工程材料与成形技术基础课件.ppt

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1、封面目录1.1概述1.1.1金属材料的发展1.1.2非金属材料及复合材料的发展1.1.3新材料的发展趋势1.2固体材料的性能1.3金属的结构1.3.1金属的晶体结构1.3.2实际金属的晶体结构第1章工程材料材料是现代文明的三大支柱之一，也是发展国民经济和机械工业的重要物质基础。材料作为生产活动的基本投入之一，对生产力的发展有深远的影响。历史上曾把当时使用的材料，当作历史发展的里程碑，如“石器时代”、“青铜器时代”、“铁器时代”等。科学技术的进步，推动了材料工业的发展，使新材料不断涌现。石油化学工业的发展，促进了合成材料的兴起和应用；20世纪80年代特种陶瓷材料又有很大进展

2、，工程材料随之扩展为包括金属材料、有机高分子材料（聚合物）和无机非金属材料三大系列的全材料范围。11.1概述第1章工程材料人类早在6000年以前就发明了金属冶炼，公元前4000年，古埃及人便掌握了炼铜技术。我国青铜冶炼始于公元前2000年（夏代早期）。古埃及在5000年以前，就用含镍7.5％的陨石铁做成铁球。我国春秋战国时期，已经大量使用铁器。铸铁的发展经历了5000年的漫长岁月，只是到了瓦特发明蒸汽机以后，由于在铁轨、铸铁管制造中的大量应用，才走上工业生产的道路。从20世纪50年代到2006年，全世界的钢产量由2.1亿吨增加到12.39亿吨。而我国2006年钢产量达到4

3、.19亿吨，超过20世纪50年代全球钢产量一倍，跃居全球钢产量首位。在黑色金属发展的同时，非铁金属也得到发展。人类自1866年发明电解铝以来，铝已成为用量仅次于钢铁的金属。1910年纯钛的制取，满足了航空工业发展的需求。21.1.1金属材料的发展1.1.2非金属材料及复合材料的发展非金属材料如陶瓷、橡胶等的发展历史也十分悠久。进入到20世纪后，更是取得了重大的进展。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，而金属材料年增长率仅为4％。1970年世界高分子材料为4000万吨，其中3000万吨为塑料；橡胶为500万吨，这已超过天然橡胶的产量；合成纤维40

4、0万吨。20世纪90年代，塑料产量已逾亿吨，2006年我国塑料产量达到2801.9万吨。陶瓷材料在冶金、建筑、化工和尖端技术领域已成为耐高温、耐腐蚀和各种功能材料的主要用材。航空、航天、电子、通信、机械、化工、能源等工业的发展对材料的性能提出了越来越高的要求。传统的单一材料已不能满足使用要求，复合材料的研究和应用引起了人们的重视。玻璃纤维树脂复合材料、碳纤维树脂复合材料等已在航空航天工业和交通运输、石油化工等工业中广泛应用。31.1.3新材料的发展趋势随着社会的发展和科学技术的进步，新材料层出不穷。每一种重要的新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。

5、工程材料目前正朝高比强度（单位密度的强度）、高比模量（单位密度的模量）、耐高温、耐腐蚀的方向发展。图1-1为材料比强度随时间的进展的示意图，今日先进材料强度比早期材料增长50倍。图1-1材料比强度随时间的进展45新材料主要在以下几方面获得发展：1.先进复合材料由基体材料（高分子材料、金属或陶瓷）和增强材料（纤维、晶须、颗粒）复合而成的具有优异性能的新型材料。2.光电子信息材料光电子信息材料包括量子材料、生物光电子材料、非线性光电子材料等。3.低维材料指超微粒子（零维）、纤维（一维）和薄膜（二维）材料，这是近年来发展最快的材料领域。4.新型金属材料如镍基高温合金、非晶态合金

6、、微晶合金、Al-Li合金金属间化合物等。1.2固体材料的性能6固体材料的主要性能包括力学性能、物理性能、化学性能、工艺性能等。力学性能是工程材料最主要的性能，又称机械性能，指材料在外力作用下表现出来的性能，包括弹性、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、蠕变和磨损等。外力即载荷，常见的各种外载荷如图1-2所示。图1-2载荷的形式1.强度和塑性材料强度指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力，如弹性极限、屈服点、抗拉强度、疲劳极限、蠕变极限等等。按外力作用的方式不同，强度可分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度等。工程上最常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。7材料的强度、

7、塑性指标可以通过实验测定。图1-3低碳钢拉伸应力－应变图图1-3a为低碳钢拉伸试验测得的应力－应变图。试验时将材料做成如图1-3b标准试样，试样在外力作用下，发生伸长。试样在外力作用下，其内部产生一种内力，其数值大小与外力相等，方向相反。材料单位面积上的内力称为应力，以σ(单位：Pa)表示。可按下式计算：8(1-1)1)弹性和弹性模量试样加载后应力不超过σe，若卸载，试样能恢复原状，这种材料不产生永久变形的性能，称为弹性。σe为材料不产生永久变形时所能承受的最大应力，称为弹性极限。图中Op为直线，表示应力(σ)与应变(ε)成正