“十一五”國家級規劃教材《工程材料》第5版配套課件緒論第5版“十一五”國家級規劃教材《工程材料》第5版配套課件緒論第51工程材料培訓課程2前

言

工程材料課程是高等院校機械類專業的一門十分重要的技術基礎課。

課程的任務是從機械工程的應用角度出發，闡明機械工程材料的基本理論，了解材料的成分、加工工藝、組織、結構與性能之間的關系；介紹常用機械工程材料及其應用等基本知識。前

言3課程的目的是使學生通過學習，在掌握機械工程材料的基本理論及基本知識的基礎上，具備根據機械零件使用條件和性能要求，對結構零件進行合理選材及制訂零件工藝路線的初步能力。由于能源、材料和信息是現代社會和現代科學技術的三大支柱，學習并掌握工程材料的基礎知識，對于工科院校機械類專業的學生是十分必要的。課程的目的是使學生通過學習，在掌握機械工程材料的基本4

緒論第1章材料的結構與性能特點第2章金屬材料組織和性能的控制第3章金屬材料第4章高分子材料第5章陶瓷材料第6章復合材料第7章功能材料及新材料第8章零件失效分析與選材原則第9章典型工件的選材及工藝路線設計第10章工程材料的應用課程目錄緒論課程目錄5緒

論內容提要介紹中華民族對材料發展的重大貢獻、新材料新工藝的發展現狀。介紹材料的結合鍵和性能。根據結合鍵對工程材料進行分類。

學習目標了解材料的結合鍵，了解工程材料的分類。了解工程材料課程的任務和學習目的。緒

論60.1

中華民族對材料發展的重大貢獻

材料是人類用來制造各種產品的物質，是人類生活和生產的物質基礎。

人類社會的發展伴隨著材料的發明和發展。材料的發展歷史石器—陶器—青銅器—鐵器—高分子材料—復合材料0.1

中華民族對材料發展的重大貢獻材料是人類用來70.1.1中華民族對材料發展的重大貢獻一、石器的制造和使用在人類的發展史上，最先使用的工具是石器。中華民族的祖先用堅硬的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石鋤。石器石斧0.1.1中華民族對材料發展的重大貢獻一、石器的制8

二、陶器與瓷器的發明和使用

新石器時代(公元前6000年～公元前5000年)，中華民族的先人們用粘土燒制成陶器。甘肅馬家窯文化時期的陶器表面彩繪條帶紋、波紋和舞蹈紋等，制品有炊具、食具、盛儲器皿等。陶器二、陶器與瓷器的發明和使用甘肅馬家窯文化時期9

瓷器——中國文化的象征最早生產瓷器的國家。東漢時期發明了瓷器。于9世紀傳到非洲東部和阿拉伯國家，13世紀傳到日本，15世紀傳到歐洲。瓷器成為中國文化的象征，對世界文明產生了極大的影響。

中國瓷器暢銷全球，名譽四海。瓷器

瓷器——中國文化的象征瓷器10

三、我國勞動人民創造了燦爛的青銅文化

夏朝(公元前2140年始)以前我國青銅的冶煉就開始。

殷、西周時期已發展到很高的水平。制造各種工具、食器、兵器。兵器三、我國勞動人民創造了燦爛的青銅文化兵器11

●從河南安陽晚商遺址出土的司母戊鼎（又稱后母戊鼎）重約832kg,長1.33m、寬0.78m、高1.10m。是迄今世界上最古老的大型青銅器。司母戊鼎●從河南安陽晚商遺址出土的司母戊鼎（又稱后母戊鼎）重12

●從湖北隨縣出土的戰國青銅編鐘共計六十四枚，分三層懸掛。造型壯觀、音頻準確。鑄造精美，音律齊全，音域寬廣，音色和美，樂律銘文珍貴。是我國古代文化藝術高度發達的見證。

編鐘●從湖北隨縣出土的戰國青銅編鐘共計六十四枚，分三層懸13

●世界上最古老的青銅成分的文字記載春秋戰國時期《周禮·考工記》：六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊(劑）；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金、錫半，謂之鑒燧之齊。我們的祖先已經認識到了青銅的成分、性能與應用之間的密切關系。●世界上最古老的青銅成分的文字記載六分其金而錫居一，14

