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材料的基本概念

发布时间:2021-10-24 05:12:41
来源:亚娱体育平台

  材料的基本概念 张光磊 1 材料 英文名:material 拼 音:cáiliào [material]∶原料;可供制成成品的东西 ∶原料 可供制成成品的东西 [data;material]∶资料;可供参考或作为素 ∶资料 可供参考或作为素 材的事物 [makings;stuff]∶胜任某事的人选 ∶ 2 元素 古希腊人认为宇宙万物由水、 火、土、气组成,称为四元素 说, , 火元素、气元素两种轻元素会向上飘, 火元素、气元素两种轻元素会向上飘 土元素、水元素两种重元素会向下沉, 土元素、水元素两种重元素会向下沉 四种元素按一定的比例组成各种物体. 四种元素按一定的比例组成各种物体 3 元素 在古中国,也有相似的观点,我们 的的祖先认为宇宙万物由木、火、 土、金、水组成,称为五行说. 拥有“五行说”的同时,中国同 样拥有“地水火风”的观点,两 者并行不悖。 4 元素 element 又称化学元素 是具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子 的总称。(在这里,离子是带电荷的原子) 所有化学物质都包含元素,即任何物质都包含 元素,随着人工的核反应,更多的新元素将会 被发现出来。 5 6 7 原子 原子(atom)指化学反应的基本微粒,原子在 化学反应中不可分割。 原子直径的数量级大约是10-10m。 10 m 原子质量极小,且99.9%集中在原子核。 原子核外分布着电子,电子跃迁产生光谱,电 子决定了一个元素的化学性质,并且对原子的 磁性有着很大的影响。 8 物质 matter; a substance 物质为构成宇宙万物的实物、 场等客观事物。 不依赖于人的主观意识而存 在的客观实在 9 材料科学 materials science 组织结构、 材料科学是研究材料的组织结构 材料科学是研究材料的组织结构、 性质、生产流程和使用效能, 性质、生产流程和使用效能,以及 它们之间相互关系的科学。 它们之间相互关系的科学。 材料科学是多学科交叉与结合的结 晶,是一门与工程技术密不可分的 应用科学。 应用科学。 10 材料工程 Material Engineering 材料工程是研究、开发、生 产和应用金属材料、无机非 金属材料、高分子材料和复 合材料的工程领域。 属技术的范畴。 11 材料科学与工程 材料科学是研究所有材料的 性质, 材料工程就是研究所有材料 的应用, 它们关注于“博”。 12 材料科学与工程 是研究有关材料的成份、结 构和制造工艺与其性能和使 用性能间相互关系的知识及 这些知识的应用,是一门应 用基础学科。 13 工程材料 工程材料在较广的定义上与 “材料”相差无几 比较专门的定义,指那些具 有专门设计的结构、专门的 性能、专门用于某一领域的 材料。 14 材料的功能与性能 ? 性能 ? 材料的性能是指材料的性质和功能。 材料的性能是指材料的性质和功能。 ? 功能 ? 是人们对材料的某种期待与要求种可以承担功效, 是人们对材料的某种期待与要求种可以承担功效, 以及承担该功效下的表现或能力。 以及承担该功效下的表现或能力。 ? 性质 是本身所具有的特质或本性; 是本身所具有的特质或本性; 15 从工程、技术的角度来看,所谓物质的性质是指材料的功能及性能 从工程、技术的角度来看,所谓物质的性质是指材料的功能及性能 性质是指材料的 力学性能 是指材料处于特定环境因素 (温度、介质等 时,在外力或 温度、 温度 介质等)时 能量以及作用下表现出来的 变形和破坏的特征。 变形和破坏的特征。 17 载荷 通常把作用在材料上的外力 或能量称为载荷或负荷。 或能量称为载荷或负荷。 18 弹性 物体受外力作用发生形变、 除去作用力能恢复原来形状 的性质。 弹性模量 弹性系数 弹性比功 19 塑性 塑性是一种在某种给定载荷 下,材料产生永久变形的材 料特性。 伸长率δ 断面收缩率 断面收缩率ψ 伸长率 和断面收缩率 20 韧性 材料在塑性形变过程中吸收能量 的能力称为韧性。 冲击韧度(冲击强度)ak,表示材料 ( 在冲击载荷作用下抵抗变形和断 裂的能力。 