工程材料教學(xué)課件第一章緒論：工程材料概述工程材料定義工程材料是指在工程領(lǐng)域中用于制造各種機(jī)械、設(shè)備、建筑物等的物質(zhì)材料，是現(xiàn)代工業(yè)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)和支撐。重要性材料是實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的性能直接決定產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和可靠性，對(duì)工程技術(shù)創(chuàng)新具有決定性影響。學(xué)科關(guān)系材料科學(xué)研究材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系；工程學(xué)則將這些知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造，二者相輔相成。課程學(xué)習(xí)目標(biāo)第二章材料的分類金屬材料按化學(xué)成分分為：鐵基合金：鋼、鑄鐵非鐵基合金：鋁、銅、鎂、鈦等合金特點(diǎn)：高強(qiáng)度、良好導(dǎo)電導(dǎo)熱性、塑性加工性能好無機(jī)非金屬材料陶瓷：氧化物、非氧化物陶瓷玻璃：鈉鈣玻璃、硼硅酸鹽玻璃水泥與混凝土：建筑材料基礎(chǔ)特點(diǎn)：耐高溫、耐腐蝕、硬度高但脆性大高分子材料塑料：熱塑性、熱固性塑料橡膠：天然橡膠、合成橡膠纖維：天然纖維、合成纖維特點(diǎn)：質(zhì)輕、絕緣、耐腐蝕、易加工復(fù)合材料與智能材料復(fù)合材料：纖維增強(qiáng)、顆粒增強(qiáng)智能材料：形狀記憶合金、壓電材料功能材料：半導(dǎo)體、超導(dǎo)體材料分類示意圖工程材料可按照組成、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分類，主要分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類。每一大類材料又可細(xì)分為多個(gè)子類，它們?cè)诠こ虘?yīng)用中各有優(yōu)勢(shì)和局限性。材料的合理選擇和搭配使用是工程設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵因素之一。第三章金屬材料基礎(chǔ)金屬的晶體結(jié)構(gòu)與缺陷金屬原子通常以密排方式排列，形成三種基本晶體結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)：α-Fe、W、Mo等面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)：γ-Fe、Cu、Al、Au等密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)：Mg、Zn、Ti等常見晶體缺陷：點(diǎn)缺陷(空位、間隙原子)、線缺陷(位錯(cuò))、面缺陷(晶界、堆垛層錯(cuò))和體缺陷(夾雜、氣孔)。金屬材料性能物理性能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電導(dǎo)熱性機(jī)械性能：強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性鐵碳合金及其相圖α-鐵素體γ-奧氏體δ-鐵素體滲碳體Fe3C萊氏體鐵碳相圖要點(diǎn)A1溫度(727℃)：共析轉(zhuǎn)變溫度A3溫度：鐵素體/奧氏體轉(zhuǎn)變線Acm溫度：奧氏體/滲碳體轉(zhuǎn)變線共析點(diǎn)(0.77%C)：形成珠光體組織碳素鋼與合金鋼碳素鋼：主要由鐵和碳組成，含碳量通常不超過1.5%，按含碳量分為低碳鋼(<0.25%)、中碳鋼(0.25-0.6%)和高碳鋼(>0.6%)。鑄鐵的種類與性能灰口鑄鐵石墨呈片狀分布，斷口呈灰色。導(dǎo)熱性好，減震性能佳，但強(qiáng)度和韌性較低。應(yīng)用：機(jī)床床身、汽缸體、散熱器等白口鑄鐵碳以滲碳體(Fe3C)形式存在，斷口呈銀白色。硬度高，耐磨性好，但脆性大。應(yīng)用：耐磨零件、鑄造坯料球墨鑄鐵通過球化處理使石墨呈球狀分布。