工程材料学 绪论新
机械工程材料-绪论-第一章
二、过量变形失效
1 过量弹性变形及抗力指标
2 （1）零构件发生过量弹性变形失效： 3 Dl[Dl] (拉压或者弯曲条件下） 4 或者 q [q] （扭转条件下） 5 （2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够 6 （3）抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
.
2 过量塑性变形及抗力指标
3 （1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量 4 （2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑
，符号为s
T
.
（2）给定温度下，在规定时间内使试样产生一
定蠕变总变形量d的应力值，符号为：s
T d
/
t
2 持久强度：材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的 能力。
3 表示方法：用给定温度和规定时间内试样发生 断裂时的应力表示，sTt t---时间；T----温度；
三、高温下零件的失效和防止
加工性能（切削、锻造等） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化）
.
三、 学习《机械工程材料》的目的
（1） 获得常用的金属材料、非金属材料的基本理论知 识，了解各种机械工程材料的基本特性和应用范围；
（2）在了解材料性能和设计之间关系的基础上，可根 据零件的工作条件和失效形式，正确设计和合理选材；
.
第五节 零件的腐蚀失效
问题 1 什么是腐蚀？可分为几类？ 2 高温氧化腐蚀常发生在那些零件中？耐热
钢为什么具有抗高温氧化能力？ 3 发生电化学腐蚀的条件是什么？ 4 改善零件腐蚀抗力的主要措施是什么
.
一、腐蚀的定义和分类
1 腐蚀：材料表面和周围介质发生化学反 应或者电化学反应所引起的表面损伤现 象。
5 （2）过程：类似于疲劳断裂，是裂纹萌生和扩展过程。
土木工程材料(绪论)
承重结构材料如钢筋、混凝土等
具有特殊如防水、装饰、绝热材料等
二、土木工程材料的分类 (1) 按材料在工程中的功能分类 结构材料 它们在建筑中承受各种荷载，起骨架 作用，其质量好坏直接危及结构安全，属 于这类材料的有钢材、水泥混凝土等。
二、土木工程材料的分类
围护与隔绝材料 它们在建筑中起围护与隔绝作用，以
•10 [香港]中国银行大厦
一、土木工程材料在工程中的地位和作用 • 材料的质量直接关系到工程的质量
例如:记忆深刻的1998年抗洪救灾，长江流域发生了千年 一遇的洪水。南京九江大堤决口，原因是防洪大堤的 防渗墙应采用水泥浆，结果用泥浆替代。朱镕基怒斥 为“豆腐渣工程”。 例如:重庆綦门垮桥事故 。 1999年1月4日18时52分，横 跨重庆綦江县新旧城区的虹桥随着一声巨响在一瞬间 全部塌垮据不完全统计，这次人行桥梁塌垮事故至少 造成24人死亡，11名武警士兵和部分群众下落不明， 14人受轻重伤。
楼脆脆
楼歪歪
一、土木工程材料在工程中的地位和作用的分类 通过对诸多工程事故的分析，工程质 量与材料有关的比例是相当高的。主要表
现在以次充好，偷工减料，选择、使用材
料不当等原因。
二、土木工程材料的分类
土木工程材料品种繁多，我们可按不同原则进行分
类：
化学成分
无机材料
有机材料 复合材料
建筑结构材料 功能 建筑功能材料
四、土木工程材料的标准化
• 各级标准均有相应的代号，其表示方法由 标准名称、标准代号、发布顺序号和发布 年号组成。例如：
《烧结普通砖》GB/T 5101－1998
发布年号：1998年 发布顺序号：5101 推荐标准：T 标准代号：GB 标准名称：烧结普通砖
土木工程材料_绪论
《土木工程材料》绪论本章导学：学习目的：理解土木工程材料在专业学习中的重要性，了解我国在土木工程材料方面的创造、贡献与地位。
教学要求：纵观国内外古代、现代的著名土木建筑（房屋、桥梁、道路、古迹等），说明土木工程材料在各种建筑工程中的地位与作用；阐述土木工程材料的教授与学习方法，强调实践的重要性与方法；综合实际工程，简述各专业方向与材料科学的关系。
0.1概述任何土木工程建筑物都是用各种材料组成的，这些材料总称为土木工程材料。
随着土木工程技术的发展，用于土木工程建筑的材料不仅在品种上日益增多，而且对其质量不断提出新的要求。
1．砂石材料。
砂石材料有的是由地壳上层的岩石经自然风化得到的(天然砂砾)，有的是经人工开采或再经轧制而得(如各种不同尺寸的碎石和砂)。
这类材料可以直接用于土木工程结构物。
同时，也是配制水泥混凝土或沥青混合料的矿质集料。
