绪
论
核能材料
耐 中 子 辐 射 、 腐 蚀 、 高 温 核 反 应 堆 材 料 ：
Nuclear power station at Leibstadt, Switzerland 烧 结 前 烧 结 后
钨钒钢（W-V steel） 铬钒钢（Cr-V steel） 镍基高温合金（Hastelloy material）
论
能源
新能源材料则是指实现新能源的
转化和利用以及发展新能源技术中 所要用到的关键材料。
主要包括储氢电极合金材料为代表 的镍氢电池材料 嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的 锂离子电池材料、燃料电池材料 Si半导体材料为代表的太阳能电池 材料 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材 料等。
a: σs=Ps/Fo （σ s代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选
材的主要依据之一。）
σs =
Ps
试样屈服时的载荷( N )
( M pa ) F0
试样原始横截面积( mm2)
b: σ0.2条件屈服强度
（中高碳钢、无屈服点，国家标准，以产生一定的微量塑性变形的抗 力的极限应力值来表示。）
σ0.2 =
uranium oxide beads
信息－人类正在步入信息时代，同时也是信息材料竞争的时
代。
电子管——晶体管——集成电路
绪
论
单晶硅片，高纯钛、 SiO2和铬等薄膜 锗、硅半导体。 钨、钼电极。
电子管16K内存器。
图中的女士要用显微镜才看得到现在的集 成电路16 K内存器
第一台电子管组成的计算机重
工程设计中应首先考虑材料的力学性能。通俗地讲 力学性能决定了在多大和怎样形式的载荷条件下而不致 于改变零件几何形状和尺寸的能力。
指标:弹性、塑性、韧性、强度、硬度和疲劳强度等。
金属的力学性能
研究力学性能意义：是选择和使用金属材料的重要依据
一、基本概念
1、弹性：指物体在外力作用下改变基本形状和尺寸，当外力卸除后 物体又恢复到其原始形状和尺寸的特性。 2、内力：金属受到外力时为保其不变形，在材料内部作用者与外力 相对抗的力称为内力。 3、应力：单位面积上的内力。 4、应变：指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化；通常 以百分比（%）表示 5、载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。 按作用性质分： 静载荷：指大小不石头
绪
论
陶器（Pottery）
陶器的出现是人类跨入新
石器時代的重要标志之一。
据目前已知的考古资料，
中国的陶器制作至少已有 8000年以上的历史。
西安半坡人面网纹陶盆
战国陶制四通水管
绪
论
4,500 BC——1,000 BC 青铜时代 （Bronze Age）
从矿石中提炼铜——冶金 业的黎明
疲劳极限σ-1 ：
材料经无数次应力循环而不发生疲劳 断裂的最高应力值。 钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: σ-1 = (0.45～0.55)σb
条件疲劳极限：
经受107应力循环而不致断裂的最大应力 值。
钢材的循环次数一般取 N = 107 有色金属的循环次数一般取 N = 108
陶瓷、高分子材料－疲劳抗力很低； 金属材料－疲劳强度较高；
这张埃及古墓壁画是 人类冶金业的最早纪录之一
绪
论
青铜：第一种合金
青铜，古称金或吉金，是铜与其
它化学元素（锡、镍、铅、磷等） 的合金。 史学上所称的“青铜时代”是指 大量使用青铜工具及青铜礼器的 时期。保守的估计，这一时期主 要从夏商周直至秦汉，时间跨度 约为两千年左右，这也是青铜器 从发展、成熟乃至鼎盛的辉煌期。 到春秋戰國時期，齊國工匠總結 科技經驗寫成的《考工記》一書 中，提出了「金有六齊」，這是 世界科技史上最早的冶銅經驗總 結。
1. 拉伸试样（GB6397-86）
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
2. 力－伸长曲线 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。
弹性变形阶段
屈服阶段
强化阶段 颈缩现象
(a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂
塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等
金属材料
陶瓷材料
材料分类
高分子材料
复合材料
工程材料主要任务