兼具鑄鐵的鑄造性和鋼的機(jī)械性能。應(yīng)用：曲軸、齒輪、管道、汽車零部件金屬材料性能測(cè)試?yán)煸囼?yàn)測(cè)定材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和斷面收縮率等機(jī)械性能參數(shù)。試驗(yàn)過程：將標(biāo)準(zhǔn)試樣裝入拉伸試驗(yàn)機(jī)，施加逐漸增大的軸向拉力，直至試樣斷裂，記錄全過程的力-變形數(shù)據(jù)。硬度測(cè)試布氏硬度(HB)：用一定直徑的鋼球壓入試樣表面，測(cè)量壓痕直徑計(jì)算硬度洛氏硬度(HRC/HRB)：用金剛石圓錐體或鋼球壓入試樣表面，測(cè)量壓入深度計(jì)算硬度維氏硬度(HV)：用金剛石四棱錐壓入試樣表面，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)算硬度沖擊韌性測(cè)試第四章無機(jī)非金屬材料水泥與混凝土水泥是以石灰石、粘土為主要原料，經(jīng)高溫煅燒并細(xì)磨而成的水硬性膠凝材料?；炷潦怯伤?、骨料(砂、石)、水及必要的外加劑按一定比例配制而成的復(fù)合材料。特點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度高，耐久性好，成本低應(yīng)用：建筑結(jié)構(gòu)、道路、橋梁、水壩陶瓷材料陶瓷是由金屬或非金屬化合物經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的無機(jī)非金屬材料。傳統(tǒng)陶瓷：以天然原料為主，如瓷器、磚瓦先進(jìn)陶瓷：以合成原料為主，包括結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷特點(diǎn)：耐高溫、耐腐蝕、硬度高，但脆性大玻璃材料玻璃是一種非晶態(tài)固體，主要由SiO2、Na2O、CaO等氧化物組成。普通玻璃：鈉鈣玻璃，用于窗戶、容器特種玻璃：鋼化玻璃、夾層玻璃、玻璃纖維水泥的類型與硬化機(jī)理水泥的分類水硬性水泥硅酸鹽水泥：通用型，強(qiáng)度發(fā)展快普通波特蘭水泥：最常用的建筑材料礦渣水泥：摻加高爐礦渣，水化熱低火山灰水泥：摻加火山灰，抗?jié)B性好粉煤灰水泥：摻加粉煤灰，經(jīng)濟(jì)環(huán)保非水硬性水泥石膏：裝飾、模型制作石灰：砂漿、穩(wěn)定土波特蘭水泥組成主要礦物相：C3S(3CaO·SiO2)：硅酸三鈣，早期強(qiáng)度C2S(2CaO·SiO2)：硅酸二鈣，后期強(qiáng)度C3A(3CaO·Al2O3)：鋁酸三鈣，水化熱高C4AF(4CaO·Al2O3·Fe2O3)：鐵鋁酸四鈣水泥硬化機(jī)理混凝土與砂漿混凝土組成與配比混凝土由膠凝材料(水泥)、骨料(砂、石)、水和外加劑組成。配比原則：水灰比(w/c)：控制強(qiáng)度和工作性能砂率：影響和易性和密實(shí)度骨料級(jí)配：影響密實(shí)度和強(qiáng)度砂漿種類與用途水泥砂漿：砌筑、抹面混合砂漿：添加石灰，增加和易性特種砂漿：防水、耐酸堿、保溫砂漿的主要性能指標(biāo)：強(qiáng)度等級(jí)、保水性、和易性、粘結(jié)性混凝土的性能力學(xué)性能抗壓強(qiáng)度：C15-C80，指標(biāo)最重要抗拉強(qiáng)度：約為抗壓強(qiáng)度的1/10彈性模量：2.0×104-3.6×104MPa耐久性抗凍融性、抗?jié)B性、抗碳化性陶瓷材料特性結(jié)構(gòu)陶瓷主要用于承受機(jī)械載荷、熱沖擊和摩擦磨損等嚴(yán)酷條件的場(chǎng)合。氧化物陶瓷：Al2O3、ZrO2、MgO非氧化物陶瓷：SiC、Si3N4、AlN應(yīng)用領(lǐng)域：切削工具、軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、熱交換器、生物醫(yī)學(xué)植入物功能陶瓷利用陶瓷材料的電、磁、光、熱等特殊功能的陶瓷。電子陶瓷：電容器、壓電陶瓷、熱敏電阻磁性陶瓷：鐵氧體、石榴石光學(xué)陶瓷：透明氧化鋁、氧化鋯應(yīng)用領(lǐng)域：電子器件、傳感器、激光器件、固體氧化物燃料電池陶瓷材料的主要特性2000°C高溫穩(wěn)定性許多陶瓷可在極高溫度下保持穩(wěn)定性能9+莫氏硬度氧化鋁、碳化硅等陶瓷硬度極高101?