2．无机结合料及其制品。
在土木工程中最常用到的无机结合料，主要是石灰和水泥。
特别是水泥，它与集料配制的水泥混凝土是钢筋混凝上和预应力混凝土结构的主要材料。
此外，水泥砂浆是各种污工结构物砌筑的重要结合料。
随着高级路面的发展，水泥混凝土路面已经成为高等级公路的主要路面类型之一。
无机结合料稳定材料作为路面底基层或基层的主要材料类型已经取得了良好的使用效果。
3．有机结合料及其混合料。
有机结合料主要是指沥青类材料如石油沥青、煤沥青等。
这些材料与不同粒径的集料组配，可以修筑成各种类型的沥青混凝土路面。
现代高速公路路面绝大部分是采用沥青混凝土修筑，所以沥青混合料是现代路面工程中极为重要的一种材料。
4．钢材和木材。
钢材是桥梁、钢结构及钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构的重要材料。
木材是土木工程施工拱架、模板及装饰的主要材料。
5．新型材料。
随着现代材料科学的进步，在这些常用材料的基础，又发展了新型的“复合材料”、改性材料等。
复合材料是两种或两种以上不问化学组成或组织相的物质，以微观和宏观的物质形式组合而成的材料，复合材料可以克服单一材料的弱点，而发挥其综合的件能。
材料学导论-绪论
抗拉强度是将试样在拉力机上施以静态拉 伸负荷，使其破坏（断裂）时的载荷。
弯曲强度是指采用简支粱法将试样放在两 支点上，在两支点间的试样上施加集中载 荷，使试样变形直至破裂时的载荷。
压缩强度是指在试样上施加压缩载荷至破 裂（对脆性材料而言）或产生屈服现象 （对非脆性材料而言）时，原单位横截面 积上所能承受的载荷。
2、材料的地位和作用
材料是人类社会发展的基础和先导， 是人类社会进步的里程碑和划时代 的标志。材料、能源、信息被称为 人类社会的“三大支柱”。
纵观人类利用材料的历史，可以清 楚地看到，每一种重要新材料的发现和 应用，都把人类支配自然的能力提高到 一个新的水平。
材料科学技术的每一次重大突破都 会引起生产技术的重大变革，甚至引起 一次世界性的技术革命，大大地加速社 会发展的进程，从而把人类物质文明推 向前进。
1. 材料的定义与分类 2. 材料的地位和作用 3. 材料的性质 4. 材料学的形成和发展
1.1、材料的定义
材料是人类用来制造有用的构件、器件 或物品的物质。
材料与物质的区别：
① 对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼 加以评价，对物质则不能这样；
② 材料总是和一定的用途相联系的；
③ 材料可由一种物质或若干种物质构成；
涡轮喷气发动机
超音速燃烧冲压 式喷气发动机
6490C
10930C
19270C
538 1093
1649
温度（0C）
30年代教练机 二次大战战斗机
80年代截击机 航天飞机
490C 不同类型的飞行器蒙皮温度 93.30C
4270C 10930C
东方快车号/冲压
16490C
538
1093 1649
机械工程材料课件绪论
• 习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的组织称 低倍组织或宏观组织。
• 放大100∼2000倍的组织称高倍组织或显微组织。 • 在电子显微镜下放大几千∼几十万倍的组织称精细
组织或电镜组织。
钢的宏观组织、显
微组织和电镜组织
显
微
组
陶瓷制品
陶瓷发动机
高分子材料
• 以分子键和共价键
共
价
为主
键
• 塑性、耐蚀性、电
绝缘性、减振性好，
密度小
分
• 包括塑料、橡胶及
子
键
合成纤维等
复合材料
是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料 以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。
• 包括： • 金属基复合材料 • 陶瓷基复合材料 • 高分子复合材料
绪论
• 一、材料和材料科学 • 二、工程材料的分类 • 三、工程材料的应用和发展 • 四、机械工程材料课程的性质和任务
绪论
• 一、材料和材料科学
• 1、材料
材料是指人类用以制造 各种有用器件的物质。
材料是人类生产和生活 所必须的物质基础。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
• ⑶ 研究材料物理性能的测试方法和技术；
• ⑷ 分析材料的损坏机理；
• ⑸ 研究材料的合理加工方法和最佳使用方案
二、工程材料的分类
• 工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主 要要求力学性能的结构材料。
• 按组成与结合键分： • 1、金属材料 • 2、高分子材料 • 3、陶瓷材料 • 4、复合材料
