专业基本知识介绍.ppt
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1、专业基本知识介绍,材料科学与工程基本技能实验课程是材料科学与工程专业学生必修的一个实践教学环节,属实验方法课。它是学生修完物理化学、工程力学、金工实习后独立设置的实验入门课程。,1、实验教学的性质,课程介绍,课程目的:在学习专业基础理论课程的基础上,对材料实验技术有一个基本了解,初步掌握材料实验样品的制备、观察与分析方法;材料性能的检测手段;热加工设备的操作等实验基本技能。 通过该课程的学习,初步掌握材料实验的基本技能和一定的科学研究能力,加深对材料科学与工程专业的认识,提高学生独立分析问题和解决问题的能力;同时在实验教学中,还应注意培养学生实事求是和严谨的科学作风及良好的实验习惯,为后续的材
2、料科学基础、材料工程基础、材料性能学等课程奠定良好的基础。,2、实验教学的目的与任务,考核方法: 实验报告(50%) 笔试(30%) 考勤及提问(10%) 收获与体会(10%),结构材料: (强度、塑性、韧性等 力学性能) 功能材料: (电、磁、光、热等 物理性能),金属材料 (metals) 陶瓷材料 (ceramics) 高分子材料 (polymers) 复合材料 (composites),1、 材料的分类,按使用性能分:,按组成分:,2 、材料科学与工程的四个要素,材料的成分:是指组成材料的元素种类及其含量,通常用质量分数 (wt%)表示。 如:W18Cr4V,材料的组织:在显微镜下观察
3、到的图像(如图),材料的成分:是指组成材料的元素种类及其含量,通常用质量分数 (wt%)表示。 材料的组织:在显微镜下观察到的图像(如图) 材料的固有性能: 物理性能:电、磁、光、热 化学性能:耐腐蚀性能、抗氧化性能 力学性能:强度、硬度、塑性、韧性,力学性能指标: 强度:材料抵抗塑性变形或断裂的能力。 硬度:衡量金属软硬程度的一种性能指标。指材料表 面在接触应力作用下抵抗塑性变形的能力。 塑性:断裂前金属发生塑性变形的能力。 韧性:材料断裂时单位体积所吸收的变形功、断裂功。 若测定强度、塑性、韧性必须加工试样。,材料的使用性能: 指材料在服役条件下所表现出来的特性,它是材料的固有性能与服役条
4、件、产品设计及加工融合在一起所决定的因素。 举例: 普通碳钢: 高温条件、 腐蚀介质,材料的使用性能: 指材料在服役条件下所表现出来的特性,它是材料的固有性能与服役条件、产品设计及加工融合在一起所决定的因素。 举例: 河南第一工具厂生产的W4Mo3Cr4VSi钻头 同一批材料,同一种工艺,处理后硬度正常但因钻头大小结构(10mm、 12mm)不同,最终性能(耐磨性)不同。,成分决定性能。成分不同,性能不同。如碳钢,组织结构直接决定性能 改变成分也会改变组织结构,从而改变其性能。(组织图),制备合成加工过程主要是通过改变组织结构而影响其性能。如45钢退火、正火、淬火,材料的固有性能直接决定材料的
5、使用性能。,材料科学与工程的四个要素,组织结构是核心,性能是材料研究工作的落脚点,3、金属的凝固,凝固与结晶 (凝固过程视频),结晶过程:形核与长大过程 晶核:结晶时形成的很多核心(有序原子团)。 晶粒:在晶体中,如果某一小区域内原子排列规律相同, 位向一致,则该小区域为一个晶粒。 晶界:晶粒与晶粒间的分界面。 单晶体:仅由一个晶粒组成的晶体,如金刚石。 多晶体:很多晶粒组成。,八级标准晶粒图,凝固与结晶,凝固与结晶,凝固与结晶,钢锭中的树枝状晶体,凝固与结晶,Ni-Ta-Mn-Cr合金的树枝状界面,组织的显示与观察 金相试样的制备:取样 - 磨制 - 抛光 - 腐蚀- 观察 组织:各种晶粒的
6、组合特征,即晶粒的相对量、大 小、形状及分布特征等。 宏观组织:用肉眼或放大镜观察到的组织。 显微组织:光学显微镜或电子显微镜下观察到的内部 组织(又称金相组织)。,合金:指两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或用其它方法组合而成的具有金属特性的物质。如:铜镍合金、碳钢、合金钢、铸铁,组元:组成合金的最基本的、独立的物质。 如:Cu-Ni合金,Fe-FeS合金 二元合金:如:Fe-C二元系合金 三元合金:如:Fe-C-Cr三元系合金 多元合金,3.相:合金中结构相同、化学成分相同或允许在一定范围内变化的一类晶粒的组成部分。 单相合金:如:单相不锈钢(A)、单相黄铜 双相合金:如:双相
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