工程材料 緒論

緒論二、材料的分類與概況三、材料科學(xué)與機(jī)械工程四、本課程的目的、內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求師昌緒：材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱作材料。例1：泰坦尼克號事件〔泰坦尼克號遇難有新說〕?造船廠使用劣質(zhì)材料釀成震驚世界慘禍?劣質(zhì)鉚釘！例2：9.11?世貿(mào)大廈是豆腐渣工程?〔阻燃材料、環(huán)保材料、鋼結(jié)構(gòu)〕造價(jià)11億美元用鋼7.8萬噸

110層411米歷時(shí)7年竣工企業(yè)1200家5萬人上班游客15萬人

3000多人喪生?。?！世貿(mào)大廈倒塌一是用阻燃材料；

二是用綠色環(huán)保材料。高溫鋼梁鋼柱嚴(yán)重軟化強(qiáng)度急劇降低倒塌建筑材料燃燒釋放大量有毒煙霧導(dǎo)致人窒息死亡解決方法：45鋼室溫→600℃σb↓1/2Al合金室溫→400℃σb↓＜1/10

88層425m共消耗鋼管樁1.8萬噸

主樓鋼管樁430根(壁厚20mm)

914mm×83.5m

裙樓鋼管樁632根(壁厚20mm)

609mm×47m

例3：上海金茂大廈

①機(jī)翼后中段：Ti合金②機(jī)翼中段：Al、Ti及復(fù)合材料③機(jī)身：主梁、發(fā)動機(jī)艙用輕金屬、復(fù)合材料，其余用碳纖維、石墨纖維等復(fù)合材料，不易反射雷達(dá)波。④機(jī)翼前緣：全部包覆吸波材料。⑤機(jī)體：噴涂吸波油漆。例4：美國B-2A型戰(zhàn)機(jī)〔伊拉克〕每架20億美元例5：未來的航天飛機(jī)〔復(fù)合材料〕主結(jié)構(gòu)用合成材料。航天飛機(jī)返回地球時(shí)，機(jī)身溫度超過1000℃

，以前的航天飛機(jī)外外表使用碳陶瓷片，在二次飛行期間許多碳陶瓷片需更換，很麻煩。新的航天飛機(jī)外殼用Ni-Cr-Fe合金制造，外層隔熱板由一層TiAl合金與一層絕熱材料組成。例6：磁懸浮列車〔超導(dǎo)材料〕

超導(dǎo)磁懸浮列車如何懸浮？在每節(jié)車廂的底部安裝了超導(dǎo)磁體，路面上埋許多閉合Al環(huán)。在超導(dǎo)磁體的線圈中通入電流產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場。列車開動后，超導(dǎo)磁體相對于Al環(huán)運(yùn)動，在Al環(huán)里感應(yīng)出強(qiáng)電流，并相應(yīng)形成強(qiáng)磁場。超導(dǎo)體的完全抗磁性使車上的超導(dǎo)磁體受到地面Al環(huán)的向上托力，車速愈快，托力愈大。當(dāng)超導(dǎo)體處于一塊永久磁Fe的上方時(shí)，超導(dǎo)體與磁鐵之間產(chǎn)生排斥力，超導(dǎo)體就會懸浮在磁Fe上方。當(dāng)車速＞150km/h，托力大于列車自重，列車浮起。當(dāng)列車停下時(shí)，Al環(huán)中無感應(yīng)電流，不能產(chǎn)生磁場，因此在開車啟動和減速停車時(shí)有一段時(shí)間仍需用車輪在軌道上運(yùn)行。上海的磁懸浮線路2002年建成，2003年正式商業(yè)運(yùn)營。例6：磁懸浮列車〔超導(dǎo)材料〕專輯：北京奧運(yùn)會的新材料〔1〕專輯：北京奧運(yùn)會的新材料〔1〕國際地理頻道紀(jì)錄片——水立方1

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3專輯：北京奧運(yùn)會的新材料〔2〕李娜納米網(wǎng)球拍＜200克，由碳纖維、塑料、鈦組成。專輯：北京奧運(yùn)會的新材料〔3〕冰背心——德國研制，夾層里密布細(xì)小的水管，水管中流淌著17℃的降溫液，可抵御高溫、保持體能。背心外層隔溫性非常好，可有效阻斷外部熱量，降溫效果持久。專輯：北京奧運(yùn)會的新材料〔4〕以特氟綸纖維制成的鯊魚皮泳衣，外表模仿了鯊魚表皮成排的脊柱形小突起，能減少4％的阻力，減少5％的氧氣消耗，成績提高2％。英國“速比濤〞(Speedo)公司的第四代鯊魚皮LZRRacer，售價(jià)7000元人民幣，壽命只有6次。專輯：北京奧運(yùn)會的新材料〔5〕撐高跳女皇