Ω·cm絕緣性優(yōu)異的電絕緣性能1%斷裂延伸率玻璃材料基礎(chǔ)玻璃的結(jié)構(gòu)與分類玻璃是一種非晶態(tài)固體，具有短程有序而長(zhǎng)程無序的結(jié)構(gòu)特征。典型的玻璃網(wǎng)絡(luò)由SiO4四面體通過共享氧原子連接而成。常見玻璃分類鈉鈣玻璃：SiO2-Na2O-CaO系，成本低，用于窗戶、容器鉛玻璃：含PbO，折射率高，用于光學(xué)儀器、裝飾品硼硅酸鹽玻璃：含B2O3，熱膨脹系數(shù)小，耐熱沖擊，如實(shí)驗(yàn)器皿石英玻璃：純SiO2，耐高溫，透紫外光，用于特種光學(xué)和高溫裝置玻璃的物理性能第五章高分子材料熱塑性塑料熱固性塑料彈性體纖維高分子材料的基本概念分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大分子鏈：由上千個(gè)小分子單元通過化學(xué)鍵連接而成鏈結(jié)構(gòu)：線性、支鏈、交聯(lián)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)立體規(guī)整性：同規(guī)、間規(guī)和無規(guī)構(gòu)型結(jié)晶度：影響材料的透明度、強(qiáng)度和韌性熱塑性與熱固性熱塑性塑料：線性或支鏈結(jié)構(gòu)，加熱可軟化并多次成型，冷卻后保持形狀。如PE、PP、PVC、PS、PET等。高分子材料性能力學(xué)性能高分子材料的力學(xué)性能與分子量、結(jié)晶度和取向度密切相關(guān)。強(qiáng)度：通常低于金屬，但比重小，比強(qiáng)度可與金屬媲美剛度：彈性模量一般在0.01-10GPa，遠(yuǎn)低于金屬韌性：斷裂伸長(zhǎng)率可從幾percent到幾百percent蠕變：在恒定應(yīng)力下，隨時(shí)間變形增加的現(xiàn)象應(yīng)力松弛：在恒定變形下，應(yīng)力隨時(shí)間降低的現(xiàn)象熱性能高分子材料對(duì)溫度變化非常敏感，使用溫度范圍有限。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)：從橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度熔點(diǎn)(Tm)：結(jié)晶區(qū)域熔化的溫度熱變形溫度：在標(biāo)準(zhǔn)載荷下開始變形的溫度熱膨脹系數(shù)：通常比金屬大一個(gè)數(shù)量級(jí)導(dǎo)熱系數(shù)：一般為0.1-0.5W/(m·K)，遠(yuǎn)低于金屬電性能與化學(xué)穩(wěn)定性電性能：絕大多數(shù)高分子是優(yōu)良的電絕緣材料體積電阻率在101?-101?Ω·cm介電常數(shù)和介電損耗較低化學(xué)穩(wěn)定性：耐水性、耐酸堿性通常優(yōu)于金屬對(duì)有機(jī)溶劑的抵抗力因材料而異復(fù)合材料簡(jiǎn)介復(fù)合材料的基本概念復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)方法復(fù)合而成的新材料，各組分在宏觀上仍保持各自的特性，但整體性能優(yōu)于各組分的簡(jiǎn)單疊加。復(fù)合材料的分類按增強(qiáng)體形態(tài)分類纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料：金屬基、陶瓷基、樹脂基層狀復(fù)合材料：夾層結(jié)構(gòu)、層合板按基體材料分類聚合物基復(fù)合材料：環(huán)氧樹脂基、酚醛樹脂基金屬基復(fù)合材料：鋁基、鈦基、鎂基陶瓷基復(fù)合材料：氧化鋁基、碳化硅基復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)高比強(qiáng)度和比模量：碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的比強(qiáng)度是鋼的5-6倍良好的疲勞性能：CFRP的疲勞極限是鋁合金的3倍以上優(yōu)異的耐腐蝕性：玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)可長(zhǎng)期耐受酸堿環(huán)境設(shè)計(jì)靈活性：可根據(jù)載荷方向優(yōu)化纖維排布減重潛力：航空航天、汽車領(lǐng)域關(guān)鍵減重材料第六章材料的加工與成型工藝鑄造工藝將液態(tài)金屬澆入模具型腔，冷卻凝固后獲得鑄件的成型方法。