四、鐵器的生產和應用

●青秋戰國時期(公元前770年～公元前221年)開始大量使用鐵器。

從興隆戰國鐵器遺址中發掘出了澆鑄農具用的鐵模。冶鑄技術已由泥砂造型水平進入鐵模鑄造的高級階段。

四、鐵器的生產和應用15古代煉鐵圖古代煉鐵圖16

●西漢時期煉鐵技術提高采用煤作為煉鐵的燃料，比歐洲早1700多年。在河南鞏縣漢代冶鐵遺址中，發掘出20多座冶鐵爐和鍛爐。爐型龐大，結構復雜，并有鼓風裝置和鑄造坑。生產規模壯觀。

鐵人黃河鎮河大鐵牛(唐開元12年鑄)●西漢時期煉鐵技術提高17

●我國古代創造了三種煉鋼方法

●從礦石中直接煉出自然鋼。用這種鋼做的劍在東方各國享有盛譽，東漢時傳入了歐洲；

●西漢時期的經過“百次”冶煉鍛打的百煉鋼；

●南北朝時期生產的灌鋼。先煉鐵后煉鋼的兩步煉鋼技術我國要比其它國家早1600多年。●我國古代創造了三種煉鋼方法18●鋼的熱處理技術達到相當高的水平

●西漢《史記·天官書》：淬火工藝要點

“水與火合為淬”鋼鐵生產工具的發展，對社會進步起了巨大的推動作用。

●《漢書·王褒傳》：制劍技術

“巧冶鑄干將之樸，清水淬其鋒”

●明代科學家宋應星《天工開物》:

論述鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝。●鋼的熱處理技術達到相當高的水平鋼鐵生產工具19

五、絲綢——天然高分子材料

絲綢是一種天然高分子材料，在我國有著悠久的歷史。我國絲綢質地柔軟，色彩鮮艷，美觀華麗，光彩奪目。

于11世紀傳到波斯、阿拉伯、埃及，于1470年傳到意大利的威尼斯，進入歐洲。

中國絲綢，名揚四海。五、絲綢——天然高分子材料

20

歷史充分說明，我們勤勞智慧的祖先，在材料的創造和使用上有著輝煌的成就，為人類文明、世界進步作出了巨大貢獻。想一想：中華民族對材料發展作出了重大貢獻，你能再舉出幾個例子來嗎？歷史充分說明，我們勤勞智慧的祖先，在材料的創造和使用210.1.2新材料新工藝重大成果

一、新材料新工藝迅速發展

在當代，科學技術和生產飛躍發展。材料、能源與信息作為現代社會和現代技術的三大支柱，發展格外迅猛。

●高分子材料迅速發展從20世紀60年代到70年代，高分子材料每年以14％的速度增長。到70年代中期，全世界的高分子材料和鋼的體積產量已經相等。滌綸安全帶尼龍齒輪高分子材料用作結構材料代替鋼鐵外，目前正在研究和開發具有良好導電性能和耐高溫的高分子材料。0.1.2新材料新工藝重大成果●高分子材料22

●陶瓷材料引人注目

陶瓷材料已用于制造機器零件和工程結構。陶瓷具有許多特殊性能作為重要的功能材料(例如可作光導纖維、激光晶體等)。陶瓷脆性和抗熱震性正在逐步獲得改善，是最有前途的高溫結構材料。耐磨陶瓷絕緣陶瓷●陶瓷材料引人注目耐磨陶瓷23

●復合材料前途廣闊

技術和工業的發展對材料性能提出越來越高的要求。單一材料不能滿足某些使用要求。復合材料越來越得到人們的重視。

玻璃纖維樹脂復合材料碳纖維樹脂復合材料在航空航天工業中用于制造衛星殼體、飛機機身、螺旋槳等。玻璃鋼賽車殼體在交通運輸工業中制造汽車車身、輕型船艇等。在石油化工工業中制造耐酸、耐堿、耐油容器、管道等。玻璃鋼儲液罐●復合材料前途廣闊玻璃纖維樹脂復合材料玻璃鋼24●功能材料發展很快

超導材料磁性材料信息材料形狀記憶材料

各種功能材料有很大的發展。光纜磁浮列車（時速430公里）●功能材料發展很快光25二、我國在新材料新工藝的研究和應用方面取得重大成果

●研制成功性能優越、用途廣泛的新型結構鋼—貝氏體鋼。

●研制出零電阻溫度為128.7K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超導體(鉈系超導體)。鎂鋁合金葉輪鎂鋁合金手機殼