四、机械工程材料课程的性质和任务
材料学基础-绪论
本课件全面系统地介绍了材料科学的基本问题， 以金属材料为主，分析金属材料的成分、组织结 构、加工工艺与性能之间的关系及其变化规律， 其主要内容包括：晶体结构、晶体缺陷、塑性变 形、相图、扩散、凝固以及回复再结晶等，着重 于基本概念和基本理论。在此基础上又介绍了陶 瓷材料、高分子材料以及复合材料，为学习和研 究各种材料提供了必要的基础知识。
《材料科学基础》 的地位
学习《材料科学基础》 的意义
《材料科学基础》 的基本概念
绪论
如何学好 《材料科学基础》
《材料科学基础》 的内容
《材料科学基础》的基本概念
材料是指人类社会能接受地，经济地 的制造有用物品的物质。
材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、 材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当 代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头 学科之一。纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的新 兴学科，成为21世纪新技术的主导中心。
实例
材料
强度范 围 MPa 比强度 MPa
压气机叶 压气机 飞机尾翼 硼纤维铝合
片
机匣
金板和管
铝合金
钛合金 碳纤维复合 硼纤维增强
材料
铝合金
150－ 450
350－ 1000－1200 1500（顺 1100 （顺纤维方向）纤维方向）
55－160 80－ 625－750 570 245
美国待升空的航天飞机
材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的发现、 分析和了解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统 一描绘或模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。 它包括下面的三个环节，核心是结构和性能。
工艺
材料科学
性能
建筑材料绪论
建筑材料绪论当我们漫步在城市的大街小巷，或是置身于乡村的宁静田园，目光所及之处，各种各样的建筑如同一幅幅立体的画卷展现在我们眼前。
从高耸入云的摩天大楼到温馨舒适的居民住宅，从古朴典雅的寺庙宫殿到现代化的工厂车间，每一座建筑都凝聚着人类的智慧和创造力。
而在这些建筑的背后，建筑材料则扮演着至关重要的角色，它们是构建这些伟大建筑的基石。
建筑材料，简单来说，就是用于建造建筑物和构筑物的各种材料的总称。
它们不仅要具备一定的物理性能，如强度、硬度、耐久性等，还要满足建筑设计和施工的要求，同时还要考虑到经济、环保等因素。
可以说，建筑材料的选择和应用直接影响着建筑的质量、功能、外观和成本。
在人类建筑发展的历史长河中，建筑材料也经历了不断的演变和发展。
从最初的天然材料，如木材、石材、泥土等，到后来的人造材料，如砖、瓦、玻璃、钢铁等，每一次材料的创新和应用都推动了建筑技术的进步和建筑风格的变革。
例如，在古代，由于石材的坚固和耐久性，许多宏伟的建筑如埃及的金字塔、希腊的帕特农神庙等都是用石材建造的。
而在工业革命之后，钢铁和混凝土的出现则使得建筑的高度和跨度得到了极大的提升，从而催生了现代高层建筑和大跨度桥梁的诞生。
在当今时代，随着科技的飞速发展和人们对建筑品质要求的不断提高，建筑材料也呈现出多样化、高性能化和绿色环保化的发展趋势。
新型建筑材料层出不穷，如高性能混凝土、新型墙体材料、新型保温材料、智能玻璃等。
这些材料不仅具有更优异的性能，如更高的强度、更好的保温隔热性能、更强的耐久性等，还能够满足人们对建筑节能、环保、智能化等方面的需求。
高性能混凝土是一种具有高强度、高耐久性和良好工作性能的混凝土。
它通过优化原材料的选择和配合比设计，采用先进的生产工艺和施工技术，能够有效地提高混凝土结构的安全性和使用寿命。
与传统混凝土相比，高性能混凝土具有更低的渗透性、更好的抗化学侵蚀性能和更高的抗冻性能，适用于高层建筑、大跨度桥梁、海洋工程等重要基础设施的建设。
1绪论、工程材料的主要性能
34
✓试验规范。 ✓表示方法：120HBS ✓120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢
球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保 持30s测得的布氏硬度值为120 ✓压痕较大，只适用于毛坯检验，不适合 成品。
据统计，在损坏的机 器零件中，80%是由 金属疲劳造成的！
42
24
25
二、强度 ——在外力作用下，材