ak值的大小表示材料的韧性好坏。 21 强度 强度是指材料承受外力而不 被破坏(不可恢复的变形也属 被破坏)的能力. (1)抗压强度 材料承受压力的能力 抗压强度--材料承受压力的能力 抗压强度 材料承受压力的能力. (2)抗拉强度 材料承受拉力的能力 抗拉强度--材料承受拉力的能力 抗拉强度 材料承受拉力的能力. (3)抗弯强度 材料对致弯外力的承受能力 抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力 抗弯强度 材料对致弯外力的承受能力. (4)抗剪强度 材料承受剪切力的能力 抗剪强度--材料承受剪切力的能力 抗剪强度 材料承受剪切力的能力. 22 硬度 HB↑→材料越硬。 材料越硬。 材料越硬 (kgf/mm2) 23 疲劳 疲劳是工件在变动载荷和应变长期作用下,损伤 累积引起的低应力突然脆性断裂现象。 轴 叶轮 24 耐磨性 25 摩擦 定义:对物体间相对运动趋势的阻碍。 定义 F=?p ,?---摩擦系数。 摩擦做功 表面层塑变(25%) ----形变硬化、应力。 摩擦热(75%)---磨损量↑,效率↓ 摩擦的结果-→→→磨损 摩擦的结果-→→→磨损 26 磨损 摩擦作用下,物体表面逐渐分离出磨屑,不 断损伤的过程。 磨损是发生在材料表面的局部变形与断裂。 27 物理性能 是指材料本身的具有各种物 理量(热 磁等)以及 理量 热、电、光、磁等 以及 环境变化时他们的变化程度。 环境变化时他们的变化程度。 28 密度 详见 29 导热性 详见 30 热膨胀系数 详见 31 熔点 详见 32 电阻与电导 电阻与电导 详见 33 导磁率 详见 34 光 光与物质的相互作用 光学材料 35 化学性能 反映材料与各种化学试剂发 生化学反应的可能性和反应 速度大小的相关参数。 速度大小的相关参数。 36 腐蚀 材料由于周围环境介质侵蚀而造 成的损伤和破坏均称为腐蚀。 成的损伤和破坏均称为腐蚀。 发生腐蚀的化学过程有化学腐蚀 (氧化 、电化学腐蚀和应力腐蚀 氧化)、 氧化 等不同形式。 等不同形式。 腐蚀速度与材料、介质、温度、 腐蚀速度与材料、介质、温度、 应力、辐照……因素有关。 因素有关。 应力、辐照 因素有关 37 工艺性能 是材料力学、物理、 是材料力学、物理、化学性 能的综合表现。 能的综合表现。主要反映材 料生产或零部件加工过程的 可能性或难易程度。 可能性或难易程度。 38 材料可生产性 得到材料可能性和制备方法。 得到材料可能性和制备方法。 39 铸造性 将材料加热得到熔体, 将材料加热得到熔体,注入 较复杂的型腔后冷却凝固, 较复杂的型腔后冷却凝固, 获得零件的方法。 获得零件的方法。 流动性: 流动性:充满型腔能力 收缩率: 收缩率:缩孔数量的多少和分布特征 偏析倾向:材料成分的均匀性 偏析倾向: 40 焊接性 利用部分熔体, 利用部分熔体,将两块材料 连接在一起。 连接在一起。 连接能力:焊接头部位强度与母材的差别程 度。 焊接缺陷:焊接处出现气孔、裂纹可能性的 大小或母材变形程度。 41 切削加工性 材料进行切削加工的难易程 度。 它与材料的种类、成分、硬度、韧性、导热 性等有关。 切削抗力 加工表面质量 排屑难易程度 切削刀具的使用寿命 42 热处理性能 可以实施的热处理方法和材 料在热处理时性能改变的程 度。 43 材料性能总结 决定材料性能实质: 决定材料性能实质: 构成材料原子的类型 材料中原子的排列方式 研究的意义: 研究的意义: 1. 性能决定了材料的用途。 性能决定了材料的用途。 2. 性能决定了材料和零部件生产方法。 性能决定了材料和零部件生产方法。 3. 性能的变化规律为改变材料性能达到人们需求提供途径。 性能的变化规律为改变材料性能达到人们需求提供途径。 石家庄铁道学院 材料科学教研室 44 44 材料的尺度 宏观 Macroscopy ,毫米 微观 Microscopy ,纳米 介观 Mesoscopy ,微米 45 46 47 48 材料的结构 是指材料的组元及其排列和 运动方式。 它包括形貌、化学成分、相组成、 它包括形貌、化学成分、相组成、晶体结构 和缺陷等内涵。在领域内, 和缺陷等内涵。在领域内,人们在材料科学 与工程中应用了不同的名词来表示材料的结 例如成分(或组分)、组织、相结构等。 )、组织 构,例如成分(或组分)、组织、相结构等。 49 材料的结构 通常采用的名词有: 通常采用的名词有: 宏观组织” “宏观组织”(macrostructure)、 )、 显微组织” “显微组织”(microstructure)、 、 晶体结构” “晶体结构”、 原子结构” “原子结构”等。 原子结构与电子结构是研究材料特性的两个 最基本的物质层次。 最基本的物质层次。 50 材料的结构 多晶材料的微观形貌、晶体 学结构的取向、晶界、界面 相、亚晶界、位错、层错、 孪晶、固溶和析出、偏析和 夹杂、有序化等均称显微结 构。 51 相 相是系统中具有相同的物理 性质和化学性质的均匀部分。 52 晶相 crystal phase 陶瓷显微结构中由晶体构成的部分。 在陶瓷显微结构中可以是由一种晶 体(单相)或不同类型的晶体(多相)组 ( ) ( ) 成。其中含量多者称为主晶相,含 量少的称次级晶相或第二晶相。 是指金属或金属镀层表面组织结构, 通常在表面抛光出一个小面,然后 放在晶相显微镜下观察。 53 “晶相”相关词条: 晶体 晶界 晶格 晶胞 晶粒 晶带 晶面 晶族 晶系 晶向 晶形 晶棱 晶须 晶轴 晶核 晶浆 54 材料科学的成果转化 研究与发展材料的目的在于 应用,而材料必须通过合理 的工艺流程才能制备出有实 用价值的材料来,通过批量 生产才能成为工程材料。 55 制备工艺 材料制备工艺是发展材料的基础。 传统材料可以通过改进工艺提高产 品质量、劳动生产率以及降低成本。 新材料的发展与工艺技术的关系更 为密切。 强磁场、强冲击波、超高压、超高 真空及强制冷却等都可能成为材料 制备工艺的有效手段。 56 检测技术 材料科学的发展在很大程度 上依赖于检测技术的提高。 1863年,光学显微镜 年 电子显微镜 扫描电镜 高分辨率电镜 扫描隧道显微镜 57 58 59 60 61 计算机辅助设计 利用计算机技术进行材料设计是 发展新型材料的重要手段。 通过建立模型,进行计算机模拟, 得出符合预期性能的新材料的最 佳成分、最佳结构和最合理的工 艺流程。 62 材料的四要素 使用效能 Performance 合成/加工 Synthesis/ Processing 性能 Property 组织结构/成分 Structure/Composition 63 64 材料与环境 65 材料与环境 66 材料科学与工程专业 在国务院学位委员会学科评议组制定和颁布的 《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、 专业目录》中: 材料科学与工程属于工学学科门类之 材料科学与工程 中的其中一个一级学科, 下设3个二级学科,分别是:材料物理 与化学、材料学、材料加工工程。 67 材料学 本专业主要培养从事材料设 计、结构性能预测,材料制 备和性能综合优化等方面高 级工程技术人才。 68 材料加工工程 材料加工工程是将原料、原材料 (有时加入各种添加剂、助剂或改 性材料)转变成实用材料或制品的 一种工程技术。 目前在中国学术界更多的指向聚合 物加工。 可以分为金属材料加工工程和非金 属材料加工工程。 69 工程硕士-材料工程 培养从事新型材料的研究和 开发、材料的制备、材料特 性分析和改性、材料的有效 利用等方面的高级工程技术 人才。 研修的主要课程有:政治理 论课、外语课、工程数学、 材料物理化学工程、材料工 程理论基础、材料结构与性 70 材料物理 本专业培养较系统地掌握材料科学的基本理论 与技术,具备材料物理相关的基本知识和基本 技能,能在材料科学与工程及与其相关的领域 从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的 材料物理高级专门人才。 业务培养要求:本专业学生主要学习材料科学 方面的基本理论、基本知识和基本技能,受到 科学思维与科学实验方面的基本训练,具有运 用物理学和材料物理的基础理论、基本知识和 实验技能进行材料研究和技术开发的基本能力。 71 材料化学 本专业培养较系统地掌握材料科 学的基本理论与技术,具备材料 化学相关的基本知识和基本技能, 能在材料科学与工程及与其相关 的领域从事研究、教学、科技开 发及相关管理工作的材料化学高 级专门人才。 72