《机械工程材料》课程教学资源（PPT课件）绪论、第1章 金属材料的基本知识

机械工程材料 二零零五年十一月

机械工程材料 二零零五年十一月

论 历史 新石器时代的仰韶文化已开始炼制和应用黄铜 商周时期,青铜冶炼、铸造技术已达到很高的水平 商代晚期,青铜业进入了鼎盛时期。最能反映这个时期 青铜冶铸技术水平的,是1939年在河南安阳出土的司母戊 鼎。它重达875公斤,带耳,高133厘米,横长110厘米,宽 78厘米,它是我国到目前为止发掘出最大的青铜器,也是 世界上最大的古青铜器,它造型瑰丽、浑厚,鼎外布满花 纹。司母戊鼎的铸造,若没有规模巨大和相当高超的采矿、 冶炼、制范、熔铸等技术,是不可想象的,它的铸造充分 体现了我国古代劳动人民的高度智慧。距今3000多年

绪 论 一、历史 ◼ 新石器时代的仰韶文化已开始炼制和应用黄铜 ◼ 商周时期，青铜冶炼、铸造技术已达到很高的水平 商代晚期，青铜业进入了鼎盛时期。最能反映这个时期 青铜冶铸技术水平的，是1939年在河南安阳出土的司母戊 鼎。它重达875公斤，带耳，高133厘米，横长110厘米，宽 78厘米，它是我国到目前为止发掘出最大的青铜器，也是 世界上最大的古青铜器，它造型瑰丽、浑厚，鼎外布满花 纹。司母戊鼎的铸造，若没有规模巨大和相当高超的采矿、 冶炼、制范、熔铸等技术，是不可想象的，它的铸造充分 体现了我国古代劳动人民的高度智慧。距今3000多年

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秦 墓出土的铁铲、铁杈,比世界上 发现最早的铁器工具要早1800年 ■1972年,在我国河北省藁城县台西村出土了 把商代铁刃青铜铖,其年代约在公元前 十四世纪前后,在青铜铖上嵌有铁刃,该 铁刃就是将陨铁经加热锻打后,和铖体嵌 锻在一起的

◼ 秦公一号墓出土的铁铲、铁杈，比世界上 发现最早的铁器工具要早1800年 ◼ 1972年，在我国河北省藁城县台西村出土了 一把商代铁刃青铜铖，其年代约在公元前 十四世纪前后，在青铜铖上嵌有铁刃，该 铁刃就是将陨铁经加热锻打后，和铖体嵌 锻在一起的

现在 在机械制造业中,金属材料是目前使用量最大 使用范围最广的材料。金属材料分为钢铁材料 和有色金属材料两大类。金属材料有着优良的 使用性能和加工工艺性能。随着科学技术的进 步,非金属材料以其具有一些金属材料所不具 备的性能特点(如耐蚀性、绝缘、消声、质轻、 生产率高、成本低等)而得到迅速发展。金属 材料与非金属材料有着各自的优缺点,将两种 各有所长的材料组合在一起,扬长避短,这就 构成了复合材料。按基体材料的不同,可将复 材料分为高分子基、金属基、和陶瓷基复合 材料

二、现在 • 在机械制造业中，金属材料是目前使用量最大、 使用范围最广的材料。金属材料分为钢铁材料 和有色金属材料两大类。金属材料有着优良的 使用性能和加工工艺性能。随着科学技术的进 步，非金属材料以其具有一些金属材料所不具 备的性能特点（如耐蚀性、绝缘、消声、质轻、 生产率高、成本低等）而得到迅速发展。金属 材料与非金属材料有着各自的优缺点，将两种 各有所长的材料组合在一起，扬长避短，这就 构成了复合材料。按基体材料的不同，可将复 合材料分为高分子基、金属基、和陶瓷基复合 材料

目前在新材料和新材料构 件制造技术出现了以下一些 新的突破点

三、目前在新材料和新材料构 件制造技术出现了以下一些 新的突破点

轻合金材料 发展轻量化合金材料技术,建立铝、 镁合金半固态与挤压铸造、镁合金超 塑性成型与钛合金成型技术、高温铝 合金粉未与铝基复材,开发高热传导 率铝基碳铁复合材料、发泡铝板成型 与轨道车辆轻量化技术

• 轻合金材料 发展轻量化合金材料技术，建立铝、 镁合金半固态与挤压铸造、镁合金超 塑性成型与钛合金成型技术、高温铝 合金粉末与铝基复材，开发高热传导 率铝基碳铁复合材料、发泡铝板成型 与轨道车辆轻量化技术

金属基复合材料构件制造技术 以SiC长纤维增强的T基复合材料 (TMMC)具有比强度高、比刚度高,使 用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。例 如德国研制的SCS-6Sic/IMI834复合材料 的抗拉强度高达2200MPa,刚度达 220GPa,而且具有极为优异的热稳定性 在700℃温度暴露2000h后,力学性能不 降低。主要应用于未来发动机中的构件

• 金属基复合材料构件制造技术 以SiC长纤维增强的Ti基复合材料 （TiMMC）具有比强度高、比刚度高，使 用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。例 如德国研制的SCS-6 SiC/IMI834复合材料 的抗拉强度高达2200MPa，刚度达 220GPa，而且具有极为优异的热稳定性， 在700℃温度暴露2000h后，力学性能不 降低。主要应用于未来发动机中的构件

陶瓷基复合材料构件制造技术 连续纤维增韧陶瓷基复台材料(cMC)耐 温高,密度低,具有类似金属的断裂行为, 对裂纹不敏感,不发生灾难性的损毁。其 中,连续纤维增韧碳化硅复合材料包括 c/SiC和Sc/SiC两种。C/SC和SC/SiC的 密度分别为18~21g/m3和24 26g/cm3,SC基CMC的最高工作温度为 1650°C,C/SiC和sC/SiC可分别在有限寿 命和长寿命条件下使用。主要应用于高性 能航空发动机的涡轮

• 陶瓷基复合材料构件制造技术 连续纤维增韧陶瓷基复合材料（CMC）耐 温高，密度低，具有类似金属的断裂行为， 对裂纹不敏感，不发生灾难性的损毁。其 中，连续纤维增韧碳化硅复合材料包括 C/SiC和SiC/SiC两种。C/SiC和SiC/SiC的 密度分别为1.8～2.1g/cm3和2.4～ 2.6g/cm3，SiC基CMC的最高工作温度为 1650℃，C/SiC和SiC/SiC可分别在有限寿 命和长寿命条件下使用。主要应用于高性 能航空发动机的涡轮

碳/碳复合材料构件制造技术 碳/碳复台材料(c/C)的最显著的优点是 耐高温(1800~2000°C)和低密度(约 19g/cm3)。美、法、俄等研制的c/C复 合材料部件有:燃烧室喷嘴、加力燃烧室 喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘、涡 轮外环等。美国将整体涡轮盘在1760°C进 行了地面超转试验。C/C构件的关键制造技 术包括碳纤维预制体的设计与制备、C/C的 致密化技术和CC防氧化涂层的设计与制造

• 碳/碳复合材料构件制造技术 碳/碳复合材料（C/C）的最显著的优点是 耐高温（1800～2000℃）和低密度（约 1.9g/cm3）。美、法、俄等研制的C/C复 合材料部件有：燃烧室喷嘴、加力燃烧室 喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘、涡 轮外环等。美国将整体涡轮盘在1760℃进 行了地面超转试验。C/C构件的关键制造技 术包括碳纤维预制体的设计与制备、C/C的 致密化技术和C/C防氧化涂层的设计与制造