金属材料的力学性能1

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1、工程材料与成形技术基础机械工程系孙德勤高速列车歼十战斗机第一节工程材料概述问题1何谓工程材料？如何辨别材料？工程的概念：在现代社会中，“工程”一词有广义和狭义之分。就狭义而言，工程定义为“以某组设想的目标为依据，应用有关的科学知识和技术手段，通过一群人的有组织活动将某个（或某些）现有实体（自然的或人造的）转化为具有预期使用价值的人造产品过程”。就广义而言，工程则定义为由一群人为达到某种目的，在一个较长时间周期内进行协作活动的过程。我国材料业的发展历程在人类的发展史上，最先使用的工具是石器。我们的祖先用坚

2、硬的容易纵裂成薄片的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石锄。早在新石器时代(公元前6000年～公元前5000年)，中华民族的先人们用粘土(主要成分为SiO2，Al2O3)烧制成陶器。马家窑(甘肃)文化时期的陶器以砂质和泥质红陶为主，表面彩绘有条带纹、波纹和舞蹈纹等，制品有炊具、食具、盛储器皿等。陶瓷我国在东汉时期发明了瓷器，成为最早生产瓷器的国家。瓷器于9世纪传到非洲东部和阿拉伯国家，13世纪传到日本，十五世纪传到欧洲。瓷器成为中国文化的象征，对世界文明产生了极大的影响。直到今天，中国瓷器仍畅销全球

3、，名誉四海。瓷器我国青铜的冶炼在夏朝(公元前2140年始)以前就开始了，到殷、西周时期已发展到很高的水平。青铜主要用于制造各种工具、食器、兵器。从河南安阳晚商遗址出土的司母戊鼎重达8750N,外型尺寸为1.33m×0.78m×1.10m,是迄今世界上最古老的大型青铜器。从湖北隋县出土的战国青铜编钟是我国古代文化艺术高度发达的见证。青铜器春秋战国时期《周礼·考工记》中记载了钟鼎、斧斤等六类青铜器中的锡含量，称为“六齐(剂)”。书中写道：“六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分

4、其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金、锡半，谓之鉴燧之齐”。这是世界上最古老的关于青铜合金成分的文字记载。这表明我们的祖先已经认识到了青铜的性能与成分之间的密切关系。我国从青秋战国时期(公元前770年～公元前221年)已开始大量使用铁器。到了西汉时期,炼铁技术又有了很大的提高，采用煤作为炼铁的燃料，这要比欧洲早1700多年。我国古代创造了三种炼钢方法。第一种是从矿石中直接炼出自然钢。第二种是西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的百炼钢；第三种是南北朝

5、时期生产的灌钢。先炼铁后炼钢的两步炼钢技术我国要比其它国家早1600多年。铁人钢的热处理技术也达到了相当高的水平。西汉《史记·天官书》中有“水与火合为淬”一说，正确地说出了钢铁加热、水冷的淬火热处理工艺要点。《汉书·王褒传》中记载有“巧冶铸干将之朴，清水淬其锋”的制剑技术。明代科学家宋应星在《天工开物》一书中对钢铁的退火、淬火、渗碳工艺作了详细的论述。黄河大铁牛(唐开元12年铸)新材料新工艺重大成果在当代，科学技术和生产飞跃发展。材料、能源与信息作为现代社会和现代技术的三大支柱，发展格外迅猛。从20世纪

6、60年代到70年代，高分子材料每年以14％的速度增长，而金属材料的年增长率仅为4％。到70年代中期，全世界的高分子材料和钢的体积产量已经相等；除了用作结构材料代替钢铁外，目前正在研究和开发具有良好导电性能和耐高温的高分子材料。涤纶安全带尼龙齿轮陶瓷材料的发展同样十分引人注目，它除了具有许多特殊性能作为重要的功能材料(例如可作光导纤维、激光晶体等)以外，其脆性和抗热震性正在逐步获得改善，是最有前途的高温结构材料。机器零件和工程结构已不再只使用金属材料制造了。耐磨陶瓷绝缘陶瓷随着航空、航天、电子、通讯等技术

7、以及机械、化工、能源等工业的发展，对材料的性能提出越来越高、越来越多的要求。传统的单一材料已不能满足使用要求。复合材料的研究和应用引起了人们的重视。玻璃钢赛车壳体如玻璃纤维树脂复合材料(即玻璃钢)、碳纤维树脂复合材料已应用于宇航和航空工业中制造卫星壳体、宇宙飞行器外壳、飞机机身、螺旋桨等、发动机叶轮等；在交通运输工业中制造汽车车身、轻型船艇等，在石油化工工业中制造耐酸、耐碱、耐油的容器、管道等。玻璃钢储液罐近年来超导材料、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。光缆磁悬浮列车（时速4

8、30公里）我国在新材料新工艺的研究和应用方面取得重大成果：1.研制成功性能优越、用途广泛的新型结构钢—贝氏体钢；2.研制出零电阻温度为128.7K的Ti-Ca-Ba-Cu-O超导体(铊系超导体)；3.镁铝合金的开发和应用研究取得重大成果。镁铝合金叶轮镁铝合金手机壳4.材料快速成型技术和材料表面处理技术在我国得到迅速发展。5.激光表面淬火、激光熔涂技术已在汽车发动机缸套、凸轮轴、石油抽油管、纺织用锭杆等零件的表面强化上得到应用。6.化学气相沉