●鎂鋁合金的開發和應用研究取得重大成果。二、我國在新材料新工藝的研究和應用●研制出零26●材料快速成型技術和材料表面處理技術在我國得到迅速發展。

分層實體快速成形減速機箱體原型熔融沉積快速成形葉輪原型

●材料快速成型技術和材料表面處理技術在我國得到迅速發27●激光表面淬火、激光熔涂技術已在汽車發動機缸套、凸輪軸、紡織用錠桿等零件的表面強化上得到應用。

●化學氣相沉積技術制造高硬度、高耐磨性的金黃色TiN薄膜,用于耐磨零件和裝飾件的表面處理。●激光表面淬火、激光熔涂技術已在汽車發動機缸套、凸輪28

●我國汽車工業發展迅猛。

汽車材料需求迅速增加。除金屬材料外，高分子材料、陶瓷材料、復合材料在汽車中得到重要應用。

新型轎車電動汽車●我國汽車工業發展迅猛。新型轎29

●航空、航天事業迅速崛起，帶動航空、航天材料的發展。

人造衛星1966年我國成功發射人造衛星。神舟”五號飛行成功

1999年我國載人航天工程試驗飛船“神舟”一號飛行成功。2003年中國第一艘載人飛船“神舟”五號飛行成功。●航空、航天事業迅速崛起，帶動航空、航天材料的發展。30

2005年中國第二艘載人飛船“神舟”六號飛行成功。2007年中國探月衛星“嫦娥一號”成功發射。2008年中國載人飛船“神舟”七號飛行成功。“神舟”七號飛行航天服

31嫦娥一號衛星傳回的月面圖像嫦娥一號衛星傳回的月面圖像32研制成功超7隱形戰斗機，2003年8月30日首飛成功。超7隱形戰斗機研制成功殲7E、殲10戰斗機。加強了國防力量。

殲10戰斗機研制成功超7隱形戰斗機，2003年8月30日首飛成功33導彈核潛艇

1983年8月加入海軍服役。裝有12枚兩級彈道導彈。常規動力攻擊潛艇

1999年5月首艇交付海軍使用，裝有導彈。我國海軍裝備的最新一代國產常規動力攻擊潛艇。常規動力攻擊潛艇導彈核潛艇●研制潛艇、導彈核潛艇，加強海軍力量導彈核潛艇常規動力攻擊潛艇

常規動力攻擊潛34利用碳納米管作為襯底,制備出均勻、致密的金剛石薄膜。用碳納米管作為晶須增強復合材料，制作納米復合材料。●碳納米管的研究取得新成果碳納米管碳納米管的結構利用碳納米管作為襯底,制備出均勻、致密的金剛石薄膜35材料科學和材料工程發展很快。我們需要掌握材料科學的基本理論和基本知識，研究和發明新的材料和新的工藝，合理地使用各種工程材料，為四個現代化建設事業作出貢獻。

想一想：說出二個有關新材料、新工藝的實際事例。材料科學和材料工程發展很快。想一想：說出二個36課程目的

通過本門課程的學習，同學們應當掌握工程材料的基本理論及基本知識，具備根據機械零件使用條件、性能要求和失效形式，進行合理選材及制訂零件工藝路線的初步能力。課程目的37化學成分加工工藝

組織結構性能選擇材料使用材料零件微觀組成材料工程材料課程綱領——課程主線失效分析

0.45%C+Fe機加工熱處理回火索氏體強度高韌性好車用螺栓45號鋼40Cr鋼0.40%C+1%Cr+Fe化學成分加工工藝380.2材料的結合鍵結合鍵分為：

離子鍵共價健金屬鍵分子鍵各種工程材料是由各種不同的元素組成，由不同的原子、離子或分子結合而成。結合鍵

原子、離子或分子之間的結合力。0.2材料的結合鍵結合鍵分為：各種工程材料39一、離子鍵正電性元素原子失去最外層價電子變成正離子，負電性元素原子后者獲得電子變成負離子。正離子和負離子由靜電引力相互吸引，形成穩定的離子鍵。NaCl、MgO、Al2O3等由離子鍵組成。離子鍵示意圖氧化鎂結構一、離子鍵離子鍵示意圖40

離子鍵特點：結合力很大。離子晶體的硬度高，強度大，熱膨脹系數小，但脆性大。離子鍵中很難產生可以自由運動的電子，離子晶體都是良好的絕緣體。離子外層電子被束縛，可見光的能量一般不足以使其受激發，因而不吸收可見光，典型的離子晶體是無色透明的。離子鍵特點：結合力很大。41二、共價鍵處于周期表中間位置的三、四、五價元素原子之間或與鄰近元素原子形成分子或晶體時，以共用價電子形成穩定的電子滿殼層的方式實現結合。由共用價電子對產生的結合鍵叫共價鍵。