砂型鑄造：使用型砂制作模具，成本低，適用范圍廣金屬型鑄造：使用金屬模具，尺寸精度高，表面光潔壓力鑄造：液態(tài)金屬在壓力下充填模具，生產(chǎn)效率高熔模鑄造：使用可熔模型，精度高，適合復(fù)雜形狀塑性加工利用金屬的塑性，通過外力使其產(chǎn)生塑性變形而獲得所需形狀的加工方法。鍛造：金屬坯料在模具中受壓變形，內(nèi)部組織改善軋制：金屬通過旋轉(zhuǎn)的軋輥產(chǎn)生變形，制作板材、型材擠壓：金屬坯料在壓力下通過模具孔型，形成長(zhǎng)直產(chǎn)品拉伸：金屬通過模具被拉拔，減小截面并增加長(zhǎng)度焊接與連接將兩個(gè)或多個(gè)零件連接成整體的工藝方法。熔焊：電弧焊、氣焊、激光焊、電子束焊壓焊：摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊釬焊：利用熔點(diǎn)低于母材的填充金屬連接金屬材料熱處理基礎(chǔ)熱處理基本工藝01退火將材料加熱到適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻的熱處理工藝。目的：消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善切削加工性能、細(xì)化晶粒、均勻組織類型：完全退火、球化退火、應(yīng)力消除退火、再結(jié)晶退火02正火將鋼加熱到臨界溫度以上30-50℃，保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的：細(xì)化晶粒、改善組織、提高強(qiáng)度和韌性、消除過熱組織應(yīng)用：中碳鋼、低合金鋼的初步熱處理或最終熱處理03淬火將鋼加熱到奧氏體化溫度，保溫后快速冷卻的熱處理工藝。目的：獲得馬氏體組織，提高硬度和強(qiáng)度冷卻介質(zhì)：水、油、鹽水、聚合物溶液、空氣04回火將淬火鋼加熱到臨界溫度以下，保溫后冷卻的熱處理工藝。目的：降低脆性、釋放內(nèi)應(yīng)力、獲得所需的綜合機(jī)械性能溫度區(qū)間：低溫(150-250℃)、中溫(350-500℃)、高溫(500-650℃)熱處理對(duì)性能的影響熱處理效果比較退火態(tài)：硬度低，塑性和韌性高，內(nèi)應(yīng)力小正火態(tài)：強(qiáng)度和硬度比退火高，韌性良好淬火態(tài)：硬度和強(qiáng)度最高，但脆性大，內(nèi)應(yīng)力高材料的表面處理技術(shù)1表面涂層與防腐蝕在材料表面施加涂層，提高表面性能或防止腐蝕。金屬涂層：電鍍(鍍鉻、鍍鋅、鍍鎳)、熱浸鍍、噴涂有機(jī)涂層：油漆、涂料、環(huán)氧樹脂涂層無機(jī)涂層：搪瓷、陶瓷涂層、轉(zhuǎn)化膜(磷化、氧化)防腐蝕機(jī)理：隔離保護(hù)、犧牲陽極保護(hù)、陰極保護(hù)2表面硬化與改性改變材料表面層的組織和成分，提高表面硬度和耐磨性。表面熱處理：火焰淬火、感應(yīng)淬火、激光淬火化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、滲硼、碳氮共滲物理氣相沉積(PVD)：蒸發(fā)、濺射、離子鍍化學(xué)氣相沉積(CVD)：熱CVD、等離子輔助CVD3表面形貌與結(jié)構(gòu)控制改變表面微觀結(jié)構(gòu)和形貌，獲得特殊功能。表面噴丸：提高疲勞強(qiáng)度激光表面織構(gòu)：減摩、自清潔等離子體處理：改變表面潤(rùn)濕性材料性能與結(jié)構(gòu)關(guān)系微觀結(jié)構(gòu)控制材料的宏觀性能直接取決于其微觀結(jié)構(gòu)，微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控是材料科學(xué)的核心。