决定于材料的弹性模量。 在比例极限（ ）的范围内有： 弹性模量主要取决于金属的本身性质，与晶格类型和原 子间距有关，而热处理等强化 手段对弹性模量影响极 小。 p 0 0 / , Fl E E A l = =