共價鍵示意圖二、共價鍵共價鍵示意圖42

金剛石為共價晶體。由碳原子組成，構成正四面體。1個碳原子在中心，另外4個碳原子在4個頂角上。硅、鍺、錫等元素也可構成共價晶體。屬于共價晶體的有SiC、Si3N4、BN等化合物。

共價鍵特點：結合力很大。

共價晶體強度高、硬度高、脆性大、熔點高、沸點高和揮發性低。金剛石結構金剛石為共價晶體。共價鍵特點：結合力很大。金43

三、金屬鍵周期表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子丟失價電子成為正離子。被丟失的價電子為全體原子所公有，叫自由電子，在正離子之間自由運動，形成電子氣。正離子在三維空間規則分布。正離子和電子氣之間產生強烈的靜電吸引力，使全部離子結合起來。這種結合力叫金屬鍵。

金屬鍵示意圖

鉬的結構三、金屬鍵金屬鍵示意44

金屬由金屬鍵結合，金屬具有下列特性：

1.良好的導電性和導熱性。金屬中存在大量自由電子，外加電場時電子可以定向地流動。金屬的導熱性很好。自由電子的活動性很強，金屬離子振動作用導熱。

2.正的電阻溫度系數。隨溫度升高電阻增大。

3.不透明并呈現特有的金屬光澤。

自由電子能吸收并隨后輻射出大部分投射到表面的光能。

4.良好的塑性變形能力，金屬材料的強韌性好。

金屬鍵沒有方向性，受外力作用發生原子位置的相對移動時，結合鍵不會遭到破壞。金屬由金屬鍵結合，金屬具有下列特性：2.正的45四、分子鍵甲烷分子在固態能相互結合成為晶體。結合過程中沒有電子的得失、共有或公有化。靠范德瓦爾斯力結合起來，這種結合鍵叫分子鍵。分子鍵示意圖

甲烷結構四、分子鍵分子鍵示意圖46在含氫的物質，特別是含氫的聚合物中，一個氫原子可同時和兩個與電子親合能力大的、半徑較小的原子(F、O、N)相結合,形成氫鍵。氫健是一種較強的、有方向性的范德瓦爾斯鍵。尼龍66的結構

分子鍵特點：范德瓦爾斯力很弱，由分子鍵結合的固體材料熔點低、硬度也很低。因無自由電子，材料有良好的絕緣性。在含氫的物質，特別是含氫的聚合物中，一個氫原子可同時470.3工程材料的分類工程材料

用于機械、車輛、船舶、建筑、化工、能源、儀器儀表、航空航天等工程領域中的材料，用來制造工程構件和機械零件。包括一些用于制造工具的材料和具有特殊性能(如耐蝕、耐高溫等)的材料。0.3工程材料的分類工程材料

48

按結合鍵的性質，工程材料分類如下：按結合鍵的性質，工程材料分類如下：49一、金屬材料

金屬材料是最重要的工程材料，包括金屬和以金屬為基的合金。

最簡單的金屬材料是純金屬。工程應用的金屬材料，原子間的結合鍵基本上為金屬鍵，通常為金屬晶體材料。

（1）黑色金屬鐵和以鐵為基的合金(鋼、鑄鐵和鐵合金)。

（2）有色金屬黑色金屬以外的所有金屬及其合金。一、金屬材料（1）黑色金屬鐵和以鐵為基的50金屬材料

想一想：結合工程實際，說說金屬材料的實際應用。

金屬材料想一想：結合工程實際，說說金屬材料的實際應用。51二、高分子材料

高分子材料為有機合成材料，亦稱聚合物。

由大量相對分子質量特別大的大分子化合物組成。大分子內的原子之間由很強的共價鍵結合，大分子與大分子之間的結合力為較弱的范特瓦爾斯力。

高分子材料耐蝕性、絕緣性好，密度小，加工成型性好，強度不高、硬度較低，耐熱性較差。在工程上是發展最快的一類新型結構材料。二、高分子材料高分子材料耐蝕性、絕緣性好，密52