結(jié)構(gòu)參數(shù)晶粒尺寸：細(xì)晶粒提高強(qiáng)度和韌性（霍爾-佩奇關(guān)系）相組成：多相材料中各相的種類、數(shù)量和分布織構(gòu)：晶粒取向的分布，影響各向異性位錯(cuò)密度：影響塑性變形和加工硬化第二相粒子：提供析出強(qiáng)化或彌散強(qiáng)化晶體缺陷與材料強(qiáng)度完美晶體的理論強(qiáng)度遠(yuǎn)高于實(shí)際材料，這種差異主要由晶體缺陷引起。強(qiáng)化機(jī)制固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)細(xì)晶強(qiáng)化：晶界阻礙位錯(cuò)滑移加工硬化：位錯(cuò)交互作用增加變形阻力析出強(qiáng)化：第二相粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)相變強(qiáng)化：馬氏體相變產(chǎn)生高密度位錯(cuò)微觀組織觀察技術(shù)光學(xué)顯微鏡分辨率：0.2μm，觀察晶粒形態(tài)、尺寸、分布和相組成掃描電子顯微鏡分辨率：1-5nm，觀察形貌、斷口和元素分布透射電子顯微鏡材料選擇與設(shè)計(jì)原則需求分析功能要求使用環(huán)境壽命期望成本預(yù)算性能指標(biāo)確定機(jī)械性能物理化學(xué)性能工藝性能經(jīng)濟(jì)性考量材料篩選材料數(shù)據(jù)庫查詢性能評(píng)價(jià)可行性分析多屬性決策測(cè)試驗(yàn)證樣品測(cè)試性能評(píng)估失效分析優(yōu)化改進(jìn)最終設(shè)計(jì)材料確定工藝路線質(zhì)量控制成本核算材料選擇中的關(guān)鍵因素經(jīng)濟(jì)性因素原材料成本：材料本身的市場(chǎng)價(jià)格加工成本：不同材料加工難度和成本差異使用壽命：耐用性對(duì)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)性的影響維護(hù)成本：日常維護(hù)和修理的投入報(bào)廢回收價(jià)值：材料的可回收性和殘值環(huán)境因素資源消耗：材料生產(chǎn)的資源和能源消耗碳足跡：生產(chǎn)過程的碳排放毒性風(fēng)險(xiǎn)：對(duì)人體健康和生態(tài)的影響可回收性：材料的再生和循環(huán)利用潛力工程材料的失效分析斷裂材料在外力作用下發(fā)生的破壞。脆性斷裂：無明顯塑性變形，斷裂面平整韌性斷裂：有明顯塑性變形，斷裂面呈杯錐狀斷裂韌性：材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力疲勞材料在循環(huán)載荷作用下逐漸累積損傷直至失效。疲勞裂紋萌生：通常源于表面缺陷裂紋擴(kuò)展：形成疲勞條帶，緩慢擴(kuò)展最終斷裂：剩余截面無法承受載荷時(shí)突然斷裂腐蝕材料與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的損傷。均勻腐蝕：材料表面均勻減薄局部腐蝕：點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕應(yīng)力腐蝕開裂：應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用失效案例分析泰坦尼克號(hào)脆性斷裂泰坦尼克號(hào)使用的鋼材在低溫海水中脆性增加，碰撞后沿鉚釘孔發(fā)生脆性斷裂。這一事件促使人們研究低溫下材料的韌脆轉(zhuǎn)變行為，提高了船舶鋼材的安全標(biāo)準(zhǔn)?？颇獦蚱跀嗔研滦凸こ滩牧习l(fā)展趨勢(shì)納米材料尺寸在1-100nm范圍的材料，展現(xiàn)出與傳統(tǒng)材料顯著不同的性能。納米粒子：量子點(diǎn)、納米催化劑納米纖維：碳納米管、納米纖維素納米薄膜：石墨烯、納米涂層應(yīng)用：強(qiáng)化復(fù)合材料、高效催化劑、新型傳感器、生物醫(yī)學(xué)材料智能材料與自修復(fù)材料能夠感知環(huán)境變化并做出響應(yīng)的新型功能材料。形狀記憶合金：溫度控制形狀變化壓電材料：力電轉(zhuǎn)換自修復(fù)材料：含微膠囊或微管的自修復(fù)聚合物仿生材料：模仿自然界結(jié)構(gòu)和功能應(yīng)用：主動(dòng)控制結(jié)構(gòu)、傳感器、智能器件、長(zhǎng)壽命材料綠色環(huán)保材料資源消耗少、環(huán)境負(fù)荷低、可持續(xù)利用的新型材料。