材料学-西华大学

材料学西华大学材料科学与工程学院主讲教师：刘锦云绪论一、本课程的地位和作用材料：是能为人类社会经济地制造有用器件的物质。材料学是研究材料的成分、组织结构与性能之间关系的一门技术科学，因此它是一门综合性较强的课程。将综合运用在《材料科学基础》、《材料工程基础》、《材料性能学》等课程中已经学过的基础知识和专业知识说明：材料的成分、制备及处理工艺、组织与性能之间的关系；如何根据服役条件合理地选用材料。选用某种材料制作某个零（部件），是因为这种材料的性能，能够满足这个零（部件）的使用要求。材料的所有性能都是其化学成分和组织结构在一定外界因素（载荷性质、应力状态、工作温度和环境介质）作用下的综合反映，它们构成了互相紧密联系的系统。材料的组织包括材料的显微组织、晶体缺陷和冶金缺陷，结构是指组成相的原子结构和晶体结构。成分工艺组织内因性能服役条件外因材料成分、组织性能间的关系材料化学成分和组织结构是材料性能的内部依据，而材料的性能则是其具有一定化学成分和组织结构的外部表现。工艺：冶金，压力加工，热处理以钢为例：化学成分对其强韧性的影响：有直接作用和间接作用，且以间接作用为主。一般钢的组成元素与其含量的改变，对钢的强韧性作用是通过组织结构的改变来实现的。当化学成分一定时，通过不同的加工制备工艺和热处理工艺，改变材料的组织结构，可导致材料在性能上出现较大的差异。材料的成分和加工工艺材料的组织结构状态材料的性能满足零（部件）的服役条件要求决定决定具备根据零（部件）的服役条件对材料性能的要求选用某一成分的材料施加一定的加工处理工艺获得一定的组织结构得到所要求的性能满足零（部件）的服役要求实际生产中：二、本课程的基本要求掌握材料的合金化原理，了解材料成分设计的依据；了解各类材料成分与处理工艺特点、组织与性能之间的关系；能初步从构件的服役条件出发，对材料提出合理的性能要求，并正确地选用材料和合理地制订工艺。材料的种类繁多，用途广泛。工程材料：与工程有关的材料。如机械工程材料、土建工程材料、电工材料等。按其使用性能的特点分为：结构材料和功能材料。结构材料：使用时主要要求力学性能(强度、塑性、韧性等)，兼有一定的物理、化学性能要求的材料。功能材料：使用时主要要求特殊的物理(导电、导热、导磁、发光、发声等）、化学（耐腐蚀等）性能的材料。如电子材料等。结构材料主要应用于机械制造、航空、航天、化工、建筑和交通运输等部门。三、材料的分类及本课程的主要学习内容机床上典型零件的用材机床床身：HT150等；普通机床主轴：45、40Cr；镗床主轴：38CrMoAl；机床丝杠：T12、CrWMn、9Mn2V;机床齿轮：20Cr、40Cr、42CrMo。汽车上所用典型零件的用材车身：低碳钢板冷冲压成型08钢、08F钢、10钢；汽缸套、缸盖：灰口铸铁HT250；活塞：铝合金ZL108；曲轴：球墨铸铁QT600-3、合金结构钢42CrMoA；连杆：合金结构钢40Cr、40CrNi；排气阀：马氏体气阀钢4Cr9Si2；变速箱齿轮：渗碳钢20CrMnTi；柱塞、柱塞套：滚动轴承钢GCr15。结构材料的分类结构材料按结合键的性质，可分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类。金属材料黑色金属陶瓷材料有色金属高分子材料复合材料Al、Mg、Ti、Cu铸铁、碳钢、合金钢氧化物陶瓷非氧化物陶瓷塑料、橡胶、合成纤维碳、氮、硼化物Al2O3、SiO2金属基、陶瓷基、树脂基复合材料结构材料金属材料：包括金属和以金属为基的合金。原子间的结合键：基本上为金属键。金属材料的特点：具有良好的塑性、较高的强度和硬度，即具有良好的综合力学性能。适合作为受力的结构材料。陶瓷材料：原子之间的结合键：主要为共价键和离子键。主要特点：有高的硬度、耐磨性、耐蚀性和抗氧化能力；最大弱点：塑性极低、太脆。所以很少在常温下作为受力的结构材料。高分子材料：是由相对分子质量很大的大分子组成。大分子链之间的结合键：主要是分子键（范德瓦尔斯力）。分子键的结合力很小，在外力作用下易产生滑动并造成很大的变形。高分子材料的特点：熔点很低、硬度也很低。也很少作为受力的结构材料。本课程的主要学习内容由于金属键的特性，使金属材料具有许多优良的使用性能和加工工艺性能，特别是可通过不同成分配制、不同工艺方法改变其内部组织结构，来满足不同结构及零件的使用性能要求，是应用最广泛，用量最多的材料。在机械设备中约占所用材料的百分之九十以上，其中又以钢铁材料占绝大多数。因此本课程重点介绍金属材料，特别是钢铁材料。简要介绍陶瓷材料、复合材料和高分子材料。本课程的教材和主要参考书1、《结构材料学》，刘锦云主编，哈尔滨工业大学出版社，2008.022、《工程材料学》（修订版），王晓敏编著，哈尔滨工业大学出版社，2002.83、《金属材料学》，西安交通大学王笑天主编，机械工业出版社，1987.94、《钢铁材料及其热处理工艺》，浙江大学、上海机械学院、合肥工业大学合编，上海科学技术出版社，1978年5、《钢铁材料及有色金属材料》，崔崑，机械工业出版社，1980年6、《精细陶瓷材料》，江东亮，中国物质出版社，2000学习方法预习记笔记复习实验