根據機械性能和使用狀態高分子材料分為三大類：

塑料合成纖維橡膠高分子材料制品根據機械性能和使用狀態高分子材料分為三大類：

高分53

三、陶瓷材料

陶瓷是一種或多種金屬元素同一種非金屬元素形成的化合物。非金屬元素原子同金屬原子化合時形成很強的離子鍵，也存在有一定成分的共價鍵。

陶瓷材料屬于無機非金屬材料，主要為硅酸鹽材料、金屬氧化物、金屬非氧化合物。陶瓷的硬度很高，但脆性很大。莫來石復相陶瓷三、陶瓷材料陶瓷材料屬于無機非金屬莫來石復相54

四、復合材料

復合材料

兩種或兩種以上不同材料的組合材料，其性能優于它的組成材料。

復合材料可以由各種不同種類的材料復合組成，結合鍵復雜。強度、剛度和耐蝕性比單純的金屬、陶瓷和聚合物都優越。具有廣闊的發展前景。鈦基復合材料四、復合材料鈦基復合材料55老師提示

工程材料按結合鍵分為四類：金屬材料主要以金屬鍵結合

高分子材料以分子鍵和共價鍵結合

陶瓷材料以離子鍵、共價鍵結合

復合材料由多種結合鍵組成老師提示56小

結

1、中華民族對材料發展作出了重大貢獻

中華民族在材料的創造和使用上有著輝煌的成就，為人類文明、世界進步作出了巨大貢獻。新材料、新工藝發展很快。掌握材料科學的基本理論和基本知識，研究和發明新材料新工藝，合理地使用各種工程材料是十分重要的。小

結572、根據結合鍵工程材料分為四類

金屬材料主要以金屬鍵結合，其強韌性好，塑性變形能力強，導電、導熱性好，為主要的工程材料。

高分子材料以分子鍵和共價鍵結合，耐蝕性、絕緣性好，密度小，加工成型性好，強度不高、硬度較低，耐熱性較差。

陶瓷材料以離子鍵、共價鍵結合，熔點高，硬度高，耐熱耐磨，脆性大，難以加工。

復合材料可由多種結合鍵組成，強韌性好，比強度、比剛度高，抗疲勞性好。2、根據結合鍵工程材料分為四類58演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！59“十一五”國家級規劃教材《工程材料》第5版配套課件緒論第5版“十一五”國家級規劃教材《工程材料》第5版配套課件緒論第560工程材料培訓課程61前

言

工程材料課程是高等院校機械類專業的一門十分重要的技術基礎課。

課程的任務是從機械工程的應用角度出發，闡明機械工程材料的基本理論，了解材料的成分、加工工藝、組織、結構與性能之間的關系；介紹常用機械工程材料及其應用等基本知識。前

言62課程的目的是使學生通過學習，在掌握機械工程材料的基本理論及基本知識的基礎上，具備根據機械零件使用條件和性能要求，對結構零件進行合理選材及制訂零件工藝路線的初步能力。由于能源、材料和信息是現代社會和現代科學技術的三大支柱，學習并掌握工程材料的基礎知識，對于工科院校機械類專業的學生是十分必要的。課程的目的是使學生通過學習，在掌握機械工程材料的基本63

緒論第1章材料的結構與性能特點第2章金屬材料組織和性能的控制第3章金屬材料第4章高分子材料第5章陶瓷材料第6章復合材料第7章功能材料及新材料第8章零件失效分析與選材原則第9章典型工件的選材及工藝路線設計第10章工程材料的應用課程目錄緒論課程目錄64緒

論內容提要介紹中華民族對材料發展的重大貢獻、新材料新工藝的發展現狀。介紹材料的結合鍵和性能。根據結合鍵對工程材料進行分類。

學習目標了解材料的結合鍵，了解工程材料的分類。了解工程材料課程的任務和學習目的。緒

論650.1

中華民族對材料發展的重大貢獻

材料是人類用來制造各種產品的物質，是人類生活和生產的物質基礎。

人類社會的發展伴隨著材料的發明和發展。材料的發展歷史石器—陶器—青銅器—鐵器—高分子材料—復合材料0.1

中華民族對材料發展的重大貢獻材料是人類用來660.1.1中華民族對材料發展的重大貢獻一、石器的制造和使用在人類的發展史上，最先使用的工具是石器。中華民族的祖先用堅硬的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石鋤。石器石斧0.1.1中華民族對材料發展的重大貢獻一、石器的制67