生物基材料：生物降解塑料、纖維素材料再生材料：回收利用的金屬、塑料、玻璃低碳材料：生產(chǎn)過程能耗低、碳排放少無毒無害材料：替代傳統(tǒng)有害材料材料測(cè)試與表征技術(shù)機(jī)械性能測(cè)試儀器萬能材料試驗(yàn)機(jī)：測(cè)試?yán)?、壓縮、彎曲性能硬度計(jì)：布氏、洛氏、維氏、顯微硬度計(jì)沖擊試驗(yàn)機(jī)：測(cè)試材料的沖擊韌性疲勞試驗(yàn)機(jī)：測(cè)試材料的疲勞性能蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)：測(cè)試材料的高溫蠕變性能物理性能測(cè)試熱分析儀器：差示掃描量熱儀(DSC)、熱重分析儀(TGA)熱物理性能測(cè)試：導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)測(cè)試儀電性能測(cè)試：電阻率、介電常數(shù)測(cè)試儀顯微分析與光譜技術(shù)光學(xué)顯微鏡：觀察微觀組織形貌掃描電子顯微鏡(SEM)：高分辨率表面形貌觀察透射電子顯微鏡(TEM)：原子級(jí)微觀結(jié)構(gòu)分析X射線衍射(XRD)：晶體結(jié)構(gòu)分析能譜分析(EDS)：微區(qū)元素成分分析X射線光電子能譜(XPS)：表面元素化學(xué)狀態(tài)分析拉曼光譜：分子振動(dòng)和結(jié)構(gòu)分析無損檢測(cè)技術(shù)超聲波檢測(cè)利用聲波在材料中傳播和反射原理檢測(cè)內(nèi)部缺陷X射線檢測(cè)利用X射線穿透能力檢測(cè)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷磁粉/滲透探傷材料科學(xué)的實(shí)際應(yīng)用案例航空航天材料航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧咸岢鰳O高要求：輕量化、高強(qiáng)度、耐高溫、抗疲勞。先進(jìn)鋁合金：高強(qiáng)鋁鋰合金，比傳統(tǒng)鋁合金輕10%，強(qiáng)度高30%鈦合金：密度低、強(qiáng)度高、耐腐蝕，用于發(fā)動(dòng)機(jī)和結(jié)構(gòu)件高溫合金：能在1000℃以上工作的鎳基、鈷基合金先進(jìn)復(fù)合材料：碳纖維復(fù)合材料(CFRP)已占現(xiàn)代客機(jī)結(jié)構(gòu)重量的50%以上案例：波音787夢(mèng)想飛機(jī)大量采用復(fù)合材料，減重20%，降低燃油消耗30%汽車輕量化材料汽車輕量化是降低能耗、減少排放的關(guān)鍵途徑。高強(qiáng)鋼：先進(jìn)高強(qiáng)度鋼(AHSS)可減輕車身重量25%鋁合金：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、車身面板、底盤鎂合金：儀表板支架、座椅框架、方向盤工程塑料：保險(xiǎn)杠、內(nèi)飾件、油箱碳纖維復(fù)合材料：高端車型的車身和結(jié)構(gòu)件案例：特斯拉ModelS采用鋁合金車身，比傳統(tǒng)鋼制車身輕30%建筑節(jié)能材料建筑能耗占社會(huì)總能耗的40%，節(jié)能材料是實(shí)現(xiàn)綠色建筑的基礎(chǔ)。保溫隔熱材料：巖棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫、真空絕熱板節(jié)能玻璃：Low-E玻璃、中空玻璃、光伏一體化玻璃相變蓄能材料：利用相變潛熱調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度光催化自清潔材料：減少維護(hù)成本材料工程師的職業(yè)發(fā)展行業(yè)需求與崗位介紹材料工程師在制造業(yè)、建筑業(yè)、航空航天、能源、電子、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的就業(yè)機(jī)會(huì)。