————揭示固体材料的成分、组织结构、性 能和应用之间的关系及其变化的一般规律。
本课程的性质和目的
1、性质： 是机械类专业必修的一门专业技术基础课。 2、目的： a 获得有关工程材料的基本知识。 b 初步掌握零件设计时的合理选材、用材 c 正确运用热处理技术、妥善安排加工工艺路线及材料 检测等方面的知识和能力 d 为后续课程和从事技术工作打下基础。 本课学习方法是：预习 、笔记 、复习、讨论问题 本教材的难点：名词概念较多，较为抽象和分散
达30吨，用电相当于一个小的城 市。
绪
论
生物、生活－材料技术的发展改变我们的生
活
仿真手臂
人 工 关 节 微机械
“自行车发烧友” 的首选
钛结构自行车架
材料发展概括
▲ 石器时代 天然石，兽骨，树枝 陶器时代 泥巴（日晒→原始陶器；火烧→瓷器用具） 铜器时代：司母戊鼎（公元前11—16世纪）1130×780×1100 战国编钟（前475—221年）65个 总重2500Kg 铁器时代 沧州大狮（公元953年 ）重50T ,长5.3m,宽3m 人工复合材 料
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
第一章
绪论
曲线分为四阶段：
1．阶段I（oab）――弹 性变形阶段 a: Pp b: Pe （不产生永久变 形的最大抗力） oa段：△L∝ P 直线 阶段 ab段：极微量塑性变 形（0.001--0.005%) 2．阶段II（bcd）段 ――屈服变形 c: 屈服点 Ps
按载荷的作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、 抗弯强度、抗剪强度、和抗扭强度。
注意：一般多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
拉伸实验
（金属的抗拉强度和塑性都是通过拉伸 试验测定）
（GB/T228-2002）
1. 拉伸试样 2. 力—伸长曲线（以低碳钢试样为例） 3. 脆性材料的拉伸曲线

绪
论
1000BC—— 铁器时代（Iron Age）
1450BC——铁制车轮
1500AD——廉价的冶铁业
绪
论
二、 材料与人类现代文明
－－材料是发展高科技的先导和基石

支撑人类现代文明的四大支柱技术：



材料科学与技术 生物科学与技术 能源科学与技术 信息科学与技术
其中材料是基础！
材料－技术大厦的砖石

材料是所有科技进步的核心
建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程 无一不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破。
没有钢铁材料，就没有今天的高楼大厦；
没有专门为喷气发动机设计的材料，就没有靠飞机旅行的今天；
没有耐高温复合涂层材料，就没有人类探索外空的飞船； 没有固体微电子电路，就没有计算机。
金属材料及热处理工艺
------公共选修课程 主讲人：李 伟 2010.09
绪
论
绪论
材料与人类文明 材料分类与性能
引言

材料的定义：
材料－能为人类制造有用器件的物质。
金属、陶瓷、塑料、玻璃、纤维、木材、砂子、石子、复合 材料等都属于材料的范畴。
材料科学与人类文明的关系密切，可以说，
人类的衣、食、住、行均离不开它。
拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向 静拉伸曲线
第一章
绪论
二、材料的强度(strength) ――材料所能承受的极限应力.
物理意义:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗 扭强度等。
公式：σ=P/Fo 单位： MPa(MN/mm2)
第一章
绪论
1．屈服强度σs ( yield strength)和条件屈服强 度σ0.2
•过载持久值
纤维增强复合材料－较好的抗疲劳性能。
第一章
绪论
三、塑性 (plasticity): －材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏 的能力。 1．延伸率（specific elongation）
是指试样拉断后的标距伸长量Lk与原始标距L0之比。
δ < 2 ~ 5% 属脆性材料 属塑性材料
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
夏钺(yuè)
戈
绪
论
三星堆

立人像铸于商代晚期，人像高 172厘米，底座高90厘米，通 高262厘米，是世界上最大的 青铜立人像，被尊称为“世界 铜像之王”。 突目面具铸于商代晚期，原件 高64.5厘米，宽138厘米，眼 球柱状外突长达13.5厘米，其 造型在世界上亦属首见。

绪
论
司母戊鼎

司母戊鼎，商代大鼎，1939 年出土，鼎高133厘米，重 875公斤。为已知的中国古代 体量最大的青铜器。 铜禁，中国已知最早应用失 蜡法铸造的作品，春秋時代 的楚国王子午墓出土的，年 代为公元前6世纪。
绪
论
材料与人类文明
一、材料与人类文明发展（历史贡献）

人类的文明进程是依据什么而划分的？
可以使用的占主导地位的材料。
——石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代、复合材料 时代……。
——发展得越来越快。
材料应用的发展是人类发展的里程碑！
绪
论
400,000 BC——4,500 BC 石器时代（Stone Age）
建筑
交通
绪
论
汽车
福特2000与西纳给2010这两款 由材料工程师设计的汽车将成 为未来交通工具。