二、陶器與瓷器的發明和使用

新石器時代(公元前6000年～公元前5000年)，中華民族的先人們用粘土燒制成陶器。甘肅馬家窯文化時期的陶器表面彩繪條帶紋、波紋和舞蹈紋等，制品有炊具、食具、盛儲器皿等。陶器二、陶器與瓷器的發明和使用甘肅馬家窯文化時期68

瓷器——中國文化的象征最早生產瓷器的國家。東漢時期發明了瓷器。于9世紀傳到非洲東部和阿拉伯國家，13世紀傳到日本，15世紀傳到歐洲。瓷器成為中國文化的象征，對世界文明產生了極大的影響。

中國瓷器暢銷全球，名譽四海。瓷器

瓷器——中國文化的象征瓷器69

三、我國勞動人民創造了燦爛的青銅文化

夏朝(公元前2140年始)以前我國青銅的冶煉就開始。

殷、西周時期已發展到很高的水平。制造各種工具、食器、兵器。兵器三、我國勞動人民創造了燦爛的青銅文化兵器70

●從河南安陽晚商遺址出土的司母戊鼎（又稱后母戊鼎）重約832kg,長1.33m、寬0.78m、高1.10m。是迄今世界上最古老的大型青銅器。司母戊鼎●從河南安陽晚商遺址出土的司母戊鼎（又稱后母戊鼎）重71

●從湖北隨縣出土的戰國青銅編鐘共計六十四枚，分三層懸掛。造型壯觀、音頻準確。鑄造精美，音律齊全，音域寬廣，音色和美，樂律銘文珍貴。是我國古代文化藝術高度發達的見證。

編鐘●從湖北隨縣出土的戰國青銅編鐘共計六十四枚，分三層懸72

●世界上最古老的青銅成分的文字記載春秋戰國時期《周禮·考工記》：六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊(劑）；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金、錫半，謂之鑒燧之齊。我們的祖先已經認識到了青銅的成分、性能與應用之間的密切關系。●世界上最古老的青銅成分的文字記載六分其金而錫居一，73

四、鐵器的生產和應用

●青秋戰國時期(公元前770年～公元前221年)開始大量使用鐵器。

從興隆戰國鐵器遺址中發掘出了澆鑄農具用的鐵模。冶鑄技術已由泥砂造型水平進入鐵模鑄造的高級階段。

四、鐵器的生產和應用74古代煉鐵圖古代煉鐵圖75

●西漢時期煉鐵技術提高采用煤作為煉鐵的燃料，比歐洲早1700多年。在河南鞏縣漢代冶鐵遺址中，發掘出20多座冶鐵爐和鍛爐。爐型龐大，結構復雜，并有鼓風裝置和鑄造坑。生產規模壯觀。

鐵人黃河鎮河大鐵牛(唐開元12年鑄)●西漢時期煉鐵技術提高76

●我國古代創造了三種煉鋼方法

●從礦石中直接煉出自然鋼。用這種鋼做的劍在東方各國享有盛譽，東漢時傳入了歐洲；

●西漢時期的經過“百次”冶煉鍛打的百煉鋼；

●南北朝時期生產的灌鋼。先煉鐵后煉鋼的兩步煉鋼技術我國要比其它國家早1600多年。●我國古代創造了三種煉鋼方法77●鋼的熱處理技術達到相當高的水平

●西漢《史記·天官書》：淬火工藝要點

“水與火合為淬”鋼鐵生產工具的發展，對社會進步起了巨大的推動作用。

●《漢書·王褒傳》：制劍技術

“巧冶鑄干將之樸，清水淬其鋒”

●明代科學家宋應星《天工開物》:

論述鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝。●鋼的熱處理技術達到相當高的水平鋼鐵生產工具78

五、絲綢——天然高分子材料

絲綢是一種天然高分子材料，在我國有著悠久的歷史。我國絲綢質地柔軟，色彩鮮艷，美觀華麗，光彩奪目。

于11世紀傳到波斯、阿拉伯、埃及，于1470年傳到意大利的威尼斯，進入歐洲。

中國絲綢，名揚四海。五、絲綢——天然高分子材料

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歷史充分說明，我們勤勞智慧的祖先，在材料的創造和使用上有著輝煌的成就，為人類文明、世界進步作出了巨大貢獻。想一想：中華民族對材料發展作出了重大貢獻，你能再舉出幾個例子來嗎？歷史充分說明，我們勤勞智慧的祖先，在材料的創造和使用800.1.2新材料新工藝重大成果