主要崗位類型：研發(fā)工程師：新材料開發(fā)、性能優(yōu)化工藝工程師：材料加工工藝開發(fā)與優(yōu)化質(zhì)量控制工程師：材料測(cè)試、質(zhì)量保證技術(shù)支持工程師：材料應(yīng)用咨詢、問題解決項(xiàng)目經(jīng)理：材料相關(guān)項(xiàng)目規(guī)劃與管理材料失效分析專家：產(chǎn)品失效原因分析隨著中國(guó)制造業(yè)升級(jí)和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略的實(shí)施，高素質(zhì)材料工程師的需求持續(xù)增長(zhǎng)。未來技能趨勢(shì)現(xiàn)代材料工程師需要掌握的核心技能：交叉學(xué)科知識(shí)：機(jī)械、電子、化學(xué)、生物等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與模擬：有限元分析、分子動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)分析能力：大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用增材制造(3D打印)技術(shù)：新型材料與加工方法綠色材料與可持續(xù)發(fā)展：環(huán)保法規(guī)、生命周期分析項(xiàng)目管理與團(tuán)隊(duì)協(xié)作：多學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作能力商業(yè)意識(shí)：成本分析、市場(chǎng)需求理解學(xué)習(xí)資源與繼續(xù)教育專業(yè)期刊：《材料科學(xué)與工程》、《中國(guó)材料進(jìn)展》、MaterialsScienceandEngineering行業(yè)協(xié)會(huì)：中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)、中國(guó)金屬學(xué)會(huì)、美國(guó)材料學(xué)會(huì)(ASM)在線課程：中國(guó)大學(xué)MOOC、Coursera、edX上的材料科學(xué)課程課程總結(jié)與復(fù)習(xí)重點(diǎn)知識(shí)回顧材料分類金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的基本特性與應(yīng)用材料結(jié)構(gòu)與性能微觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀性能的影響，晶體結(jié)構(gòu)、缺陷與強(qiáng)化機(jī)制材料加工與處理鑄造、塑性加工、熱處理、表面處理等主要工藝及其影響材料測(cè)試與表征機(jī)械性能測(cè)試、微觀結(jié)構(gòu)分析、無損檢測(cè)等方法材料選擇與應(yīng)用材料選擇原則、性能評(píng)價(jià)、工程應(yīng)用案例分析常見問題解析金屬材料與高分子材料的區(qū)別？金屬材料具有金屬鍵結(jié)合、自由電子導(dǎo)電、塑性變形特點(diǎn)，強(qiáng)度高、韌性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱；高分子材料由長(zhǎng)鏈分子組成，通常絕緣、質(zhì)輕、耐腐蝕、成型性好。熱處理對(duì)鋼的影響？熱處理通過改變鋼的微觀組織來調(diào)控性能。淬火形成馬氏體提高硬度和強(qiáng)度；回火降低脆性提高韌性；退火消除內(nèi)應(yīng)力改善加工性能；正火細(xì)化晶粒提高綜合性能。學(xué)習(xí)建議與考試指導(dǎo)理解原理而非機(jī)械記憶，材料科學(xué)是融會(huì)貫通的學(xué)科注重實(shí)驗(yàn)觀察，建立微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)聯(lián)認(rèn)識(shí)結(jié)合工程案例學(xué)習(xí)，提高解決實(shí)際問題的能力互動(dòng)環(huán)節(jié)：材料性能實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)一：金屬拉伸試