料抵抗变形和破坏 的能力。
屈服点σs —— 材料开
始产生明显塑性变 形时的最低应力值。
26
σ 屈服强度 0.2 —— 试样标距长度产生0.2%塑性
变形时的应力值。
27
σ 抗拉强度 b——材料在断裂前所承受的最大应
力值。（Rm）
28
三、塑性 ——材料在外力作用下，产生永久变形而
金属材料获得广泛的应用的原因
• 优良的机械性能 • 优良的物理性能 • 优良的工艺性能
13
三、本课程主要内容
工程材料的主要性能 金属与合金的晶体结构与结晶 金属的塑性变形与再结晶 钢的热处理 常用金属材料 机械零件选材及工艺路线分析
14
四、学习本课程要求
• 上课认真听讲、做笔记； • 积极参加讨论、回答问题； • 独立完成作业，不要互相抄袭； • 认真完成实验，不缺勤。
35
（2）洛氏硬度HR
36
37
✓试验规范。 ✓表示方法：60HRC ✓洛氏硬度操作迅速、简便，压痕小可在工件
表面进行试验，可测各种金属。 ✓压痕较小，代表性差。由于材料成分偏析，
组织不均匀，使硬度值分散性大，应在不同 部位测量多次取平均值。
建筑材料 绪论
绪论
学习本课程时，应注意以材料性质为主，以决定材料性质的内在因素和影 响材料性质的外界因素为线索，必须了解事物本质的内在联系，即材料的性质 与建筑工程之间的关系，才能把握材料的性质。
学习本课程时，还应注意充分利用实践课，加深对知识的认知和掌握，结 合工程实际，将理论学习与工程实践和材料试验结合起来。这样不仅增强感性 认识，同时可在实践中验证和补充材料的特性、使用方法、使用效果，以及使 用中存在的问题等方面的知识。
9
绪论
用砖砌、石砌、砖石混合砌的方法建造的万里长城，绵延起伏、气势磅礴， 总计长度达 21 196. 18 km，被视为世界建筑史上一大奇迹，使用的砖、石材料 多达 1 亿 m3 。
古埃及是历史悠久的文明古国之一。
万里长城
金字塔
10
绪论
赵州桥又称安济桥，是世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥， 全长 64. 4 m，跨径 37. 02 m，拱顶宽 9 m，拱矢高 7. 23 m，是一座空腹式的圆 弧形石拱桥。
7
绪论
为了促进技术进步，提高产品质量，扩大对外贸易和提高标准化水平，我 国也采用国际标准和国外先进标准。
对于建筑材料的标准化，世界范围有统一使用的 “ ISO” 国际标准，各 国均有自己的标准，如美国的 “ ASTM” 标准、德国的 “ DIM” 标准、日本 的 “ JSI” 标准和英国的 “ BS” 标准等。
5
绪论
二、建筑材料的标准
建筑材料生产的现代化、管理的科学化，要求对材料产品的各项技术制定 统一的执行标准。
建筑材料的标准是衡量企业产品质量是否合格的技术依据，也是供需双方 对产品质量进行验收的依据。这些标准一般包括产品的规格、分类、技术性能 检验方法、验收规则、包装、储存及运输等方面的要求。
(最新整理)土木工程材料绪论(发展史)
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工业时代：钢铁、混凝土
芝加哥保险公司大厦（1885年） 共10层，高55米
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埃菲尔铁塔（1889年） 塔高328米，重约7000吨 18000多个钢铁部件和250万个铆钉
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钢
2021/7/26
优点
工业时代：钢铁、混凝土
缺点
轻质高强 刚度大 材质均匀
塑性、韧性好
世界上第一幢钢筋混凝土高层建4筑8
混 凝 土
2021/7/26
工业时代：钢铁、混凝土
优点 缺点
原材料丰富 成本低 抗压强度高 可塑性好
与钢筋粘结良好
抗拉强度低 自重大 硬化慢
49
课堂讨论
工业时代：钢铁、混凝土
为什么钢筋和混凝土两者能够融合在一起，协同工作非 常好呢？
2021/7/26
50
工业时代：钢铁、混凝土
重点关注
梁跨度都很小
石的抗压强度高
16
青铜时代：石材
生活现象
2021/7/26
集中荷载作用下梁的弯曲变形图
胸口碎大石
抗弯抗剪 强度较弱
17
新石器时代：土、木 课堂讨论
石的抗压强度很高，而它的抗弯抗剪很弱，跨度如此之 小，怎么用石材修建一些跨度比较大的建筑呢？
2021/7/26
18
青铜时代：石材
46
工业时代：钢铁、混凝土
1900年 1850年 1800年
1875年 建成钢筋混凝土桥 1867年 发明钢网水泥花盆 1824年 发明波特兰水泥 1796年 烧制罗马水泥
1875年,莫尼埃建成了 世界上第一座钢筋混凝土 桥,建于苏格兰连芬南德混 凝土高架桥。