一、新材料新工藝迅速發展

在當代，科學技術和生產飛躍發展。材料、能源與信息作為現代社會和現代技術的三大支柱，發展格外迅猛。

●高分子材料迅速發展從20世紀60年代到70年代，高分子材料每年以14％的速度增長。到70年代中期，全世界的高分子材料和鋼的體積產量已經相等。滌綸安全帶尼龍齒輪高分子材料用作結構材料代替鋼鐵外，目前正在研究和開發具有良好導電性能和耐高溫的高分子材料。0.1.2新材料新工藝重大成果●高分子材料81

●陶瓷材料引人注目

陶瓷材料已用于制造機器零件和工程結構。陶瓷具有許多特殊性能作為重要的功能材料(例如可作光導纖維、激光晶體等)。陶瓷脆性和抗熱震性正在逐步獲得改善，是最有前途的高溫結構材料。耐磨陶瓷絕緣陶瓷●陶瓷材料引人注目耐磨陶瓷82

●復合材料前途廣闊

技術和工業的發展對材料性能提出越來越高的要求。單一材料不能滿足某些使用要求。復合材料越來越得到人們的重視。

玻璃纖維樹脂復合材料碳纖維樹脂復合材料在航空航天工業中用于制造衛星殼體、飛機機身、螺旋槳等。玻璃鋼賽車殼體在交通運輸工業中制造汽車車身、輕型船艇等。在石油化工工業中制造耐酸、耐堿、耐油容器、管道等。玻璃鋼儲液罐●復合材料前途廣闊玻璃纖維樹脂復合材料玻璃鋼83●功能材料發展很快

超導材料磁性材料信息材料形狀記憶材料

各種功能材料有很大的發展。光纜磁浮列車（時速430公里）●功能材料發展很快光84二、我國在新材料新工藝的研究和應用方面取得重大成果

●研制成功性能優越、用途廣泛的新型結構鋼—貝氏體鋼。

●研制出零電阻溫度為128.7K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超導體(鉈系超導體)。鎂鋁合金葉輪鎂鋁合金手機殼

●鎂鋁合金的開發和應用研究取得重大成果。二、我國在新材料新工藝的研究和應用●研制出零85●材料快速成型技術和材料表面處理技術在我國得到迅速發展。

分層實體快速成形減速機箱體原型熔融沉積快速成形葉輪原型

●材料快速成型技術和材料表面處理技術在我國得到迅速發86●激光表面淬火、激光熔涂技術已在汽車發動機缸套、凸輪軸、紡織用錠桿等零件的表面強化上得到應用。

●化學氣相沉積技術制造高硬度、高耐磨性的金黃色TiN薄膜,用于耐磨零件和裝飾件的表面處理。●激光表面淬火、激光熔涂技術已在汽車發動機缸套、凸輪87

●我國汽車工業發展迅猛。

汽車材料需求迅速增加。除金屬材料外，高分子材料、陶瓷材料、復合材料在汽車中得到重要應用。

新型轎車電動汽車●我國汽車工業發展迅猛。新型轎88

●航空、航天事業迅速崛起，帶動航空、航天材料的發展。

人造衛星1966年我國成功發射人造衛星。神舟”五號飛行成功

1999年我國載人航天工程試驗飛船“神舟”一號飛行成功。2003年中國第一艘載人飛船“神舟”五號飛行成功。●航空、航天事業迅速崛起，帶動航空、航天材料的發展。89

2005年中國第二艘載人飛船“神舟”六號飛行成功。2007年中國探月衛星“嫦娥一號”成功發射。2008年中國載人飛船“神舟”七號飛行成功。“神舟”七號飛行航天服

90嫦娥一號衛星傳回的月面圖像嫦娥一號衛星傳回的月面圖像91研制成功超7隱形戰斗機，2003年8月30日首飛成功。超7隱形戰斗機研制成功殲7E、殲10戰斗機。加強了國防力量。

殲10戰斗機研制成功超7隱形戰斗機，2003年8月30日首飛成功92導彈核潛艇

1983年8月加入海軍服役。裝有12枚兩級彈道導彈。常規動力攻擊潛艇

1999年5月首艇交付海軍使用，裝有導彈。我國海軍裝備的最新一代國產常規動力攻擊潛艇。常規動力攻擊潛艇導彈核潛艇●研制潛艇、導彈核潛艇，加強海軍力量導彈核潛艇常規動力攻擊潛艇