伊辛巴耶娃竹竿→金屬桿碳纖維復(fù)合材料→玻璃纖維→專輯：北京奧運(yùn)會的新材料〔6〕杭州產(chǎn)“HF-5型碳纖維復(fù)合材料四人新型賽艇〞采用單向碳纖維制造，重量輕、強(qiáng)度高、剛性好，不僅提高了賽艇的平安性，也提高了劃船效率。幫助中國四朵金花一舉拿下賽艇女子四人雙槳的金牌。專輯：溫哥華冬奧會的新材料〔1〕——電子垃圾鑄獎牌專輯：溫哥華冬奧會的新材料〔1〕——電子垃圾鑄獎牌

獎牌直徑100mm，厚6mm，重量500~576克。每塊金牌中有1.5%左右的成分來自于從電子垃圾碎片中提取的金屬。?科學(xué)美國人?網(wǎng)站報(bào)道：將計(jì)算機(jī)、監(jiān)控器、打印機(jī)和玻璃制品等粉碎，隨后別離出鋼、鋁、銅、玻璃和其他有用物質(zhì)，并將余下的碎片倒入1200℃高溫的熔爐中，以獲取那些不能通過簡單粉碎提煉出的金屬材料。專輯：溫哥華冬奧會的新材料〔1〕——電子垃圾鑄獎牌速滑競賽服就在大腿處使用了比普通纖維彈性強(qiáng)數(shù)十倍的橡膠材料，可最大程度地減少體力消耗；右胯部以內(nèi)附著的是“3M〞合成纖維，可有效減小摩擦力。為減少空氣阻力，韓國代表團(tuán)在比賽服的雙手及雙腿處使用了蜂窩樣式的聚氨酯材料。專輯：溫哥華冬奧會的新材料〔2〕——聚氨酯速滑服材料、能源和信息并列成為現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代文明的三大支柱，材料又是最重要的根底。材料:人類生活與社會開展的主要物質(zhì)根底，其品種、數(shù)量和質(zhì)量是人類文明和社會進(jìn)步的標(biāo)志。人類使用材料的七個(gè)時(shí)代公元前10萬年

石器時(shí)代公元前3000年

青銅器時(shí)代公元前1000年

鐵器時(shí)代公元0年水泥時(shí)代1800年

鋼時(shí)代1950年硅時(shí)代(信息時(shí)代)1990年新材料時(shí)代湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍二、材料的分類與概況按材料的性能特點(diǎn)分：1.結(jié)構(gòu)材料2.功能材料二、材料的分類與概況按材料的化學(xué)屬性分:1.金屬材料黑色金屬：鐵及鐵基合金材料有色金屬：輕金屬、重金屬、貴金屬、稀有金屬2.高分子材料：塑料、橡膠、合成纖維和膠粘劑3.陶瓷材料：傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷4.復(fù)合材料：樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料例1底特律活塞隊(duì)例2曼聯(lián)隊(duì)例3浦項(xiàng)制鐵隊(duì)?農(nóng)業(yè)文明：牛、馬、羊、土地〔農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)〕?工業(yè)文明：鋼、鐵〔工業(yè)經(jīng)濟(jì)〕?現(xiàn)代文明：納米等新材料〔知識經(jīng)濟(jì)〕汽車中各種材料的大致比例鋁合金5%~10%塑料10%~20%鐵合金60%~75%其它汽車中的輕合金汽車每減重1kg，1L汽油可多跑0.1km。車身用Al合金，每車用1kgAl，汽車↓2.25kg。泡沫Al——制汽車零件，只有鋼重的1/2，剛度卻是鋼的10倍；絕熱性能比Al高95％，對＞800Hz的噪聲有很強(qiáng)的消聲能力。汽車假設(shè)能用70kgMg，CO2減排30％。用于殼體可以降低噪聲，用于座椅、輪圈可以減振。汽車中的塑料福特汽車中使用的材料汽車發(fā)動機(jī)和傳動系示意圖飛機(jī)所用材料比例變化波音767亞音速飛機(jī)1985～1995鋁合金81%鋼14%鈦合金2%復(fù)合材料3%復(fù)合材料65%鋼14%鋁合金11%其它10％飛機(jī)用材料導(dǎo)彈殼體用材料三、材料科學(xué)與機(jī)械工程材料科學(xué)與工程的四要素

使用性能制備合成/加工工藝成分/組織結(jié)構(gòu)材料固有性能合理的材料優(yōu)良的設(shè)計(jì)適宜的加工}優(yōu)質(zhì)、適用的機(jī)械產(chǎn)品四、本課程的目的、內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求