常規動力攻擊潛93利用碳納米管作為襯底,制備出均勻、致密的金剛石薄膜。用碳納米管作為晶須增強復合材料，制作納米復合材料。●碳納米管的研究取得新成果碳納米管碳納米管的結構利用碳納米管作為襯底,制備出均勻、致密的金剛石薄膜94材料科學和材料工程發展很快。我們需要掌握材料科學的基本理論和基本知識，研究和發明新的材料和新的工藝，合理地使用各種工程材料，為四個現代化建設事業作出貢獻。

想一想：說出二個有關新材料、新工藝的實際事例。材料科學和材料工程發展很快。想一想：說出二個95課程目的

通過本門課程的學習，同學們應當掌握工程材料的基本理論及基本知識，具備根據機械零件使用條件、性能要求和失效形式，進行合理選材及制訂零件工藝路線的初步能力。課程目的96化學成分加工工藝

組織結構性能選擇材料使用材料零件微觀組成材料工程材料課程綱領——課程主線失效分析

0.45%C+Fe機加工熱處理回火索氏體強度高韌性好車用螺栓45號鋼40Cr鋼0.40%C+1%Cr+Fe化學成分加工工藝970.2材料的結合鍵結合鍵分為：

離子鍵共價健金屬鍵分子鍵各種工程材料是由各種不同的元素組成，由不同的原子、離子或分子結合而成。結合鍵

原子、離子或分子之間的結合力。0.2材料的結合鍵結合鍵分為：各種工程材料98一、離子鍵正電性元素原子失去最外層價電子變成正離子，負電性元素原子后者獲得電子變成負離子。正離子和負離子由靜電引力相互吸引，形成穩定的離子鍵。NaCl、MgO、Al2O3等由離子鍵組成。離子鍵示意圖氧化鎂結構一、離子鍵離子鍵示意圖99

離子鍵特點：結合力很大。離子晶體的硬度高，強度大，熱膨脹系數小，但脆性大。離子鍵中很難產生可以自由運動的電子，離子晶體都是良好的絕緣體。離子外層電子被束縛，可見光的能量一般不足以使其受激發，因而不吸收可見光，典型的離子晶體是無色透明的。離子鍵特點：結合力很大。100二、共價鍵處于周期表中間位置的三、四、五價元素原子之間或與鄰近元素原子形成分子或晶體時，以共用價電子形成穩定的電子滿殼層的方式實現結合。由共用價電子對產生的結合鍵叫共價鍵。

共價鍵示意圖二、共價鍵共價鍵示意圖101

金剛石為共價晶體。由碳原子組成，構成正四面體。1個碳原子在中心，另外4個碳原子在4個頂角上。硅、鍺、錫等元素也可構成共價晶體。屬于共價晶體的有SiC、Si3N4、BN等化合物。

共價鍵特點：結合力很大。

共價晶體強度高、硬度高、脆性大、熔點高、沸點高和揮發性低。金剛石結構金剛石為共價晶體。共價鍵特點：結合力很大。金102

三、金屬鍵周期表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子丟失價電子成為正離子。被丟失的價電子為全體原子所公有，叫自由電子，在正離子之間自由運動，形成電子氣。正離子在三維空間規則分布。正離子和電子氣之間產生強烈的靜電吸引力，使全部離子結合起來。這種結合力叫金屬鍵。

金屬鍵示意圖

鉬的結構三、金屬鍵金屬鍵示意103

金屬由金屬鍵結合，金屬具有下列特性：

1.良好的導電性和導熱性。金屬中存在大量自由電子，外加電場時電子可以定向地流動。金屬的導熱性很好。自由電子的活動性很強，金屬離子振動作用導熱。

2.正的電阻溫度系數。隨溫度升高電阻增大。

3.不透明并呈現特有的金屬光澤。

自由電子能吸收并隨后輻射出大部分投射到表面的光能。

4.良好的塑性變形能力，金屬材料的強韌性好。

金屬鍵沒有方向性，受外力作用發生原子位置的相對移動時，結合鍵不會遭到破壞。金屬由金屬鍵結合，金屬具有下列特性：2.正的104四、分子鍵甲烷分子在固態能相互結合成為晶體。結合過程中沒有電子的得失、共有或公有化。靠范德瓦爾斯力結合起來，這種結合鍵叫分子鍵。分子鍵示意圖

甲烷結構四、分子鍵分子鍵示意圖105在含氫的物質，特別是含氫的聚合物中，一個氫原子可同時和兩個與電子親